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Die Erfindung betrifft Mess- und Regel-Verfahren für Absorptions-Wärmepumpen von Wäschetrocknern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
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Stand der Technik
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Von der Trocknung in konvektiven handelsüblichen Trocknern, bei welchen erhitzte Luft einem in dem Trockner befindlichen feuchten Trockengut zugeleitet wird und durch die Übertragung von Wärme die Feuchtigkeit, H2O verdampft wird und dampf- und gasförmige Medien mit der Abluft abgeleitet werden und unter Verwendung einer Kälteanlage die Abwärme genutzt wird, ist bekannt, dass die Wärmeübertragung bei der Zufuhr der Verdampfungswärme an das feuchte Trockengut und die Ableitung von Wärme bei der Nutzung in einer Kälteanlage mit unterschiedlicher Technik erfolgt und durch die Verschiedenartigkeit der Wärmeübertragung, nämlich der Freien Verdampfung und der indirekten Wärmeableitung auf den Verdampfer der Kälteanlage, die Regelung und die Ermittlung der Leistungsdaten und Leistungsziffern (ε, COP) mit hohem Aufwand verbunden ist.
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Weiter ist von dem Wärmeübergang, dem Wärme- und Stoff-Austausch und der Ähnlichkeit des Wärmeübergangs, der bei der Wärmeableitung von der Abluft auf eine Kälteanlage durch einen Koeffizienten α beispielsweise in kcal/m2hK beschrieben wird, und von der Wärmeaufgabe an des Trockengut, bekannt, dass die Freisetzung von Wasser nach einer thermodynamischen Größe nicht planbar ist und weiter die Leistung der Kälteanlage an die thermische Leistung des Trockners anzupassen ist und die instationäre Abwärme mittels konstanter Koeffizienten α (kcal/m2hK) schwerlich übertragbar ist. Nachteil ist, dass die Abwärmen durch eine Kälteanlage schwer nutzbar sind, Kälteanlagen überdimensioniert sind und zu viel Primärenergie verbrauchen. Ein weiterer Nachteil besteht in der Anwendung zur Energiewende.
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Die Erfindung befasst sich mit der konvektiven Trocknung von textilhaltigem Material, Stoffen und Wäsche in Trocknern unter Verwendung von Kälte zur Nutzung der Abwärmen und der Regelung der Verfahren sowie Ausweisung von Leistungsdaten bei dem Betrieb der Trockner in Verbindung mit einer Kälteanlage/Wärmepumpe. Weiter soll durch die Nutzung der Abwärmen und die Substitution von Primärenergie die Minderung von Emissionen ermöglicht werden.
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Ein Wärmepumpentrockner für Wäsche mit einer Kompressor-Kälteanlage ist von einem Produktprospekt bekannt geworden, in welchem ein Kreislauf von Gasen erhitzt und über eine Kälteanlage unterhalb des Taupunktes gekühlt wird, und zur weiteren Kühlung ein Anschluss für Frischwasser benötigt wird. Nachteil ist, dass die Gase in einem Kreislauf erhitzt und gekühlt werden und über den Wärmeaustauscher/Verdampfer die Kühlleistung nicht abgeführt wird; weiterer Nachteil, dass ein weiteres Kältemittel (H2O) zur Kühlung des Wärmekreislaufes und zur Reduzierung Partialdrücke von Wasser verwendet wird.
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Wesentlicher Nachteil ist, dass die Kompressor-Kälteanlage nur teilweise zur Kühlung beiträgt und das Leistungsmerkmal von Kälteanlagen, die Leistungszahl ε (COP = Coefficient of Performance) verschwiegen wird.
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Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Wärmeaustauschern ist von der Druckschrift der DBU
AZ 28612-01 bekannt geworden, nach welchem die Wärme von einem mit Gas beheizten Trockner in Plattenwärmeaustauscher, wie in einem Temperatur-Zeit-Diagramm abgebildet, genutzt wird und der Wärmerückgewinn mittels der Ein- und Austritts-Temperaturen der Abluft ausgewiesen wird. Wesentlicher Nachteil ist, daß Abluft mit 80°C eintritt und mit 37°C freigesetzt wird und die emissionsrechtliche Genehmigung des Trockners hinfällig wird.
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Es ist nämlich so, dass die emissionsrechtliche Genehmigung auf der Freisetzung und Ausbreitung einer ungekühlten Abluft von 80°C abhängt.
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Weiterer Nachteil ist, dass die Verwendung der Abwärme, deren Nutzung, die übertragene Energie (kWh) zur Erwärmung von Maschinenluft und Brauchwasser nicht aufgeführt sind, die Messmittel fehlen und Einsparungen (kW) an sich und in einer bestimmten Höhe, aufgeführt als Arbeit oder Energie (kWh) nicht angegeben werden.
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Weiterer Nachteil ist, dass Angaben zur kalten Luftmenge fehlen und Angaben zu den heißen Gasen nicht zutreffen. Das Temperatur-Zeit-Diagramm basiert nämlich, entgegen der Angabe, auf den Daten von Rauchgasen einer Erdgasverbrennung, bei welcher durch die Bildungswärmen anteilig CO2 und H2O anstelle von Luft entsteht.
Weiterer Nachteil: Die Leistungsziffer ε << 1 und COP << 1.
