DE10349942A1 - Storage process for partial solar heating of building involves use of vegetable oil, both to create energy, and also to store energy - Google Patents

Storage process for partial solar heating of building involves use of vegetable oil, both to create energy, and also to store energy Download PDF

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Abstract

The storage process is applied to a combined heating system in which vegetable oils (rape seed oil, sunflower seed oil et al.) are also used. The vegetable oils are used not only to produce energy, but also for the storage of energy. The vegetable oils may be heated to 70-80[deg]C with the aid of solar energy in an insulated heating oil tank with lines to two water storage tanks (14, 16).

Description

Speichervorrichtung für Kombianlagen mit hohem solaren Deckungsbeitrag durch bivalente Nutzung von Pflanzenölen.storage device for combination plants with high solar contribution margin through bivalent use of vegetable oils.

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung für Kombianlagen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a storage device for combined plants according to the features of the preamble of claim 1.

Dem Verfahren liegt die erste These des Buches „Solare Weltwirtschaft" von MdB Hermann Scheer zu Grunde, die folgendermaßen lautet: „Die Weltzivilisation kann der existentiellen fossilen Ressourcenfalle nur entrinnen, wenn sie alles daransetzt, den Wechsel zu erneuerbaren, zugleich naturverträglichen Ressourcen unverzüglich einzuleiten, um sich von den fossilen Ressourcen unabhängig zu machen."the Procedure is the first thesis of the book "Solar World Economy" by MdB Hermann Scheer based on the following reads: "The world civilization can only escape the existential fossil resource trap, if she does everything to renew the change, at the same time nature-friendly Resources immediately to be independent of fossil resources do."

Gemäß dieser Forderung ist das Ziel des Verfahrens, mit Hilfe der Kombination von Solarenergie und der Energie von nachwachsenden Rohstoffen ein Kostenäquivalent mit den preislich günstigeren Energieträgern herbeizuführen. Dazu sollen die bivalenten Eigenschaften der Pflanzenöle sowohl als Energielieferer als auch Energiespeicher beitragen.According to this Demand is the goal of the procedure, with the help of the combination of solar energy and the energy of renewable resources equivalent of with the cheaper ones fuels bring about. For this purpose, the bivalent properties of vegetable oils both contribute as an energy supplier as well as energy storage.

Solare Kombianlagen mit Fossilbrennstoffen, wie Heizöl oder Erdgas, gewinnen zunehmend an Relevanz und sind immer stärker am Markt etabliert. Mangels entsprechender Wärmespeicher sowie zu klein ausgelegter Kollektorflächen sind diese Anlagen so dimensioniert, dass nur Energieeinsparungen in Höhe von 20 bis 30 % möglich sind.Solare Combined systems with fossil fuels, such as fuel oil or natural gas, are increasingly gaining in popularity Relevance and are always stronger established in the market. Lack of appropriate heat storage and too small designed collector surfaces These systems are dimensioned so that only energy savings in height from 20 to 30% possible are.

Eine zukünftige Perspektive könnte darin liegen, die bekannte Kombianlagentechnologie so weiter zu entwickeln, dass bei mo deraten Kosten deutlich höhere Solardeckungsanteile realisiert werden können.A future Perspective could therein are the well-known combination plant technology so on develop that at mo derate costs realized significantly higher solar coverage shares can be.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.Here uses the present invention.

Erfindungsgemäß werden dabei Pflanzenöle, wie z. B. Rapsöle oder Sonnenblumenöle usw., sowohl als Energielieferant wie auch als Wärmespeicher und damit insgesamt bivalent benutzt.According to the invention while vegetable oils, such as B. rapeseed oils or sunflower oils etc., both as an energy supplier and as a heat storage and thus in total used bivalent.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im Patentanspruch 1 beansprucht.The inventive method is claimed in claim 1.

Weiterbildungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.further developments this method according to the invention are the subject of the dependent claims.

