DE2420867A1 - Verfahren zur rueckgewinnung der fuehlbaren waerme aus gebaeude- insbesondere wohngebaeudeabwaessern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Rückgewinnung der fühlbaren Wärme aus Gebäudes insbesondere Wohngebäudeabwässern und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Rückgewinnung der fühlbaren Wärme aus Gebäudeabwässern, insbesondere Wohngebäudeabwässern, durch Wärmeaustausch bei getrennter Führung des abgebenden und des aufnehmenden Mediums, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Rückgewinnung von Abwärme wird im industriellen Bereich schon aus ökonomischen Gründen mit beträchtlicher Sorgfalt geübt, sofern die in Betracht zu ziehenden Temperaturen dies auch nur einigermaßen erlauben. Aus industriellen Abwässern wird gemeinhin die fühlbare Wärme vor der Einleitung in den Vorfluter etc., soweit möglich, entzogen. Im Bereich städtischer Gebäude, insbesondere bei Wohngebäuden, ist die Frage der Rückgewinnung der Abwasserwärme bisher offensichtlich nicht erörtert worden; jedenfalls sind Verfahren und Vorrichtungen zur Rückgewinnung der Abwasserwärme in diesem Bereich bisher nicht bekannt geworden.
• Die bisher geübte Vernachlässigung dieser Frage mag eine Reihe von Gründen haben, nämlich etwa folgende: a) seit nahezu drei Jahrzehnten hat Energie in praktisch unbegrenztem Maß zu vergleichsweise geringen Kosten zur Verfügung gestanden, so daß die Erörterung der Frage aus ökonomischen Gründen sich nicht anbot; b) die gewohnheitsmäßige Betrachtung dürfte aufgrund von Vorstellungen, die auf früheren technischen Voraussetzungen beruhen, von dem Gedanken ausgegangen sein, daß die Abwässer von Wohngebäuden praktisch die gleiche Temperatur wie das Frischwasser aufweisen müßten, und daß in Folge dessen die Wärmerückgewinnung sich nicht lohnt; c) die ständige Zunahme des Verbrauchs von Warmwasser - in Folge der billigen zur Verfügung stehenden Energie - und die dadurch verursachte beträchtliche Zunahme der Abwassertemperatur ist offensichtlich der Aufmerksamkeit der technischen Fachwelt entgangen.
• Vom Anmelder durchgeführte, über einen längeren Zeitraum verteilte regelmäßige Messungen in einem Mehrfamilienwohnhaus mit 44 Wohnungen haben indessen ergeben, daß das Abwasser dieses Haus mit einer Temperatur zwischen 260C und 0 36 C verlässt. Es handelt sich also um recht hohe Temperaturen, bi§Uder von WannBad-Wasser. Bei Brücksichtigung der Tatsache, daß auch der Warmwasserverbrauch durch Zunahme der Kopfzahl, als auch durch Erhöhung der individuellen Ansprüche stetig zunimmt, ergeben sich somit ganz außerordentliche Wärme- bzw.
• Energiemengen, die nutzlos verloren gehen und an anderer Stelle sogar Schaden anrichten. Unter diesem Aspekt gesehen erscheint es nicht weiter verwunderlich, daß setzens der Wasserwirtschaftsbehörden und der mit dem Umweltschutz befassten Kreise über die "Aufheizung der Flüsse geklagt wird, denn angesichts dieser Zahlen muß angenommen werden, daß auch ohne die Wärmeabführung von Kraftwerken eine ansehnliche Aufheizung der abwasserführenden Flüsse stattfindet.
• Diese Voraussetzungen lassen es als ein dringendes technisches Gebot erscheinen, die Rückgewinnung der Wärme aus Abwässern zu betrieben. Der Erfindung ist, von diesen Überlegungen ausgehend, die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Rückgewinnung der fühlbaren Wärme aus Gebäude-, insbesondere Wohngebäudeabwässern durch Wärme austausch an ein wärmeaufnehmendes Medium bei getrennter Führung des abgebenden und des aufnehmenden Mediums vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Abwasser vor Eintrittie Wärmeaustauschzone die groben Dickstoffe entzogen werden, und daß der Wärmeaustausch mit Frischwasser der Hauswasserversorgung als aufnehmendes Medium unter Gegenstromführung vorgenommen wird.