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Ein Trenn- und Trocknungs-Verfahren mit einem Heizkreislauf und einem Dampferzeuger ist von der Druckschrift 10 2006 003 552 A1 bekannt geworden, nach welcher in einer dampfhaltigen Atmosphäre eine Wäsche getrocknet wird und in dem Dampferzeuger über einer Schicht aus Kondensat die überschüssige Energie als Dampf gewonnen wird, durch direkten Kontakt der gas-/dampf-förmigen Medien mit dem Kondensat in einer Wirbelschicht.
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Diese Nutzung der Wärme von einem Kreislauf ist mit dem Nachteil verbunden, dass die dampfhaltigen Medien insgesamt auf den Taupunkt gekühlt werden. Nachteil ist der hohe Energieverbrauch durch Unter-Kühlung der Luft.
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Weiterer Nachteil ist, dass der erzeugte Dampf nicht genutzt wird und keine Arbeit (kWh) geleistet wird und Angaben zur Leistungsziffer ε fehlen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik bei der Nutzung von Abwärmen aus Trenn- und Trocknungsverfahren und Trocknern mit Umluft in einem Kreislauf sowie der Verwendung von Wärmepumpen, weitergehende Maßnahmen vorzuschlagen, um eine bessere Wärmeableitung bei der Nutzung der Wärme und eine Regelung der Nutzung von Abwärme und die Bestimmung der genutzten Energie und der geleisteten Arbeit zu ermöglichen, damit durch eine Substitution von Primärenergie durch die erzeugte Energie Kosten und Emissionen gespart werden, inform der Energienutzung eine Arbeitsleistung aufgezeigt wird und weniger Energie verbraucht wird. Ein weiteres Ziel besteht darin, Einsparungen an Energie in Trenn- und Trocknungsverfahren zu messen und diese Einsparungen zum Schutz des Klimas in einer Größe auszuweisen.
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Die Aufgabe wird ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik durch ein Mess- und Regel-Verfahren für Absorptions-Wärmepumpen von Wäschetrocknern und die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungen der Erfindung sind durch die, in den Unteransprüchen 2 bis 10 genannten Maßnahmen, möglich.
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Wesentliches Merkmal der Erfindung ist demgemäß bei einem Mess- und Regel-Verfahren für Absorptions-Wärmepumpen von Wäschetrocknern, bei welchen die Partialdrücke für Wasser in gasförmigen Medien der Wärmepumpe über der feuchten Wäsche unter Zufuhr von Wärme erhöht werden und diese Partialdrücke durch die Behandlung der Medien durch physikalische Absorption von Dampf in Wasser H2O zurückgeführt werden, bestehend aus: einem Kreislauf über einen Trockner gebildet durch Rohrleitungsmittel zwischen der Ausblas- und Ansaugöffnung für Luft zur Aufnahme des verdampften Wasser in einem Gemisch aus Gasen und Dämpfen, beheizt über eine indirekte Heizstufe für die Zuführung von Energie und einem Kühlkreislauf angebunden an den Kreislauf, einem Ventilator, einem Absorber sowie einer Zu- und Ableitung von Wasser, dass ausgehend von einer Beladung des Trockners mit einer Wassermenge mH2O, verteilt auf das Trockengut und einer Wasservorlage in dem Absorber, die Kreisläufe auf einen Partialdruck von Wasserdampf temperaturabhängig erwärmt werden, Partialdrücke über einen Sensor eines temperaturabhängigen Schalter diagnostiziert werden, Wasser durch einen Schaltvorgang zugeführt und erwärmt wird, Partialdrücke begrenzt werden, und die Leistung der Wärmepumpe innerhalb einer Zeit proportional dem verdampften Wasser mH2O (kg, Nm3) zu dem Energieverbrauch des Ventilator (kWh) als Leistungsziffer ε = f(mH2O/kWhel.) ausgewiesen wird und insbesondere die Leistung der Wärmepumpe durch eine CO2 abhängige Leistungsziffer εCO2 = kg-CO2th./kg-CO2el. in einem Zeitraum aus der Leistungsaufnahme des Ventilators und dem Gewichtsverlust der feuchten Wäsche, mit der Umrechnung auf CO2, ausgewiesen wird.
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Es ist nämlich so, dass technische Änderungen und Verbesserungen beim Klimaschutz sowie Einsparungen durch die Vorteile nämlich die Einsparungen im Verhältnis zu aufgewendeten Kosten und dem zusätzlichen Verbrauch nach einer Leistungsziffer ε nach Gleichung (1) ausgewiesen werden: ε = thermische Einsparung kWhther./el. Energieverbrauch kWhel.; (1)
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In Gleichung (1) ist die Leistungsziffer ε einer erreichten Einsparung aus der Nutzung von Abwärme (kWh) oder einer Wassermenge (kg, Nm3) über dem tatsächlichen Verbrauch an el. Energie kWhel. gleichgesetzt. Entsprechend wird die Leistung an Einsparungen nach Gl. (1) durch die Leistungsziffer mit dem Faktor (ε) ausgewiesen, beschrieben durch ein Vielfaches an Einsparungen über dem Verbrauch an Energie z. B. in Einheiten von CCOP.
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Wesentlicher Vorteil ist, dass eine Verbesserung und Einsparungen durch eine Leistungsziffer in Einheiten ausgewiesen werden und diese Einheiten rechnerisch und messtechnisch, also komplementär prüfbar sind.
