DE202008007252U1 - Device for energy saving and / or energy production in buildings by heat recovery and / or air conditioning - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Energieeinsparung und Energiegewinnung in Gebäuden durch Wärmerückgewinnung und/oder Klimatisierung, gekennzeichnet durch einen auf aggressive Luft spezialisierten Wärmetauscher (3), (12), der aus vorbeiströmender Luft Wärme aufnimmt und diese über sein Wasser an den Verdampfer einer Wärmepumpe (1) überträgt, wobei die entstehenden Wärmegewinne genutzt werden zur Beheizung einer oder mehrerer Heizungen (2) und/oder zur Warmwasserbereitung und weiterhin gekennzeichnet durch die Möglichkeit einer Klimatisierung anhand eines Wärmetauschers (4), der angesaugte Luft abkühlt und/oder klimatisiert.Apparatus for energy saving and energy production in buildings by heat recovery and / or air conditioning, characterized by a specialized on aggressive air heat exchanger (3), (12) receiving heat from passing air and transfers heat via its water to the evaporator of a heat pump (1) , wherein the resulting heat gains are used to heat one or more heaters (2) and / or for hot water and further characterized by the possibility of air conditioning using a heat exchanger (4), the cooled air and / or air-conditioned.
Description
Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur Energieeinsparung und Energiegewinnung in Gebäuden durch Wärmerückgewinnung und/oder Klimatisierung, gekennzeichnet durch einen auf aggressive Luft spezialisierten Wärmetauscher, der aus vorbeiströmender Luft Wärme aufnimmt und diese über sein Wasserkreislauf an den Verdampfer einer Wärmepumpe überträgt, wobei die entstehenden Wärmegewinne genutzt werden zur Beheizung einer oder mehrerer Heizungen und/oder zur Warmwasserbereitung und weiterhin gekennzeichnet durch die Möglichkeit einer Klimatisierung anhand eines Wärmetauschers, der angesaugte Luft abkühlt und/oder klimatisiert.at The invention is a device for energy saving and energy production in buildings through heat recovery and / or Air conditioning, characterized by a specialized on aggressive air Heat exchanger that heat from passing air and this via his water cycle to the evaporator a heat pump transfers, with the resulting Heat gains are used to heat one or more Heaters and / or for hot water and continue to be labeled by the possibility of air conditioning based on a Heat exchanger that cools the intake air and / or air-conditioned.
Die hier vorgestellte Erfindung ist gekennzeichnet durch die Nutzung entstehender Abwärme in der Industrie und/oder im Gewerbe und/oder in der Landwirtschaft und/oder in Kommunen, z. B. in Form von entstehender Wärme in Gebäuden und/oder in Form von Prozesswärme und/oder in Form von entstehender Abwärme von Tieren. Diese Abwärme ist jeweils auch gebunden in aggressiven Gasen und wird deshalb bislang wirtschaftlich und technisch nicht oder nur auf unzureichende Art sinnvoll genutzt zum Betrieb von Wärmetauscher- und Wärmepumpensystemen, da bisherige Systeme sehr schnell korrodieren und/oder technisch und wirtschaftlich nicht effizient genug und/oder nicht gut aufeinander abgestimmt sind bzw. effizient miteinander kombiniert werden, um technische bzw. wirtschaftliche Vorteile zu bieten, damit Anwendungen in diesen Bereichen sinnvoll werden. Die Erfindung erreicht durch eine neue Kombination mit neuen Konstruktionsmerkmalen eines Wärmetauscher-/Wärmepumpensystems, dass eine wirtschaftliche Nutzung entstehender Abwärme in diesen Umgebungen mit aggressiver bzw. leicht mit Werkstoffen reagierender Luft, wirtschaftlich und technisch möglich und sinnvoll wird. Zum einen wird ein eigens konstruierter Wärmetauscher, in einer speziellen Anwendung in Tierställen ist dies ein Luft-Wasser-Wärmetauscher, verwendet, der aus einem komplexen Rohrkanalsystem besteht mit einer großen Oberfläche, wodurch auch bereits geringe Temperaturunterschiede aus vorbeiströmender Luft zum Wasser im Wärmetauscher von diesem Wasser großflächig aufgenommen werden. Weiterhin wird dieser Wärmetauscher aus speziell an die Umgebung angepassten Materialien gefertigt, die selbst in diesen Umgebungen mit aggressiven Gasen und/oder Dämpfen und/oder Flüssigkeiten und/oder Festpartikeln wenig bis gar nicht korrodieren. Je nach Umgebung können dies Materialien sein wie spezielle Edelstähle, Kunststoffe, Metalllegierungen, Verbundrohre, Mehrschicht-verbundrohre, Mehrschichtverbundmaterialien und/oder korrosionsresistente Materialien und Materialien, die angesichts aggressiver, leicht mit Werkstoffen reagierender Gase, Dämpfe, Flüssigkeiten und Festpartikel, Staub, Schwefelwasserstoffe, Ammoniak, Säuren und Basen korrosionsresistent sind. Gekoppelt an diesen Wärmetauscher wird eine Wärmepumpe verwendet, in einem speziellen Anwendungsfall in Tierställen ist dies eine