• Vorzugsweise wird zur Vermeidung einer unnötigen bzw. vielleicht unerwünschten Aufheizung der allgemeinen Kaltwasserversorgung der Wäremeaustausch nur mit dem für die Warmwasserbereitung vorgesehenen Heizstrom der Hauswasserversorgung vorgenommen. Die auf diese Weise erfolgende Vorwärmung des zur Warmwasserbereitung fliessenden Frischwassers gewährleistet eine ganz erhebliche Einsparung an Wärmeenergie und damit unmittelbar an Heizungskosten für die Warmwasserbereitung.
• In weiterer Vervollkommnung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß dem Abwasser die nach dem Wärmeaustausch verbleibende Restwärme durch ein unter vermindertem Druck bei niedriger Temperatur in geschlossenem System verdampfendes Medium entzogen wird. Als ein solches Medium dient beispielsweise die Flüssigkeit einer Wärmepumpe. Während ohne diese zusätzliche Maßnahme durch einfachen Wärmeaustausch zwischen Abwasser und Frischwasser immerhin eine Abwassertemperatur 0 von 12 bis 15°C (je nach der Temperatur des Frischwassers) erreicht werden kann, erlaubt die erwähnte zusätzliche Maß-0 nahme Abflußtemperaturen des Abwassers von 3 bis 5 C zu erzielen. Dies bedeutet dem Sinne nach, daß es nicht nur gelingt, dem Abwasser die gesamte ihm mitgeteilte Wärme zu entziehen, sondern darüber hinaus einen Teil des Wärmeinhalts des Frischwassers zqgewinnen.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient zweckmäßig eine Vorrichtung, bestehend aus einer in einem Behälter eingebauten Rohrschlange als Wärmeaustauscher, die innenseitig von Leitungswasser durchströmt, außenseitig von dem von den Dick stoffen befreiten Abwasser umspült ist, und einer dem Wärmeaustauscher vorgeschalteten Filtereinrichtung mit einem Vorfilter zur Grobfiltration des Abwassers.
• Da bei Wohngebäuden aber auch Geschäftsgebäuden für eine Mehrzahl von Parteien im allgemeinen nicht mit einer regelmäßigen, zuverlässigen Wartung gerechnet werden kann, empfiehlt es sich, für die häufig notwendige Reinigung des Vorfilters und für die Steuerung und Regelung des Eintritts und Austritts des Abwassers in den bzw. aus dem Behälter des Wärmeaustauschers selbsttätig arbeitende Einrichtungen vorzusehen, die entweder in vorbestimmter Abfolge, oder aber nach Bedarf aufgrund eines Fühlersignals bzw. -impulses in Tätigkeit treten. Bei einem dergestalt weitgehend mechanisierten Betrieb beschränken sich die Wartungsmaßnahmen auf gelegentliche Überprüfung.
• Die Filtereinrichtung besteht vorteilhaft aus einer Vorkammer mit eingebautem Metallgitter passender Maschenweite, vor dem - in Strömungsrichtung gesehen - der Abwassereintritt, und hinter dem der Abwasseraustritt in den Wärmeaustauscher angeordnet ist.
• In weiterer Verfolgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist an der Eintrittsseite der Vorkammer zusätzlich eine mit Schließvorrichtung ausgestattete Entleerungsöffnung zur bedarfsweisen Entleerung vorgesehen, während die Austrittsseite eine Überlauföffnung aufweisen sollte, die im Falle eines Versagens der normalen Betriebsweise der Anlage in Funktion tritt. Sowohl die Entleerungsöffnung, als auch der ständig offene Überlauf stehen über eine gemeinsame Sammelleitung unmittelbar mit dem Kanal in Verbindung.