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Dementsprechend zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mit Mess- und Regel-Verfahren für Absorptions-Wärmepumpen von Wäschetrocknern, die Leistung der Wärmepumpe innerhalb einer Zeit proportional dem verdampften Wasser mH2O (kg, Nm3) zu dem Verbrauchswert des Ventilator (kWh) als Leistungsziffer ε = f(mH2O/kWhel.) ausgewiesen wird und insbesondere die Leistung der Wärmepumpe durch eine CO2 abhängige Einheit als Leistungsziffer εCO2 = kg-CO2th./kg-CO2el. in einem Zeitraum aus der Leistungsaufnahme des Ventilators und dem Gewichtsverlust der feuchten Wäsche, mit der Umrechnung auf CO2, ausgewiesen wird.
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Wesentlicher Vorteil ist, dass die Leistung der Abwärmenutzung als Leistungsziffer der Wärmepumpe ε = f(mH2O/kWh) oder CO2-bezogen als εCO2 = kg-CO2th./kg-CO2el. ausgewiesen ist. Vorteil ist, die Messung der Leistung bezogen auf den Verbrauch an Ressourcen.
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Wesentlicher Vorteil ist die Verfügbarkeit der Messdaten, nämlich der Verbrauch des Ventilators (kWh) und die Gewichtsabnahme, mH2O der Wäsche.
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Vorteil ist die Präzision und Genauigkeit der Messdaten; Weiterer Vorteil, die Genauigkeit der Technologie bedingt durch die exakten Messmittel.
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Weitere Vorteile bestehen in Nachhaltigkeit, der Wärmepumpe sowie in der Prüfbarkeit durch präzise Prüfmittel.
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Vorteil ist, dass der Energieverbrauch durch die Auswahl des Ventilators und die technischen Daten desselben vorgegeben ist.
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Der Vorteil der Wassermenge mH2O besteht darin, dass der Unterschied im Gewicht mit der Entnahme des Trockengutes bekannt ist. Weiterer Vorteil, dass die Postengröße als trockene Wäsche bekannt ist und der Gewichtsunterschied vor der Trocknung verfügbar ist.
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Vorteil ist die Sicherheit der Messdaten und der Planung. Vorteil besteht in der Wärmepumpe und der Messung der Leistungsziffer. Wesentlicher Vorteil ist die on-line Messung. Es reicht aus das Nassgewicht eines Postens zu bestimmen, um die Leistungsziffer der Wärmepumpe on-line auszuweisen.
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Vorteil ist die Präzision. Weiterer Vorteil: die Visualisierung der Gewichtsanzeige.
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Vorteil ist die Auswahl des Leistungsmerkmal und dessen Messung. Vorteil ist der Klimaschutz. Vorteil ist ein Klimaschutz nach Leistung, nämlich Einsparung an CO2 zu dem Verbrauch an CO2. Vorteil ist: Der Verbrauch ist 100% und die Einsparung ist Faktor 100 oder 10000%.
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Vorteil ist ein konstanter Verbrauchswert; Weiterer Vorteil: Die Kosten für Betriebsmittel sind bekannt.
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Wesentlicher Vorteil: Die Höhe der Einsparung und der ausgewiesene Nutzen, z. B. mit 10000%.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in einem Kühlkreislauf verbunden mit dem Kreislauf, einem Ventilator, einem Absorber sowie einer Zu- und Ableitung von Wasser, in der Weise, dass die Partialdrücke durch physikalische Absorption von Dampf zurückgeführt werden. Wesentlicher Vorteil ist die Kondensationsleistung. Vorteil ist, dass die Leistung des Absorbers von dem bekannten F-Faktor dem Kennzeichen einer Kolonne bestimmt wird. Vorteil ist die mehrfache Nutzung des Wassers als Arbeitsmedium, als Sorptionsmittel, als Speichermedium für Kälte, als Kühlmedien, als Kondensat, als Brauchwasser in Waschlaugen sowie als Betriebsmedium der Wärmepumpe zusammen mit Maschinenluft.
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Wesentlicher Vorteil ist die Erzeugung von Brauchwasser; Vorteil ist, dass das Wasser als Waschlauge gebraucht wird.
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Vorteil ist die Vermeidung der Effizienz-verluste (60%) bei der Erzeugung des Brauchwassers. Weiterer Vorteil, dass das Kondensat mit dem Brauchwasser zurückgewonnen wird.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Energieverluste, nämlich die Ventilatorleistung bekannt sind.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in Wärmepumpen, bei welchen die Partialdrücke für Wasser innerhalb gasförmiger Medien der Wärmepumpe über der feuchten Wäsche unter Zufuhr von Wärme erhöht werden und diese Partialdrücke durch die Behandlung der Medien durch physikalische Absorption von Dampf in Wasser H2O zurückgeführt werden. Innerhalb von gasförmigen Medien werden die Partialdrücke vorteilhaft unter Zufuhr von Wärme über der feuchten Wäsche erhöht und die Partialdrücke durch physikalische Absorption von Dampf in Wasser, H2O zurückgeführt.
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Wesentlicher Vorteil besteht in der Erhöhung der Partialdrücke innerhalb gasförmiger Medien aufgrund der Zufuhr von Wärme. Vorteil ist, dass die Verdampfungswärme und die Verdrängungsarbeit nämlich (p × dV), die als Energie zugeführt werden, bei der Absorption der Dämpfe zurückgewonnen wird.