Sole-Wasser-Wärmepumpe oder eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe, deren Kältemittel nicht direkt aus der Umgebungsluft Wärme aufnimmt, sondern die Wärme der Umgebung in Form von aggressiven Gasen vom Luft-Wasser-Wärmetauscher aufgenommen wird und erst danach über ein Rohrleitungssystem geleitet wird und dann gespeicherte Wärme an den Verdampfer der Wärmepumpe abgibt.The presented invention is characterized by the use arising waste heat in industry and / or trade and / or in agriculture and / or communities, eg. B. in the form of arising heat in buildings and / or in shape of process heat and / or in the form of resulting waste heat of animals. This waste heat is also bound in each case aggressive gases and is therefore so far not economically and technically or used in an inadequate manner to operate Heat exchanger and heat pump systems, since previous Systems corrode very quickly and / or technically and economically not efficient enough and / or not well matched efficiently combined with each other to technical or economic To offer advantages for applications in these areas makes sense become. The invention achieved by a new combination with new Design features of a heat exchanger / heat pump system, that an economic use of resulting waste heat in these environments with aggressive or easily with materials reacting air, economically and technically possible and makes sense. On the one hand, a specially designed heat exchanger, in a special application in animal stables this is a Air-water heat exchanger, used, made of a complex Pipe system consists of a large surface, which also already small temperature differences from flowing past Air to water in the heat exchanger of this water over a large area be recorded. Furthermore, this heat exchanger made of materials specially adapted to the environment, even in these environments with aggressive gases and / or vapors and / or liquids and / or solid particles little to do not corrode at all. Depending on the environment, these may be materials such as special stainless steels, plastics, metal alloys, Composite pipes, multi-layer composite pipes, multi-layer composite materials and / or corrosion-resistant materials and materials that are more aggressive, easily react with gases, vapors, liquids and solid particles, dust, hydrogen sulfide, ammonia, acids and bases are corrosion resistant. Coupled to this heat exchanger a heat pump is used, in a specific application in animal sheds, this is a brine-to-water heat pump or a water-to-water heat pump, its refrigerant not directly from the ambient air absorbs heat, but the heat of the environment in the form of aggressive gases from Air-water heat exchanger is recorded and only then a piping system is routed and then stored heat to the evaporator of the heat pump.
Anhand
des Einsatzes der Erfindung in der Tierhaltung in Ställen
sollen einige Konstruktionsmerkmale und Vorteile dargestellt werden:
Im
allgemein gängigen Funktionsprinzip bei der Lüftung
wird über Wandöffnungen zugeführte Außenluft über
eine Zuluftdecke (Lochplattendecke (
In the generally common operating principle in ventilation, outside air supplied via wall openings is conveyed via a supply ceiling (perforated slab ceiling (
Beim
veränderten Funktionsprinzip der Erfindung befindet sich
vor jeder Wandzuluftöffnung ein Wasser-Luft-Wärmetauscher
(
Die hier vorgestellte Erfindung ist gekennzeichnet durch die Nutzung entstehender Abwärme von Produktions- und/oder Verbrennungs- und/oder Bearbeitungsprozessen und/oder durch die Nutzung entstehender Abwärme von Tieren in Form aggressiver Gase, die an einem Kanalsystem eines Wärme-tauschers vorbeigeleitet werden, so dass diese von außen wärmenden Gase das durch das Kanalsystem des Wärmetauschers strömende Wasser erwärmen und dieses erwärmte Wasser wird dann über ein hydraulisch abgeglichenes, komplexes Rohrleitungssystem einer Wärmepumpe zugeleitet. Diese bringt die kostenlos zur Verfügung stehende Umgebungswärme und/oder Innenraumwärme (in einer Anwendung ist es z. B. Prozesswärme, in einer anderen Anwendung ist es Tierwärme, etc. etc.) auf ein höheres Temperaturniveau.The present invention is characterized by the use of waste heat produced by production and / or combustion and / or processing processes and / or by the use of resulting waste heat from animals in the form of aggressive gases, which are passed past a duct system of a heat exchanger, so that these externally warming gases heat the water flowing through the channel system of the heat exchanger and this heated water is then fed via a hydraulically balanced, complex piping system of a heat pump. This brings the free available ambient heat and / or indoor heat (in one application, it is eg process heat, in another It is used for animal heat, etc. etc.) at a higher temperature level.