Durch die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen, wie Raps, Sonnenblumen usw., kann der CO2-Ausstoß reduziert und Heizanlagen umweltfreundlicher gestaltet werden.The use of renewable raw materials such as oilseed rape, sunflowers etc. reduces CO 2 emissions and makes heating systems more environmentally friendly.

Die Vorteile des Verfahrens sind in folgenden Punkten zu sehen:

  • 1. Schutz der Umwelt, durch die Verwendung von CO2-neutralen Pflanzenölen (Rapsöl, Sonnenblumenöl) u. a. anstelle der umweltbelastenden fossilen Mineralölen. Da Pflanzenöle zur Verbesserung der Brennbarkeit sowieso erhitzt werden müssen, kann durch die Vorerwärmung Energie eingespart werden.
  • 2. Durch die bivalente Verwendung der Pflanzenöle auch als Wärmespeicher lässt sich die Kollektorfläche der Solaranlage auf die maximale Größe ausdehnen, so dass die Effizienz dieser Anlage wesentlich erweitert werden kann. Die Energie des Pufferspeichers dient zur Überbrückung kühler Tage und damit zur Brennstoffeinsparung.
  • 3. Das Verbrauch von Pflanzenölen für Heizzwecke fördert auch die heimische Landwirtschaft. Durch seinen hohen Vorfruchtwert ist Raps heute die Grundlage des modernen Ackerbaus, ist bienenfreundlich, verbraucht viel CO2 und liefert gleichzeitig ein gutes Eiweißfuttermittel für Rind und Schwein.
  • 4. Da der wachsende CO2-Ausstoß auf die Dauer gesehen für Mensch und Tier tödlich ist, wird der Übergang zu den nachwachsenden Rohstoffen unerlässlich. Das hier aufgeführte Verfahren soll dazu beitragen.
The advantages of the method can be seen in the following points:
  • 1. Protection of the environment, through the use of CO 2 -neutral vegetable oils (rapeseed oil, sunflower oil) and others instead of polluting fossil mineral oils. Since vegetable oils have to be heated anyway to improve the combustibility, energy can be saved by preheating.
  • 2. Due to the bivalent use of vegetable oils as a heat storage, the collector surface of the solar system can be extended to the maximum size, so that the efficiency of this system can be significantly expanded. The energy of the buffer tank serves to bridge cool days and thus to save fuel.
  • 3. The consumption of vegetable oils for heating also promotes domestic agriculture. Thanks to its high pre-fruit value, rapeseed is today the basis of modern agriculture, is bee-friendly, consumes a lot of CO 2 and at the same time provides a good protein feed for beef and pork.
  • 4. As the increased CO 2 emissions in the long term are fatal to humans and animals, the transition to renewable raw materials becomes indispensable. The process listed here should contribute to this.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen einer Heizanlage, wie sie in einem Einfamilienhaus Verwendung findet, erläutert. Es zeigen:The inventive method is based on embodiments of a heating system shown in FIGS. how it is used in a single-family home, explained. It demonstrate:

1 eine Heizanlage nach dem Stand der Technik, 1 a heating system according to the prior art,

2 eine Heizanlage nach der Erfindung, 2 a heating system according to the invention,

3 bis 6 diverse skizzierte Heizungsanlagen mit zugehörenden Projektdaten. 3 to 6 various sketched heating systems with associated project data.