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Es ist nämlich so, dass sich der Wärmebedarf von 560,3 kcal/kg H2O zusammensetzt aus 523,2 kcal zur Verdampfung und 37,1 kcal für die Verdrängungsarbeit, bezogen auf 65°C und einen Dampfdruck von 2555 mmWS. Entsprechend wird für den Betrieb der Wärmepumpe Energie in Form von Wärme benötigt. Demgemäß zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass Partialdrücke innerhalb gasförmiger Medien erhöht werden und durch physikalische Absorption unter Freisetzung der Wärme zurückgeführt werden. Vorteil ist die Einsparung von Energie und Rückgewinnung der Verdrängungsarbeit (p × dV) durch die Wärmepumpe.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind mit einem Kreislauf über einen Trockner gebildet durch Rohrleitungsmittel zwischen der Ausblas- und Ansaugöffnung für Luft zur Aufnahme des verdampften Wasser in einem Gemisch aus Gasen und Dämpfen, beheizt über eine indirekte Heizstufe für die Zuführung von Energie und einem Kühlkreislauf verbunden mit dem Kreislauf, einem Ventilator, einem Absorber sowie einer Zu- und Ableitung von Wasser, in der Weise gegeben, dass in einem beheizten Kreislauf unter Zuführung von Energie die Partialdrücke erhöht werden und in einem Kühlkreislauf in einem Absorber und einem Ventilator zugeführte Energie freigesetzt wird.
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Wesentlicher Vorteil besteht in 2 Kreisläufen einer beheizt zur Erhöhung der Partialdrücke und ein zweiter zur Absorption und Rückführung der Partialdrücke und Gewinnung der eingesetzten Energie kWhtherm..
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Vorteil ist die Effizienz des Wärme- und Stoffaustausches innerhalb des jeweiligen Kreislaufes ausgedrückt in der Änderung Δx beschrieben in kg-H2O pro kg- gasförmiger Medien oder Luft.
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Wesentlicher Vorteil sind der Energiebedarf für den Ventilator innerhalb des (kleineren) Kühlkreislaufes und der Klimanutzen.
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Ein vorteilhaftes Merkmal ist mit einer Zu- und Ableitung von Wasser als Sorptionsmittel in der Weise gegeben, dass das Wasser jeweils über eine Rohrleitung zugeführt und eine Rohrleitung abgeleitet wird. Der Vorteil ist die Verbindung der Anschlüsse für kaltes und erwärmtes Wasser und die Ableitung der Wärme von dem Absorber.
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Ein weiteres Merkmal besteht in einer Beladung des Trockners mit einer Wassermenge mH2O, verteilt auf das Trockengut und einer Wasservorlage in dem Absorber in der Weise, dass Wasser an dem Trockengut zur Erhöhung des Partialdruckes und in dem Absorber zur Rückführung der Partialdrücke vorhanden ist. Vorteil ist die Sicherheit der Funktionen und die Betriebsbereitschaft. Es reicht aus, dass die Kreisläufe in Betrieb gehen, dass die Vorteile des Verfahrens erreicht werden.
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Ein vorteilhaftes Merkmal des Verfahrens besteht darin, dass Partialdrücke über einen Sensor eines temperaturabhängigen Schalter diagnostiziert werden, Wasser durch einen Schaltvorgang zugeführt und erwärmt wird, Partialdrücke temperaturabhängig begrenzt werden. Vorteilhaft wird der weitere Anstieg der Partialdrücke durch einen Schaltvorgang begrenzt und Wasser wird zugeführt und erwärmt. Wesentlicher Vorteil, dass die Verdampfungstemperaturen an dem Trockengut temperaturabhängig durch einen Schaltvorgang geregelt werden; Weiterer Vorteil, dass Wasser, H2O erwärmt wird. Vorteil ist eine geregelte Kühlung abhängig von einem Temperatursensor sowie das Vermeiden der Überhitzung von Trockengut.
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Wesentlicher Vorteil ist die Mischung von Kondensat und Brauchwasser; Weiterer Vorteil: Die Präzision der Temperaturmessung in der Mischung.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Mess- und Regelverfahrens ist dadurch gegeben, dass die Leistung der Wärmepumpe durch eine CO2 abhängige Leistungsziffer εCO2 = kg-CO2th./kg-CO2el. in einem Zeitraum aus der Leistungsaufnahme des Ventilators und dem Gewichtsverlust der feuchten Wäsche, mit der Umrechnung auf CO2, ausgewiesen wird. Vorteil ist, dass eine Leistungsziffer für den Klimaschutz ausgewiesen wird.
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Wesentlicher Vorteil ist die Präzision, dass die elektrische Energie von 0,4 kWhel. mit einem CO2 Anteil von 0,6 kg-CO2/kWh und eine Einsparung am Gasbrenner von 80 kWh mit anteilig mit 0,2 kg-CO2/kWh angegeben wird. Vorteil ist die Präzision der Leistungsziffer εCO2 = (80 × 0,2)/0,4 × 0,6 = 66,6.