• Die Vorkammer weist ferner zweckmäßig im austrittsseitigen Teil gegenüber dem als Vorfilter dienenden Metallsieb eine Sprüheinrichtung für Frischwasser zur fallweisen Durchspülung des Metallgitters bei entleerter Vorkammer in GRgenrichtung zur Abwasserströmung auf, die zweckmäßig mit dem vollen Leitungswasserdruck belastet wird. Es liegt in der Natur der Sache, daß das Vorfilter durch angeschweamtes Papier ud. dgl. leicht blockiert wird und unter Umständen nur durch die Entleerung der Vorkammer nicht wieder frei wird, so daß eine zusätzliche Druckspülung angezeigt scheint.
• In Übereinstimmung mit der beschrIebenen Verfahrensmaßnahme, daß dem Abwasser die nach dem Wärmeaustausch verbleibende Restwärme durch ein unter vermindertem Druck in geschlossenem System verdampfendes Medium entzogen wird, kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen werden, daß dem Wärmeaustauscher eine weitere Einrichtung zur Wärmeabgabe an einen Verdampfer einer Wärmepumpe als aufnehmendes Medium nachgeschaltet ist. Diese erlaubt es, dem Abwasser nicht nur den gesamten Rest der im Wohnhausbetrieb an es abgegebenen Wärme wieder zu entziehen, sondern darüber hinaus einen Teil der ihm unmittelbar aus dem Frischwasserstrom innewohnenden Wärme zu entnehmen.
• Es liegt im Sinne des allgemeinen Erfindungsgedankensdie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Baueinheiten verschiedener Leistungsgröße herzustellen, die alle erforderlichen Teile einschließlich der Steuer- und Regeleinrichtungen enthalten und lediglich an die häusliche Wasserversorgungs-und Entwässerungsanlage anzuschließen sind. In der Zeichnung ist in streng schematischer Darstellung eine als geschlossene einbaufertige Baueinheit für ein Wohnhaus mittlerer Größe ausgebildete Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergegeben, aus deren Beschreibung weitere Einzelheiten und Merkmale des Verfahrens, der Vorrichtung und ihrer Betriebsweise zu ersehen sind.
• Die Baueinheit besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, das durch eine vom Boden bis zu reichlich vier Fünftel seiner Höhe reichende Überfallwand 2 in zwei Kammern verschiedener Größe, nämlich eine kleinere Vorkammer 3 und eine größere Hauptkammer 4 unterteilt ist. Die der Vorreinigung des Abwassers dienende Vorkammer ist auf etwa drei Viertel ihrer Höhe durch ein horizontal angeordnetes Metallsieb 5 passender Maschenweite zur Zurückhaltung der groben Dickstoffe in zwei Räume unterteilt, in deren unterem Entschlammungsraum die Dick stoffe zurückbleiben. An die Vorkammer ist im Bereich des Entschlammungsraumes ein ständig offener Einlaufstutzen 6 und an ihrem untersten Ende ein Entleerungsstutzen 7 mit motorisch oueren betätigbarer Schließklappe 8, an ihremlEnde ein ständig offener Überlaufstutzen 9 angeschlossen.
• Die dem Wärmeaustausch dienende Hauptkammer 4 ist von einer Frischwasser führenden Rohrschlange 10 durchsetzt, deren Eintrittsende 11 und Austrittsende 12 aus Gründen leichter Montage in geringem Abstand nebeneinander angeordnet sind.
• Im untersten Teil der Hauptkammer 4 ist der Verdampferteil 13 einer - in der Zeichnung nicht dargestellten - Wärmepumpe angeordnet. Am Boden der Hauptkammer 4 befindet sich ein Thermostat 14 zur Steuerung der Wärmepumpe und ein Ablaufstutzen 15 mit motorisch regelbarer Schließklappe 16; an ihrer Seitenwand ist in geeigneter Höhe ein verstellbarer Niveauregler 17 zur Einstellung des Abwasserspiegels in der Hauptkammer angeordnet.
