DE2633662A1

DE2633662A1 - Heizungs- und energieversorgungssystem

Info

Publication number: DE2633662A1
Application number: DE19762633662
Authority: DE
Inventors: Walter Swoboda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-27
Filing date: 1976-07-27
Publication date: 1978-02-02

Description

Heizungs- und Energieversorgungssystem

Wärmepumpen haben eine Leistungsziffer von etwa 3-6, je nachdem, wie hoch die Temperaturdifferenz zwischen aufgenommener und abgegebener Wärme ist.

Die Voraussetzung zum Betrieb einer Wärmepumpe, um z.B. ein Haus auch im Winter zu beheizen, ist eine Wärmequell·, welche möglichst immer eine Temperatur über 10°Chat.

Die Verbindung von Sonnenkollektor und Wärmepumpe ergibt die ideale Kombination.

Sonnenkollektoren erzeugen im Sommer genügend Wärme, um die Warmwasserbereitung eines Wohnhauses direkt zu betreiben. Ferner kann in der Übergangszeit oder an sonnigen Wintertagen auf gleiche Weise geheizt werden. Lediglich an Tagen mit kaltem Wetter und bedecktem Himmel werden die Kollektoren eine zu geringe Temperatur aufweisen, so daß eine Heizung oder Warmwasserbereitung nicht mehr möglich ist. In diesem Falle soll das relativ kalte Wasser in den Kollektoren als Wärmequelle für die Wärmepumpe dienen.

Nun werden Wärmepumpen üblicherweise durch Elektromotoren angetrieben, welche mit einem Wirkungsgrad von etwa 80$» arbeiten. Der Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung liegt, wenn alle Verluste berücksichtigt werden, bei ca. 25%. Davon sind nochmals die 20$> Verluste des Elektromotors abzuziehen, welcher die Wärmepumpe antreibt.

Wenn nun der Weg der eingesetzten i^rimärenergie, z.B. Heizöl vom Kraftwerk verfolgt wird, bis sie als Bewegungsenergie zum Antrieb der Wärmepumpe zur Verfügung steht, so ergibt sich im günstigsten Fall ein Wirkungsgrad von 20%.

Wesentlich günstiger ist es, eine Wärmepumpe durch eine Verbrennungsmaschine anzutreiben. Insbesondere durch ein· Art Freikolbenmotor, wie er unter der Nr. P 2500695·5 zum Patent angemeldet wurde. In der genannten Patentschrift wird ein einfacher Motor beschrieben, welcher nur zu Heizzwecken dient.

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Die Verluste eines normalen Motors setzen sich folgendermaßen zusammen:

Abgaswärme 35#>

Kühlung 33%

Reibung u. Strahlung 7%

abgegebene Nutzarbeit

Wird durch den Motor eine Wärmepumpe angebrieben, so können die Wärmeenergien, welche sonst durch die Kühlung verloren gehen, roll für Heizzwecke ausgenützt werden. Ebenso , kann die Abgaswärme für Heizung und Warmwasserbereitung genutzt werden. Die Verluste daraus mögen noch ca. 10% betragen. Zusammen mit den Verlusten aus Reibung und Strahlung ergeben eich GesamtireTluste von max. 17% und somit ein Wirkungsgrad von 83% gegenüber 20% beim Einsatz derselben Primärenergie zur Stromerzeugung. Das heißt: Bei gleichem Energieeineatz die vierfache Ausbeute. Somit wäre die Kombination Wärmepumpe - Verbrennungsmotor mit Sonnenkollektoren die idealste und technisch eleganteste Lösung, um mit möglichst geringen Mengen an Primärenergie auszukommen.

Nachstehend ist eine derartige Anlage schematisch wiedergegeben .

Der einfache einzylindrige Verbrennungsmotor wurde schon in der Anmeldung P 2500695·5 eingehend beschrieben.

Der Verbrennungsmotor 1 übt lediglich eine Hubbewegung aus und treibt durch die Pleuelstange Z den Kolben der Wfrmepumpe 3 »n.

Ia Sommer, bei genügend Sonnenschein, ist die elektr. Kupplung 4 geBffnet und daher die Wärmepumpe nicht in Betrieb.

Unabhängig davon, ob ein Wärmeverbraucher- wie Heizung oder Warmwasserbereitung - Wärme verlangt, wird der Hochtemperraturspeicher 6 in jedem Falle auf einer Temperatur von möglichst 95°C gehalten.

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Das als Wärmeträger dienende Wasser wird dadurch erwärmt, daß der Motor 1 anläuft; dabei ist die Wärmepumpe 1 ausgekuppelt.