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Vorteil ist die absolute Leistung: Es werden 0,4 kWhel verbraucht und gleichzeitig Klimagase CO2 mit dem Faktor 66,6 oder 6660% eingespart.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass die Leistung als erzeugte Energie kWhth. durch die Leistungsziffer εth = kWhth./kWhel. bezogen auf den Energieverbrauch kWhel. des Ventilator ausgewiesen wird. Vorteil ist, dass die Leistungsziffer nach Verbrauchsdaten, nämlich der Einsparung am Gasbrenner und dem Verbrauch ausgewiesen wird, z. B. εth = 80 kWh/0,4 kWh = 200 oder 20000%.
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Wesentlicher Vorteil: die Präzision und Planbarkeit des Einsparung.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass in bestehenden Trocknern die Leistungsziffer mit Einsparungen im Trockner und der erzeugten Energie im Absorber als Leistungsziffer εges = kWhges./kWhel. ausgewiesen wird. Vorteil ist, dass die Leistungsziffer die zusätzlichen Einsparungen im Trockner durch den Kreislauf ausweist. Wesentlicher Vorteil: erhöhte Einsparungen.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass die Leistung der Wärmepumpe als kostenabhängige Leistungsziffer ε€ = €ges/€el. ausgewiesen wird. Vorteil ist, dass die Kosten nämlich die Kosten für Energie durch die Leistungsziffer ε€ = €ges/€el ausgewiesen werden. Wesentlicher Vorteil: Die Sicherheit bei der Planung der Einsparungen und der Kosten.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Mess- und Regel-Verfahrens ist dadurch gegeben, dass die Kälte in der Wasservorlage gespeichert wird, bei Erreichen eines temperaturabhängigen Sollwertes in dem Schalter die Aufgabe von Kälte als Wasser freigegeben wird und bei Unterschreiten des Sollwertes die Aufgabe von Kälte unterbrochen wird. Vorteilhaft wird die Kälte gespeichert und bei Erreichen eines Sollwertes wird die Aufgabe von Kälte freigegeben. Vorteil ist die Regelung in der Weise, dass die Aufgabe von Kälte unterbrochen wird, wenn der Sollwert unterschritten ist.
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Wesentlicher Vorteil ist eine Dosierung von Kälte nach dem Bedarf.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die Zufuhr von Kälte mit einem Magnetventil in der Rohrleitung für Wasser freigegeben und durch Schließen des Ventiles unterbrochen wird. Vorteil ist, dass Kälte über ein Magnetventil in einer Zuleitung für Wasser dosiert wird. Weiterer Vorteil ist Wasser als Kälteträger.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die gasförmigen Medien bei unterschiedlichen Partialdrücken in einem Absorber mit mehreren Trennstufen in dem Kühlkreislauf behandelt werden und Wasser in den Trennstufen durch Absorption erwärmt wird. Vorteil ist, dass das Verfahren auf eine Behandlung der gasförmigen Medien in mehreren Trennstufen ausgerichtet ist. Wesentlicher Vorteil, dass Wasser in mehreren Stufen erwärmt wird. Vorteil ist die Nutzung als Brauchwasser.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Mess- und Regel-Verfahrens ist dadurch gegeben, dass die Wärmeleistung kWhth durch einen Wärmezähler in der wasserführenden Rohrleitung des Kühlkreislaufes gemessen wird. Vorteil ist, dass die Wärmeleistung der Wärmepumpe durch einen Wärmezähler als Energie, (kWh) gemessen wird. Wesentlicher Vorteil, dass die Erzeugung von Brauchwasser komplementär durch einen Wärmezähler, on-line, und rechnerisch z. B. nach einer Leistungsziffer ε bestimmt wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist mit einem Mess- und Regel-Verfahren für Absorptions-Wärmepumpen, nach Anspruch 1, zur Erzeugung von Brauchwasser in Wäschetrocknern in der Weise gegeben, dass ausgehend von einer Beladung des Trockners mit einer Wassermenge mH2O, verteilt auf das Trockengut und einer Wasservorlage in dem Absorber, die Kreisläufe auf einen Partialdruck von Wasserdampf temperaturabhängig erwärmt werden, Partialdrücke über einen Sensor eines temperaturabhängigen Schalter diagnostiziert werden, Brauchwasser durch einen Schaltvorgang zugeführt und erwärmt wird, Partialdrücke temperaturabhängig begrenzt werden, und die Leistung der Wärmepumpe innerhalb einer Zeit proportional dem verdampften Wasser mH2O (kg, Nm3) zu dem Energieverbrauch des Ventilator (kWh) als Leistungsziffer ε = f(mH2O/kWhel.) ausgewiesen wird. Vorteil ist, dass die Abwärme zur Aufheizung von Brauchwasser genutzt wird. Wesentlicher Vorteil: die Einsparung bei Waschschleudermaschinen.
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Weiterer Vorteil: Die Verkürzung der Waschzyklen durch warmes Brauchwasser.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den beigefügten Beispielen, die im Zusammenhang mit 1 bis 3 beschrieben werden:
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1 zeigt ein Mess- und Regel-Verfahren einer Wärmepumpe;
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2 zeigt eine Dampfkondensation durch Absorption;
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3 zeigt ein kontinuierliches Mess- und Regel-Verfahren.