Die Heizanlage gemäß 1 verfügt über eine herkömmliche Anlage zum Verbrennen von Fossilbrennstoffen. Diese Anlage besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Öltank 10, dem ein Ölbrenner 12 zugeordnet ist. Die durch die Verbrennung des Öls entstehende Wärme wird zum Aufheizen von Wasser in einem Wassertank 14 benutzt. Zugleich steht dieser Wassertank 14 mit einem Brauchwassertank 16 in Verbindung. Das Brauchwasser im Tank 16 steht über einem Leitungssystem 18 mit Brauchwasseranschlüssen des Einfamilienhauses in Verbindung. Zugleich steht der Tank 14 mit Heizkörpern 20 in Verbindung. Das im Tank 14 erwärmte Wasser wird in herkömmlicher Weise also dazu verwendet, die einzelnen Räume des Einfamilienhauses zu heizen und warmes Brauchwasser zur Verfügung zu stellen.The heating system according to 1 has a conventional plant for burning fossil fuels. This plant consists in the present embodiment of an oil tank 10 which is an oil burner 12 assigned. The heat generated by the combustion of the oil is used to heat up water in a water tank 14 used. At the same time stands this water tank 14 with a hot water tank 16 in connection. The hot water in the tank 16 is above a pipe system 18 with domestic water connections of the family house in connection. At the same time is the tank 14 with radiators 20 in connection. That in the tank 14 heated water is thus used in a conventional manner to heat the individual rooms of a family house and hot water for To make available.

Der Tank 14 wird jedoch nicht nur über die Brenneinrichtung zum Verbrennen von Fossilbrennstoffen erwärmt, sondern steht auch mit einem Solarkollektorsystem in Verbindung, um das im Tank 14 enthaltene Wasser zu erwärmen. Hierfür sind z. B. Solarkollektoren 22 auf dem Dach des Einfamilienhauses montiert. Diese Solarkollektoren 22 sind über ein Leitungssystem 24 sowohl mit dem Tank 14 als auch mit dem Tank 16 in Verbindung, um diese beiden Tank 14, 16 bzw. deren Wasserinhalt unmittelbar zu erwärmen.The Tank 14 However, not only is it heated by the combustor for burning fossil fuels, it is also communicating with a solar collector system in the tank 14 to keep the water contained. For this purpose, for. B. Solar collectors 22 mounted on the roof of the family house. These solar collectors 22 are over a pipe system 24 both with the tank 14 as well as with the tank 16 in connection to these two tank 14 . 16 or to heat their water content directly.

Bei dem in 1 dargestellten System dient sowohl die Fossilbrennanlagen mit dem Öltank 10 und dem Ölbrenner 12 sowie die Sonnenkollektoranlage 22 zur bivalenten Erwärmung des aufzuheizenden Wassers.At the in 1 shown system serves both the Fossilbrennanlagen with the oil tank 10 and the oil burner 12 as well as the solar collector system 22 for bivalent heating of the water to be heated.

In 2 ist eine andere Heizeinrichtung für ein Einfamilienhaus dargestellt. Diese Heizeinrichtung entspricht bis auf die nachfolgend zu erläutenden Unterschiede der Anlage von 1.In 2 another heater for a family house is shown. This heater is up to the below to be explained differences in the system of 1 ,

Im Gegensatz zur der Heizanlage von 1 ist der Öltank 10 von 1 durch einen Tank 30 ersetzt, in dem Pflanzenöle enthalten sind. Zusätzlich ist der Tank 30 mit einer Außenisolierung 32 versehen. Eine Heizeinrichtung 34, die dazu geeignet ist, das Pflanzenöl zu verbrennen, ist ebenfalls vorgesehen. Dazu wird das Öl im Brenner mit Hilfe einer Heizspirale auf 110°C erhitzt. Durch die Verwendung des Öles als Wärmespeicher kann hierdurch Energie eingespart werden.In contrast to the heating system of 1 is the oil tank 10 from 1 through a tank 30 replaced, are contained in the vegetable oils. In addition, the tank 30 with an external insulation 32 Mistake. A heating device 34 , which is suitable to burn the vegetable oil, is also provided. To do this, the oil in the burner is heated to 110 ° C using a heating coil. By using the oil as a heat storage energy can be saved thereby.