In
der Tierhaltung in Ställen mit Jungtieren, die ganzjährig
beheizt werden müssen, wird die Quellenseite (der Primärkreis)
der Wärmepumpe genutzt, um z. B. in den Sommermonaten bei
hoher Außentemperatur das Stallklima zu verbessern. Durch Erhöhung
der Quellentemperatur verbessert sich die ganzjährige Arbeitszahl
der Wärmepumpe. Laut
In einem Schweinestall mit 700 Ferkeln und 100 Zuchtsauen mit einer Stalllufttemperatur von 15°–30°C, mit einer relativen Luftfeuchtigkeit im Stall von 70% oder mehr, mit einer Sommerluftrate im Stall ohne Kühlung von 38000 m3/h, mit einer Sommerluftrate im Stall mit Kühlung von 6000 m3/h, mit einer Winterluftrate im Stall von 3800 m3/h, mit einer Tierwärme im Stall von mindestens 85 kW, mit einem Wärmebedarf der Heizungsanlage von 12 kW, einer Fußbodenheizung im ganzjährigen Betrieb von 80 m2, einer Vorlauftemperatur von 40°C–45°C und einer Rücklauftemperatur von 33°C–38°C, einer relativen Luftfeuchtigkeit außen von 80%–95% und einer mittleren tiefsten Außentemperatur von –12°C, mit Transmissionswärmeverlusten von 5 kW, wird der Luft-Wasser-Wärmetauscher aus Edelstahlrohren mit 22 mm Durchmesser gefertigt und ist in Rohrschlangen aufgebaut mit einer Gesamtlänge von mindestens 200 m zum Erreichen ein gute Leistungszahl. Bei zusätzlicher Kühlung mit Wasser-/Luft-Wärmetauschern an den Zuluftöffnungen werden 14 Wasser-Luft-Wärmetauscher eingesetzt mit einer Größe von jeweils 150 × 800 mm und mit einer Kühllast von je 500 Watt. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe hat eine Leistung von 12 kW mit einer daraus resultierenden Arbeitszahl im Winter von 3,6 kW und einer Arbeitszahl im Sommer von 4,0 kW. Diese Werte geben beispielhaft wieder, wie die einzelnen Komponenten ausgelegt werden können, um ein sehr gutes Zusammenspiel zu erreichen mit einem äußerst lukrativen Verhältnis zwischen der aufgenommenen elektrischen Leistung und der von der Wärmepumpe abgegebenen Wärmeleistung.In a pigsty with 700 piglets and 100 breeding sows with a stable air temperature of 15 ° -30 ° C, with a relative humidity in the barn of 70% or more, with a summer air rate in the barn without cooling of 38000 m 3 / h, with a summer airflow in the Barn with cooling of 6000 m 3 / h, with a winter air rate in the stable of 3800 m 3 / h, with an animal heat in the stable of at least 85 kW, with a heat demand of the heating system of 12 kW, a floor heating in the year-round operation of 80 m 2 , a flow temperature of 40 ° C-45 ° C and a return temperature of 33 ° C-38 ° C, a relative humidity outside of 80% -95% and an average lowest outside temperature of -12 ° C, with transmission heat losses of 5 kW, The air-water heat exchanger is made of stainless steel tubes with a diameter of 22 mm and is constructed in coils with a total length of at least 200 m to achieve a good coefficient of performance. With additional cooling with water / air heat exchangers at the supply air openings 14 water-air heat exchangers are used with a size of 150 × 800 mm and with a cooling load of 500 watts each. The brine-water heat pump has a capacity of 12 kW with a resulting workload of 3.6 kW in the winter and 4.0 kW in the summer. These values give an example of how the individual components can be designed to achieve a very good interaction with a very lucrative ratio between the recorded electrical power and the output from the heat pump heat output.