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In 1 ist ein Mess- und Regel-Verfahren für eine Absorptions-Wärmepumpe mit Wasser als Kältemittel mit einem Kreislauf über einen Trockner 1 und mit einem Kühlkreislauf schematisch mit einer Leistungsmessung dargestellt, das im vorliegenden Fall aus dem beheizten Kreislauf 2 über den Trockner 1, mit einer Rohrleitung 3, ausgehend von einer Abluftleitung 5 zu dem Lufteintritt in eine Heizstufe 4, der Heizstufe 4 zur indirekten Beheizung, einem Gehäuse 7 des Trockner 1, einer Trommel 6 zur Aufnahme von feuchtem Trockengut mit der Wassermenge mH2O, einer verschlossenen Rohrleitung 5 für Abluft und einem Ventilator 8 sowie aus einem Kühlkreislauf 10, beginnend mit einer Rohrleitung 11, einer Aufteilung 12 von der Rohrleitung 11, einem Absorber 13 mit mehreren Trennstufen 14, Zuleitungen 15 auf die Trennstufen 14 in die flüssige Vorlage 16 zum Durchleiten der dampf- und gasförmigen Medien im Austausch mit der flüssigen Vorlage 16, Rohrleitungen 17 zur Ableitung der behandelten Medien von den Trennstufen 14, einer Rückführleitung 18 an das Gehäuse 7, einem Ventilator 19 für die Medien in dem Kühlkreislauf 10 in der Weise besteht, dass ausgehend von einer Beladung des Trockners 1 mit einer Wassermenge mH2O, verteilt auf das nicht gezeigte Trockengut, und einer Wasservorlage 16 in dem Absorber 13, die Kreisläufe 2, 10 auf einen Partialdruck für Wasserdampf, abhängig von der Temperatur erwärmt werden und über einen Temperatursensor 23 eines Schalters 22 diagnostiziert werden, Wasser über eine Leitung 21 durch einen Schaltvorgang zugeführt und erwärmt wird und die Partialdrücke temperaturabhängig begrenzt werden.
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Weiter ist in 1 die Messtechnik für die Regelung eines Chargentrockners im Zusammenhang mit der Nutzung der Abwärme und der Darstellung der Ergebnisse schematisch dargestellt, die aus einer Wassermenge mH2O im Trockner 1, der Wasservorlage 16 in den jeweiligen Trennstufen 14, einer Rohrleitung 21 zur Zuleitung von Wasser, einer Rohrleitung 27 zur Ableitung von erwärmten Wasser mit einem Behälter 43, einem Schalter 22 mit einem Temperatursensor 23, einem Magnetventil 24 geöffnet über das Signal des Sensors 23 und geschlossen bei einem tieferen Temperaturwert, einem Energiezähler 25 in der Rohrleitung 21 mit einem Temperatursensor 26 zur Bestimmung der Austrittstemperatur in der Rohrleitung 27 und einem Schalter 28 mit einem temperaturabhängigen Sensor 9 im Gehäuse 7 zum Öffnen des Schalters in der Zuführleitung 29 für elektrische Energie, einem Strommessgerät 40 und einer Steckdose 41 in der Weise zusammenwirkt, dass in dem Messgerät 40 der Energieverbrauch kWhel. des Ventilators 19 über die Dauer der Verdampfung, von (0 – n) Minuten, gemessen wird und in dem Energiezähler 25 zur Brauchwasser Erwärmung genutzte thermische Energie kWhtherm. gemessen wird, dass nach der Gleichung (1) aus den Messdaten der Faktor der Einsparung bezogen auf den Verbrauch kWhel. als Leistungsziffer ε zur Beschreibung der Wärmepumpe ausgewiesen wird.
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Vorteil ist, dass durch das Messverfahren der Nutzen nämlich der Gewinn an Energie zu dem Aufwand an Energie inform der Leistungsziffer ausgewiesen wird. Weiterer Vorteil: Die Wiederholbarkeit.
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Wesentlicher Vorteil ist die Präzision der Messmittel, Strom- und Energiezähler.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Darstellung in 2:
In 2 sind für eine Absorptionswärmepumpe die Wege des flüssigen Sorptionsmittels und der dampfhaltigen Medien zur Absorption des Dampfes in Trennstufen eines Absorbers 30 dargestellt, der in Strömungsrichtung 31 von Brauchwasser aus dem mehrstufigen Absorber 30, einer Vorlage 16 mit Wasser über einem Boden 33, einem Überlauf 32 in eine weitere Stufe 34 mit einer Vorlage 16, einem Überlaufrohr 35 mit einem Siphon 36 als Abschluss und dem temperaturabhängigen Sensor 26 in der Weise besteht, dass Kälte in der Vorlage 16 bevorratet ist und die Vorteile des Mess- und Regel-Verfahrens erreicht werden. Vorteil ist, dass ein Bedarf zur Kühlung über einen Temperaturwert ausgehend von dem Sensor 26 (bei einem max. Wert) angezeigt wird und Brauchwasser zur Kühlung aufgegeben wird.
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Vorteil: Die Präzision des Temperaturwertes im Brauchwasser.
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Weiter ist der Weg gasförmiger Medien von der Rohrleitung 37 in der Weise dargestellt, dass über Öffnungen die gasförmigen Medien in der Vorlage 16 verteilt werden und diese zur Fluidisierung bringen und der Vorteil des Wärme- und Stoffaustausches erreicht wird. Vorteil ist, dass die Partialdrücke in einer gesättigten, kälteren Luft zurückgeführt werden.