In der 2 wurde die Kollektorfläche verdoppelt, so dass sich die Energieleistung der Anlage bei günstiger Sonneneinstrahlung fast verdoppelt und sich das Wasser in den beiden Tankbehälter wesentlich schneller erwärmt. Sobald Temperaturen von über 70°C erreicht werden, wird mit Hilfe eines Wärmetauschers die Solarenergie auf das Pflanzenöl im Heizöltank, welcher mit einer Isolierschicht von mindestens 4 cm Styropor isoliert ist, übertragen.In the 2 the collector surface was doubled, so that the energy output of the system almost doubled with favorable solar radiation and the water in the two tank containers heats up much faster. As soon as temperatures of more than 70 ° C are reached, the solar energy is transferred to the vegetable oil in the fuel oil tank, which is insulated with an insulating layer of at least 4 cm polystyrene using a heat exchanger.

Wenn Wärme benötigt wird, werden die beiden Wasserspeicher zur Energieleistung herangezogen, bis diese auf ihre Mindestsolltemperatur von z. B. 50°C abgekühlt sind. Erst dann wird der Öltank zur Energieleistung abgerufen. Sobald alle Wärmespeicher unter der Mindestsolltemperatur von z. B. 50°C liegen, schaltet sich der Ölbrenner ein und übernimmt die Heizung.If Heat is needed the two water tanks are used for energy output, until it reaches its minimum target temperature of z. B. 50 ° C are cooled. Only then will the oil tank for energy performance. As soon as all heat storage is below the minimum set temperature from Z. B. 50 ° C, the oil burner shuts off and takes over Heater.

Das bedeutet, je größer die Solarkollektorfläche und je größer das Rapsöllager, desto mehr kann Energie für kühlere Tage gespeichert werden, so dass der Verbrauch an Pflanzenölen sinkt und die Heizungskosten trotz höherer Heizölpreise auf ein Vergleichsniveau mit denen der fossilen Brennstoffe herabgesetzt werden können.The means, the bigger the solar collector and the bigger that Rapeseed oil storage, the more energy for cooler Days are stored so that the consumption of vegetable oils decreases and the heating costs despite higher fuel oil prices to a level comparable to that of fossil fuels can be.

Energiekostenvergleich (ohne Technik):
Heizungsanlage für Fossilbrennstoffe: Bedarf/Jahr: 3.000 Liter × 0,35 EUR = 1.050,00 EURHeizungsanlage mit Solaranlage und Rapsöl: Bedarf/Jahr: 2.000 Liter × 0,55 EUR = 1.100,00 EUR Energy cost comparison (without technology):
Heating system for fossil fuels: Need / Year: 3,000 liters × 0.35 EUR = 1.050,00 EUR Heating system with solar system and rapeseed oil: Need / Year: 2,000 liters × 0.55 EUR = 1,100.00 EUR

In der weiterentwickelten Kombianlage stehen bei diesem Verfahren isolierte Öltanks mit mehreren tausend Litern Öl als Wärmespeicher zur Verfügung, so dass die vorhandene Kollektorenflächen maximal genutzt werden können. Damit lässt sich die Effizienz der Heizanlage steigern.In In the advanced combination plant, isolated oil tanks are included in this process several thousand liters of oil as a heat storage to disposal, so that the existing collector surfaces are used to the maximum can. Leave it increase the efficiency of the heating system.

Die Verwendung von Pflanzenölen – hier Rapsöl – ist aus folgenden Gründen möglich. Laut Unterlagen des Landesgewerbeamtes Baden-Württemberg sind Pflanzenöle im Gegensatz zu den fossilen Mineralölen weder schädigend noch explosiv. Sie haben eine hohe Energiedichte von 9,2 KWh je Liter, sind regenerativ, CO2-neutral, frei von Schwefel sowie von Schwermetallen und Radioaktivität. Die spezifische Energiespeicherkapazität gegenüber H2O liegt bei 0,547 KWh/kg, so dass in der Wärmespeicherung ca. 2 Liter Rapsöl 1 Liter H2O ersetzen kann.The use of vegetable oils - here rapeseed oil - is possible for the following reasons. According to documents of the Baden-Württemberg State Trade Office, vegetable oils are neither harmful nor explosive, in contrast to fossil mineral oils. They have a high energy density of 9.2 KWh per liter, are regenerative, CO 2 -neutral, free of sulfur as well as of heavy metals and radioactivity. The specific energy storage capacity compared to H 2 O is 0.547 KWh / kg, so that about 2 liters of rapeseed oil can replace 1 liter of H 2 O in the heat storage.