In der Tierhaltung verbirgt sich ein großes Potential an Abwärme und/oder Abluft. Es bestehen gute Voraussetzungen für eine Wärmepumpenheizung. Ein ganzjährig hoher Wärmebedarf kann mit vergleichsweise niedriger Vorlauftemperatur gedeckt werden. Ein gutes Stallklima trägt wesentlich zum Wohlbefinden der Tiere bei. Unabhängig vom Außenklima sollte den Tieren immer ein optimales Raumklima zur Verfügung gestellt werden. Die in der Abluft enthaltenen Anteile an Staub, Wasserdampf und vor allem an Ammoniak und Schwefelwasserstoff mag unter anderem dazu geführt haben, dass es bislang unseres Wissens nicht versucht wurde, das hier vorgestellte Verfahren oder ein ähnliches Verfahren zu konstruieren, zu testen oder zu planen. Eine direkt eingebaute Luft-Wasser-Wärmepumpe würde im Normalfall stark korrodieren, einen viel zu hohen Wartungsaufwand erfordern und der Betrieb eines solchen Verfahrens würde sich nicht lohnen, weder wirtschaftlich noch technisch. Die Erfindung verwendet einen durch unterschiedliche Maßnahmen speziell von uns präparierten Wärmetauscher, damit diese Probleme minimiert werden mit geringem Wartungs- und Technikaufwand.In Animal husbandry hides a great potential for waste heat and / or exhaust air. There are good conditions for a Heat pump heating. A year-round high heat demand can be covered with comparatively low flow temperature. A good stable climate contributes significantly to well-being the animals at. Regardless of the outdoor climate should the animals always an optimal room climate available be put. The proportions of dust contained in the exhaust air, Water vapor and especially of ammonia and hydrogen sulfide may be below have led to other things, so far as we know was not tried, the method presented here or a similar Process to design, test or plan. A directly installed Air-to-water heat pump would normally be strong corrode, require a much too high maintenance and the Operating such a process would not be worthwhile neither economically nor technically. The invention uses a specially prepared by us through different measures Heat exchangers to minimize these problems low maintenance and technical effort.
In einem Testlauf hat sich diese Energiebilanz bei der elektrischen Wärmepumpe als bestechend erwiesen: Für eine Kilowattstunde elektrischer Energie (für den Antrieb des Kompressors) liefert die Wärmepumpe im Schnitt vier Kilowattstunden Wärmeenergie in die Heizung. Das Gerät holt sich also ein Viertel Strom als Antriebsenergie, die drei restlichen Viertel können aus der Abwärme der Tiere gewonnen werden, deren Energie überall in den Ställen durch ein Entlüftungssystem abgeführt wird. Unser Verfahren hilft somit nicht nur, Energie zu sparen, sondern entspricht auch in idealer Weise der aktuellen Forderung nach weniger Verbrennung von fossilen Energieträgern in Hinblick auf nicht erwünschte CO2 Emissionen. Damit kann die Erfindung auch einen Beitrag leisten für die Umwelt.In a test run, this energy balance with the electric heat pump has proven to be captivating: For one kilowatt hour of electrical energy (for driving the compressor), the heat pump delivers an average of four kilowatt hours of heat energy into the heater. Thus, the device gets a quarter of electricity as the driving energy, the remaining three quarters can be obtained from the waste heat of the animals, whose energy is dissipated throughout the stables by a venting system. Not only does our process help save energy, but it is also ideally suited to the current demand for less fossil fuel combustion in terms of unwanted CO 2 emissions. Thus, the invention can also make a contribution to the environment.
- 11
- Wärmepumpeheat pump
- 22
- Heizungheater
- 33
- Wärmetauscherheat exchangers
- 44
- Wärmetauscherheat exchangers
- 55
- Zuluftdeckesupply air ceiling
- 66
- AbluftsammelkanalExtract manifold
- 77
- OberflurabluftrohrUpper-floor exhaust duct
- 88th
- PrimärkreispumpePrimary circuit pump
- 99
- SekundärkreispumpeSecondary circuit pump
- 1010
- Umschaltventil zum Heizen oder zum Heizen und Kühlenswitching valve for heating or for heating and cooling
- 1111
- Abluftventilatorexhaust fan
- 1212
- Wärmetauscherheat exchangers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - ”Zweiter Verordnung zur Änderung der Tierschutz-Nutztierhaltungsverordnung vom 01. August 2006” sind „Neubauten mit geeigneten Vorrichtungen zur Verminderung der Wärmebelastung auszustatten” [0006] - 'Second Order amending the Animal Welfare Regulation of 01 August 2006' means 'to equip new buildings with suitable heat-reducing devices'. [0006]
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DE202008007252U Expired - Lifetime DE202008007252U1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Device for energy saving and / or energy production in buildings by heat recovery and / or air conditioning |
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