• Der Einlaufstutzen 6 ist mit der Gebäudeabwasser-Sammelleitung, der Entleerungsstutzen 7, der Überlaufstutzen 9 und der Ablaufstutzen 16 mit dem zur Straßenkanalisation führenden Rohrstrang verbunden; Eintritts- und Austrittsende 11, 12 der Rohrschlange 10 sind an die Hauswasserleitung, vorzugszur weise an derenfWarmwasserbereitung führenden Rohrstrang angeschlossen. In die Decke des Gehäuses 1 sind im Bereich der Vorkammer oberhalb des Metallgitters 5 mehrere Druckspritzdüsen 18 - in der Zeichnung nur eine dargestellt - eingebaut, die über ein Magnetventil 19 und ein - nicht dargestelltes -Ruckschlagventil mit der Frischwasserleitung verbunden sind.
• Die Betriebsweise der Gesamteinrichtung ist folgende: Das am Einlaufstutzen 6 eintretende Abwasser, dem die Wärmeenergie entzogen werden soll, wird im Entschlammungsraum der Vorkammer 3 von mitgeführten groben Dick stoffen befreit.
• Schwere Dick stoffe bleiben am Boden des Entschlammungsraumes liegen. Die Ablagerungen werden von Zeit zu Zeit durch Öffnen der Motor-Schließklappe 8, die im Notfall auch von Hand bedinet werden kann, mit dem im Entschlammungsraum angestauten Abwasser in den Abfluß durch den Entleerungsstutzen 7 zur Kanalisation weggespült. Die Entschlammung des Reinigungsraumes 2 geschickt zweckmäßig vollautomatisch über eine einstellbare Schaltuhr in nach Erfahrungswerten eingestellten Zeitabständen selbsttätig. Die vom Abwasser mitgeführten groben Schwebe stoffe werden an dem Metallgitter 5 zurückgehalten. Eine häufige selbsttätige Reinigung des Metallgitters 5 ist unerläßlich und erfolgt zum Teil schon dadurch, daß beim Öffnen der Schließklappe 8 der Wasserspiegel in der Vorkammer 3 absinkt und die an das Gitter 5 angeschwemmten Ablagerungen zum Teil abführt. Sobald nun das Gitter vom Wasser frei liegt, schaltet ein Magnetventil die Druckspritzdüsen 5 ein, die mit dem Wassernetzdruck von ca. 6 atü die am Reinigungsgitter 6 noch anhaftenden Schwebeteile abspritzen. Das von Dickstoffen befreite Abwasser fällt über die Überfallwand 2 in die Hauptkammer 4 ein, in der sich das Wärmeaustauschregister 11 befindet.
• Der Niveauregler 18 steuert die Schließklappe 17 im Ablaufstutzen 16 so, daß ein bestimmter Wasserstand gehalten wird.
• Bei etwaigem Stromausfall tritt der Überlauf 9 in Funktion, der das Abwasser zum Kanal ableitet. Das vom Hausanschluß kommende Frischwasser mit einer Temeperatur von 8 - 120C, je nach den örtlichen Verhältnissen, tritt über das Eintrittsende 12 in die untere Zone des Rohrregisters 11 ein, das steigend nach oben gewendelt ist und tritt am Austrittsende 13 aus dem Rohrregister 11 aus in die Frischwasserleitung zurück. Das Wasser fließt zu einer Sammelleitung, die die gesamte Warmwasserversorgung des Wohnhauses speist. Das kalte Frischwasser entzieht dem warmen Abwasser die Wärmeenergie bis auf ca. 12 - 15°C. Der nahe dem Boden der Hauptkammer 4 befindliche Verdampferteil 14 einer Wärmepumpenanlage entzieht dem Abwasser die Restwärme bis auf etwa 2 - 40C und speist die zusätzlich gewonnene Wärmeenergie über einen weiteren Wärmeaustauscher ebenfalls in das bereits vorgewärmte Frischwasser ein. Der Betrieb der Wärmepumpe wird durch den Thermostaten 15 in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur gesteuert. Selbstverständlich steht nichts entgegen, die durch die Wärmepumpe gewonnene Wärmeenergie in anderer Weise nutzbringend zu verwerten.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   4. Verfahren zur Rückgewinnung der fühlbaren Wärme aus Gebäude- insbesondere Wohngebäudeabwässern, durch Wärmeaustausch bei getrennter Führung des abgebenden und des aufnehmenden Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser vor Eintritt in die Wärmeaustauschzone die groben Dickstoffe entzogen werden, und daß der Wärmeaustausch mit Frischwasser der Hauswasserversorgung als aufnehmendes Medium unter Gegenstromführung vorgenommen wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärme austausch mit dem für die Warmwasserbereitung vorgesehenen Teilstrom der Hauswasserversorgung erfolgt.