Hierbei fördert die Membranpumpe 8 über die Leitungen 9 und 10 Wasser vom Speicher 6 zum Sonnenkollektor 11. Nach der Erwärmung fließt das Wasser über die Leitung 12 zum Speicher 6 zurück. Die Ventile 13 u. 14- sind in der entsprechenden Richtung geöffnet und sperren die anderen Leitungen ab. Gleichzeitig fördert die Pumpe 7 über die Leitungen 15 u. 16 das Kühlwasser des Motors 1 in den Speicher 6. Dxe Abgase des Motors 1 gelangen über die Leitung 17 zum Wärmetauscher 18, welcher das Wasser im Speicher 19 erwärmt.

Das Verfahren erscheint zwar etwas umständlich, aber die Beschreibung macht doch deutlich, daß der Gesamtwirkungsgrad um über 300% verbessert wird, wenn man die Wärmepumpe durch einen Verbrennungsmotor anstatt des üblichen Elektromotors antreibt.

Es ist zwar bekannt, Verbrennungsmotoren als Wärmeerzeuger zu verwenden, aber die beschriebene Ausführung ohne drehende Teile ist besonders einfach und daher preisgünstig.

Wird im Sommer warmes Gebrauchswasser verlangt, so strömt das Kaltwasser von der Leitung ZO in den Wärmetauscher Hat das Heizwasser im Speicher 19 genügend Temperatur um das Gebrauchswasser ausreichend zu erwärmen, so wird das Ventil 22 derart geöffnet, daß das Gebrauchswasaer über die Leitung ^3 zum Verbraucher strömen kann. Sollte sich jedoch das Gebrauchewasser im Wärmetauscher 21 nicht genügend erwärmt haben, so wird es rom Ventil 22 noch über den Wärmetauscher 24 geleitet und dann erst zum Verbraucher.

Das Warmwasser für die Heizung fließt durch öffnen der Ventile 25 u. dB in den Vorlauf 27 und kommt durch den Rücklauf dS> zurück.

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Durch entsprechende Stellung der ^-Weg-Ventile ^5 u. ^6 kann auch das Wasser beider Speicher gemischt und damit ein Temperaturausgleich vorgenommen werden, sofern dies nötig ist.

An sehr sonnigen Tagen im Winter läuft die Aufheizung der Speicher 6 u. 19 nach dem vorher beschriebenen Schema ab. Wenn Jedoch der Sonnenkollektor Wasser mit geringerer Temperatur als 50⁰G liefert, so tritt die Wärmepumpe 3 in Funktion. Dabei sperren die Ventile 13 u. 14 die direkten Leitungen zum Speicher 6 ab und öffnen dafür die Leitungen 31 u. 32 zum Verdampfer 29·

Dem Wasser vom Sonnenkollektor 11 wird im Verdampfer ^9 durch das Kältemittel die vVärme entzogen, und der Kondensator gibt diese zuzüglich der Verdichtungswärme an den Speicher ab.

Auch dabei wird der Speicher 19 zusätzlich von den Abgasen des Motors 1 und der Speicher 6 vom Kühlwasser aufgeheizt.

Wegen der besseren Übersicht wurde für die verschiedenen Kreisläufe auf die Darstellung von Drossel- oder Mischventilen, sowie Steuerungen verzichtet.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dieses System mit einer Stromerzeugung zu koppeln. Fosile Brennstoffe, z.B. öl oder Gas, können durch dieses System in einer Weise ausgenützt werden, wie dies in Kraftwerken bisher nicht möglich war. Das System bietet ferner in idealer weise eine Lösung der Problematik, wie sie die Versorgung eines Hauses darstellt: Warmes Gebrauchswasser, Heizung und Strom und die möglichst hohe Ausnützung von Primärenergie und Sonnenwärme. Eine Erweiterung auf Kühlbetrieb oder andere Wärmequellen stelt kein Problem dar, ebenso sind für ganze zusammenhängende Siedlungsgebiete zentrale Anlagen möglich.

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Le ö"r s e i t e

Claims

Schutzeinsprüche

Heizungs- und Energieversorgungssystem dadurch gekennzeichnet, daß die starre Pleuelstange (2) eines Verbrennungsmotors (1), direkt mit dem Kolben des Verdichters einer Wärmepumpe (3) verbunden ist und diese antreibt.

Z) Heizungs- und Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle für die Wärmepumpe (3) das in Sonnenkollektoren erwärmte Medium dient.

3) Heizungs- und Energieversorgungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 2 Wärmespeicher {6, 19) verwendet werden.

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ORIGINAL INSPECTED