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Vorteil ist, dass diese Fluidisierung durch einen F-Faktor beschrieben wird, in Form der Leerrohrgeschwindigkeit des Gasvolumens in der Trennstufe, das über den Volumenstrom des Ventilators reproduzierbar ist und in m/sec vorgegeben wird. Andere Angaben beziehen sich auf den Volumenstrom in m3 pro Stunde und m2-Fläche. Wichtig ist, dass der F-Faktor zur Fluidiserung auf die einzelne Trennstufe des Absorbers und den jeweiligen Absorber übertragbar ist, damit die Vorteile und die Erwärmung von Brauchwasser erreicht werden.
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In Strömungsrichtung 31 sind weiter Messmittel zur Bestimmung der Einsparung kWhther. in Verbindung mit dem Temperatursensor 26 dargestellt, die aus einer Wasseruhr 38 mit einer Mengenanzeige F (Flow-m3), einem Temperatursensor 39 in der Zuleitung für Wasser in der Weise aufgebaut sind, dass die Energie-menge kWhther. nach der Funktion f(F × ΔT), der Wassermenge (kg) × der Aufheizung ΔT × der spez. Wärme, gleichgestellt ist. Wesentlicher Vorteil: die Messung, komplementär zu der Berechnung, der Einsparung bei stationärer und instationärer Trocknung.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Verfahrens ist in 3 beschrieben.
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In 3 ist ein Mess- und Regelverfahren für Absorptionswärmepumpen mit einem kontinuierlichen Trockner für Textilien auf Hängebahnen und einem Kühlkreislauf schematisch dargestellt, das im vorliegenden Fall aus einem Absorber 50 mit horizontalem Aufbau von Trennstufen 51 mit Wänden 52 unterteilt und aufgeteilt in einen Kühlkreislauf 53, mit Rohrleitungsmittel 54 zur Aufgabe der gasförmigen Medien in einer Vorlage 55 als Speicher für Kälte, einem Freiraum 56 über der Vorlage 55, Entnahmeleitungen 57 für behandelte Medien, einem Ventilator 58 sowie einem über die Temperatur geführten Ventil 59 zur Freigabe der Aufgabe von Wasser als Kältemittel und in einen Heizkreislauf 60 über einen Tunnelfinisher 61 für Textilien 62 auf Hängebahnen 63, aus einer indirekten Beheizung 64 zur Aufgabe von Energie in den Heizkreislauf 60, Rohrleitungsmittel 65 in den Tunnelfinisher 61, Rohrleitungsmittel 66 zur Ableitung der heißen gasförmigen Medien von den Textilien, einem Ventilator 67 in der Weise besteht, dass ausgehend von einer Beladung des Trockners 61 mit einer Wassermenge mH2O, verteilt auf die Textilien 62, und einer Wasservorlage 55 in dem Absorber 50, die Kreisläufe 60, 53 auf einen Partialdruck für Wasserdampf, abhängig von der Temperatur erwärmt werden und Partialdrücke über einen Temperatursensor 69 eines Schalters 49 diagnostiziert werden, Wasser über ein Ventil 59 in einer Leitung 68 durch einen Schaltvorgang zugeführt und erwärmt wird und die Partialdrücke temperaturabhängig begrenzt werden.
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Wesentlicher Vorteile ist die Einsparung von Frischdampf 20. Weiterer Vorteil, die Nutzung der hohen Partialdrücke zur Behandlung der Textilen mit überschüssigem Dampf. Es ist nämlich so, dass überschüssiger Dampf in der Wassermenge mH2O und an kalten Textilien 62 absorbiert wird und die Aufgabe von Dampf H2ODAMPF reduziert und Frischdampf 20 gespart wird.
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Um die Wärmenutzung als Brauchwasser zu erreichen, wird Kälte über eine Wasser führende Rohrleitung 68 angebunden, von einem Temperaturwert des Sensor 69 über das Ventil 59 aufgegeben, das Wasser durch die Wasservorlage, die durch Wände unterteilt ist, geführt, als erwärmtes Wasser mit dem absorbierten Kondensat in einem Überlaufrohr 70 abgeleitet und zur Nutzung einem Behälter 71 für Waschlaugen (erhitztes Wasser) zugeführt. Vorteil ist die Nutzung der Wassermenge mH2O als Brauchwasser.
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In 3 sind die Messmittel für eine Ausweisung der Einsparungen dargestellt, die im vorliegenden Fall aus einem Energiezähler 48 in der Zuleitung 68 für Wasser mit einer Anzeige der Energie-menge kWhtherm. im Energiezähler 48, dem Temperatursensor 69 in dem erwärmten Wasser, mit einem Signal auf den Schalter 49 und den Energiezähler 48 und aus einem Stromzähler 47, angebunden an den Ventilator 58 in der Weise aufgebaut sind, dass die angezeigten Werte für Energie, die Einsparung kWhtherm. und der Energieverbrauch des Ventilator 58 in den Energiezählern 48 und 47 jeweils ausgewiesen werden.
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Wesentlicher Vorteil: die Messung der Leistungsziffer von Wärmepumpen z. B. ε = kWhtherm./kWhelek.. Weiterer Vorteil besteht in einer digitalen Aufzeichnung, dem Messen und der Speicherung von Daten. Vorteil ist der Nachweis der Einsparung von Wärmepumpen und Nachweis des Klimaschutzes.