Rapsöl ist somit sehr umweltverträglich, seine Verwendung als nachwachsender Rohstoff wird deshalb seitens der Landesregierung Baden-Württembergs gefördert, zumal die ersten Versuchsanlagen bereits eingerichtet wurden.Rapeseed oil is thus very environmentally friendly, its use as a renewable resource is therefore part of the state government of Baden-Württemberg encouraged especially since the first pilot plants have already been set up.

In mehreren Versuchen konnte nachgewiesen werden, dass sich Rapsöl ohne Probleme auf 70°C bis 80°C erhitzen lässt. Es konnte nur eine geringe Schaumentwicklung ab 60°C beobachtet werden.In Several experiments have proven that rapeseed oil works without problems to 70 ° C up to 80 ° C let it heat up. It could only a slight foaming observed from 60 ° C. become.

Selbst eine Erhitzung auf 110°C zeigt keine negativen Folgen. Ja man kann sagen, das Öl wurde bei dieser Temperatur dünnflüssiger, so dass dadurch die bessere Verbrennbarkeit besteht.Even heating to 110 ° C shows no negative consequences. Yes you can say, the oil was added this temperature is thinner, so that there is better burnability.

Für die praktische Realisierung dieses Verfahrens müssen noch Erfahrungen im Hinblick auf die Anwendung des erforderlichen Materials sowie der Isolation der Lagerbehälter gesammelt wer den. Auch die Brenner für Pflanzenöle bedürfen einer weiteren Funktionsverbesserung.For the practical Realization of this procedure must still experience with regard to the application of the required Materials and the isolation of the storage containers collected who the. Also the Burner for vegetable oils need another functional improvement.

Durch seine Umweltfreundlichkeit infolge der Verminderung des CO2-Ausstoßes, kann davon ausgegangen werden, dass das Land Baden-Württemberg die weitere Entwicklung des hier vorgestellten Verfahrens unterstützt.Due to its environmental friendliness as a result of the reduction in CO 2 emissions, it can be assumed that the state of Baden-Württemberg is continuing the development of the one presented here Supported method.

Claims (5)

Verfahren zum umweltfreundlichen Heizen eines Gebäudes mit einer solaren Kombianlage, wobei zur Heizungsstützung und zur Steigerung des Deckungsanteils an Solarenergie CO2-neutrale Pflanzenöle (Raps, Sonnenblumen u.a.) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzenöle sowohl zur Energieerzeugung wie auch zur Energiespeicherung verwendet werden.Method for environmentally friendly heating of a building with a solar combined cycle plant, being used for heating support and to increase the coverage of solar energy CO 2 -neutral vegetable oils (rape, sunflower, etc.), characterized in that vegetable oils are used both for energy production as well as for energy storage. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenöle auf 70°C bis 80°C mit Hilfe der Sonnenenergie erhitzt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the vegetable oils to 70 ° C up to 80 ° C be heated with the help of solar energy. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pflanzenöle im isolierten Heizöltank erst energetisch aufgeladen werden, wenn die beiden Wasserspeicher voll sind.Method according to claim 1 or 2, characterized that the vegetable oils in the insulated heating oil tank only be energetically charged when the two water tanks are full. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung des Pflanzenöles durch Solarenergie dazu beiträgt, elektrische Energie zu sparen.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the preheating of the vegetable oil through solar energy contributes to electric Save energy. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Pflanzenöle auch als Energieträger bei Zentralheizungen Verwendung finden können.Method according to one of claims 1 to 4, characterized that vegetable oils also as an energy source can be used in central heating systems.
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