   3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abwasser die nach dem Wärme austausch verbleibende Restwärme durch ein unter vermindertem Druck bei niedriger Temperatur in geschlossenem System verdampfendes Medium entzogen wird.

   4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine in einen Behälter eingebaute Rohrschlange als Wärmeaustauscher, die innenseitig von Leitungswasser durchströmt, außenseitig von dem von den Dickstoffen befreiten Abwasser umspült ist und eine dem Wärmeaustauscher vorgeschaltete Filtereinrichtung mit Vorfilter zur Grobfiltration des Abwassers.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Einrichtungen zur selbsttätigen Steuerung und Regelung des Eintritts und Austritts des Abwassers in den bzw. aus dem Behälter des Wärmeaustauschers, und zur Reinigung des Vorfilters nach Bedarf bzw. nach vorbestimmter Abfolge.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung aus einer Vorkammer (3) mit eingebautem Metallgitter (5) passender Maschenweite besteht, vor dem - in Strömungsrichtung gesehen - der Abwassereintritt (6),hinter dem der Abwasseraustritt in den Wärmeaustauscher angeordnet ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (3) zusätzlich an der Eintrittsseite eine mit Schließvorrichtung (8) ausgestattete Entleerungsöffnung (7) zur bedarfsweisen Entleerung1 an der Austrittsseite eine Überlauföffnung (9) aufweist, die beide an die Kanalisation angeschlossen sind.

   8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch eine im austrittsseitigen Teil der Vorkammer (3) gegenüber dem Metallgitter (5) angeordnete Sprüheinrichtung (18) für Frischwasser zur fallweisen Durchspülung des Metallgitters bei entleerter Vorkammer in Gegenrichtung zur Abwasserströmung.

   9. Vorrichtung in Verbindung mit Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärheaustauscher eine weitere Einrichtung zur Wärmeabgabe an den Verdampferteil (13) einer Wärmepumpe als aufnehmendes Medium nachgeschaltet ist.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, gekennzeichnet durch eine den Wärmeaustauscher und die Filtereinrichtung mit allen wesentlichen zugehörigen Teilen aufnehmende geschlossene Baueinheit, bestehend aus einem GehE9we (1) mit zwei durch eine senkrecht angeordnete Überfallwand (2) auf dem größeren Teil ihrer Höhe voneinander getrennten Kammern (3, 4) deren kleinere zur Reinigung des Abwassers und Aufnahme der Filtereinrichtung dienende Vorkammer (3) im unteren Bereich den Einlaufstutzen (6) und den Entleerungsstutzen (7) mit Schließklappe (8) besitzt, im oberen Drittel mit einem über den gesamten Kammerquerschnitt reichenden Metallgitter (5) als Vorfilter -w*»ehen ist, oberhalb dessen die uberfallwand (2) endigt und nahe ihrem oberen Ende einen ftberlaufstutzen (9) besitzt, deren größere, als Wärmeaustauscher dienende Hauptkamrner (4) eine sie in Länge, Breite und lahe in mehrfachen Windungen durchsetzende Rohrschlange (10) und gegebenenfalls den Verdampferteil (13) einer Wärmepumpe aufnimmt.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Nieveauregler (17) zur Regelung des Abwasserniveaus in der Hauptkammer (4) und einen Thermostaten (14) zur Einschaltung bzw. Abschaltung der Wärmepumpe.