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Vorteil ist: die Messung, komplementär zu der Berechnung, der Einsparung einer stationären und instationären Wärmepumpe.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind in dem folgenden Beispiel beschrieben und werden durch einen CCOP ausgewiesen:
Trockner, Kannegiesser, Baujahr 2006 | Typ TM 75 D WU, |
Trocknungsluft (Abluft) | 2050 Nm3/h – installiert |
Trocknungsluft (Abluft) | 1250 Nm3/h – gemessen |
Mit Wärmepumpe: | keine Abluft |
Wäschemenge Trocken | 67,6 kg – gemessen |
Wassermenge mH2O (Beladung) | 35,2 kg |
Verluste durch Abluft – nur Luft (55 Minuten) | 17,8 kWh therm. |
Einsparung durch Heizkreislauf | +17,8 kWh therm. |
Brauchwasser-Erzeugung im Absorber:
Verbrauchelek. – installiert | 0,6 kW |
Verbrauch von (0–40) Minuten | (–) 0,4 kWh-(elektrisch) |
Brauchwassererwärmung | Brennstoff-Öl* |
Menge (kg) von 14°C auf 55°C | 650 Liter |
Energie-Einsparung (35,2 × 0,882) | 31 kWh |
Umbau: Einsparung durch Kreislauf | 17,8 kWh |
Gesamt netto/brutto | 48,8 kWhth 81,33 kWh*th |
*) Einsparung an Brennstoff bei 60% Effizienz im Dampferzeuger: anteilig 6% für Brennwerte, 22% für Dampfnetz, 12% diverse Verluste.
Einsparung pro Woche: Heizöl/50 h | 406 Liter-Öl |
Einsparung pro Jahr | 21 100 Liter-Öl |
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Es folgt eine Beschreibung der Leistungsziffern von Wärmepumpen auf der Basis von CCOP
NN:
ε = f(mH2O/kWhel.) = 35,2 kg/0,4 | 88 Einheiten |
Einsparung an CO2: | bei Brauchwasser-Erwärmung |
εCO2 = kg-CO2th./kg-CO2el | |
= 81,33 × 0,4/0,4 × 0,8 | 100 CCOPCO2 (Faktor) |
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Die Einsparung von 100 CCOP
CO2 ist das 100-fache oder 10000%.
Thermische Leistungsziffer ε | zur Erwärmung von Brauchwasser |
εges = kWhges./kWhel. = 81,33/0,4 | = 200 CCOPges |
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Die Einsparung von 200 CCOP
ges ist das 200-fache oder 20000%
Kostenabhängige Leistungsziffer ε€ | zur Erwärmung von Brauchwasser |
ε€ = €ges/€el = 81,33 × 0,042/0,4 × 0,2 | = 42 CCOP€ |
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Die Einsparung von 42 CCOP€ erreicht das 42-fache gegenüber dem Mehrverbrauch; bei Kosten von 0,042 €/kWhther. und 0,20 €/kWhel..
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Wesentlicher Vorteil des Mess- und Regelverfahren ist, dass hohe Einsparungen messtechnisch ausgewiesen werden und in Einheiten CCOP, nämlich dem mehrfachen des Verbrauches, angezeigt werden. Vorteil ist die Anzeige als CCOP-Einheit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trockner
- 2
- Heizkreislauf, beheizter Kreislauf
- 3
- Rohrleitung
- 4
- Heizstufe
- 5
- Rohrleitung
- 6
- Trommel
- 7
- Gehäuse
- 8
- Ventilator
- 9
- Temperatur-/Infrarot-sensor
- 10
- Kühlkreislauf
- 11
- Rohrleitung
- 12
- Aufteilung von Rohrleitung
- 13
- Absorber
- 14
- Trennstufen
- 15
- Zuleitungen
- 16
- Vorlage, flüssig
- 17
- Rohrleitungen
- 18
- Rückführleitung
- 19
- Ventilator
- 20
- Frischdampf
- 21
- Rohrleitung
- 22
- Schalter, temperaturabhängig
- 23
- Temperatursensor
- 24
- Ventil, Magnetventil
- 25
- Energiezähler
- 26
- Temperatursensor
- 27
- Überlaufrohr, Rohrleitung
- 28
- Schalter, temperaturabhängig
- 29
- el. Leitung
- 30
- Absorber
- 31
- Strömungsrichtung
- 32
- Überlauf-Rohr
- 33
- Boden
- 34
- Trennstufe
- 35
- Überlaufrohr
- 36
- Siphon
- 37
- Rohrleitung
- 38
- Wasseruhr
- 39
- Temperatursensor
- 40
- Strommessgerät
- 41
- Steckdose
- 43
- Behälter
- 47
- Energiezähler, Strom
- 48
- Energiezähler, Wärme
- 49
- Temperaturschalter
- 50
- Absorber
- 51
- Trennstufe
- 52
- Wand
- 53
- Kühlkreislauf
- 54
- Rohrleitungsmittel
- 55
- Vorlage, Speicher für Kälte
- 56
- Freiraum
- 57
- Entnahmeleitungen
- 58
- Ventilator
- 59
- Ventil
- 60
- beheizter Kreislauf, Heizkreislauf
- 61
- Tunnelfinisher
- 62
- Textilien
- 63
- Hängebahnen
- 64
- Heizstufe, indirekt
- 65
- Rohrleitungsmittel
- 66
- Rohrleitungsmittel
- 67
- Ventilator
- 68
- Rohrleitung
- 69
- Temperatursensor
- 70
- Überlaufrohr
- 71
- Behälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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