DE2647216A1 - Verfahren zur heizwaermeversorgung mittels waermepumpe und heizkessel - Google Patents

Verfahren zur heizwaermeversorgung mittels waermepumpe und heizkessel

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Description

Hermann Holland MinhAnfer Straße 45
Ingenieur (grad.) 1 Berlin 28
Tel. o3o-4o11997
15.0ktober 1976
Verfahren zur Heizwärmeversorgung mittels- Wärmepumpe und Heizkessel.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Heizwärme, z.B. Gebäude- u/o Schwimmbadheizung, mittels Wärmepumpe und Heizkessel, wobei die Wärmepumpe die Beheizung bis zu einer Außenlufttemperatur von wenigen Celsius-Plusgraden allein vornimmt und bei weiterem Absinken der Außen— lufttemperatur der Heizkessel zugeschaltet wird.
Das die Erfindung betreffende Verfahren hat den Zweck,die Wärme der Außenluft für die Heijswärmeversorgung zn. nutzen, d.h. Wärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau zu pumpen und wenm das beim Absinken der Außenlufttemp^ratur bis in die Nähe weniger Celsius-Plusgrade und darunter wegen der luftseitigen Vereisung der Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfera der Wärmepumpe nicht mehr möglich ist, dann die nach dem Zuschalten des Heizkessels anfallenden Heizkesselabgase der Luft zugemischt oder allein in der vorerwähnten Weise bis zur Vereisungsgrenze wärmetechnisch auszunutzen, dabei Primärenergie einzusparen und die Heizkosten zu senken.
Der Einsatz von Wärmepumpen mit Kältemittelverdainpfung durch ; Wärmeentzug aus der Außenluft oder aus sonstigen geeigneten Garsen ist bekannt. In diesem Zusammenhang wird auf die Veröffentlichungen in "elektrowärme-international 34 (1976) A3, Mai,^" Seiten A 117 - A 137 " verwiesen.
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Dabei wird jedoch stets der Taupunkt der wärmetragenden Gase, insbesondere SOp-, ELSO,- oder HpSO.-haltiger Gase, als Grenze der Wärmeausnutzung betrachtet» Die Ausnutzung der Wärme auch unterhalb des Taupunktes wird nicht betrieben.
Dem die Erfindung betreffenden Verfahren liegt die Aufgabe zu*», gründe, die Wärmepumpe und den Heizkessel derart hintereinanderzuschalten, daß die Wärmepumpe unabhängig von der Temperatur der Umgebungsluft und periodenunabhängig zu betreiben ist, daß der Heizkessel zur Abdeckung von Belastungsspitzen zugeschaltet werden kann, daß die Heizkesselabgase zur Kältemittelverdampfung herangezogen werden„daß die Abkühlung der Umgebungsluft oder der Heizkesselabgase oder des Abgas-Luft-Gemisches im Kältemittelvcrdampfer bis kurz vor der Vereisung der Wärmeaustauschflächen aaf der Luft- bzw. Gasseite dieses Verdampfers erfolt, daß die Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers ttnvereist und damit voll funktionsfähig bleibt umd daß das beim Entzug der Verdaap— fungswärme luft-, bzw. gasseitig anfallende, ggfl. schwefelsäure— haltige Kondensat ohne Schaden anzurichten aus dem System entfernt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß im Temperaturbereich der Außenluft oberhalb weniger Celsius-Plusgrade die Wärmepumpe allein die Heizwärmeversorgung vornimmt und daß bei Absinken der Außenlufttemperatur bis in die Nähe weniger Celsius-Plusgrade und darunter, d.h., wenn mit der Vereisung der Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers gerechnet werden muß» der Heizkessel zugeschaltet wird, wobei sowohl die Heizkapazität des Heizkessels in üblicher Art und Weise uitd darüber hinaus die im Heizkesselabgas befindliche Wärme durch <iie Wärmepumpe bis zur Vereisungsgrenze der gasseitigen Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers ausgenutzt werden und daß schließlich das anfallende, ggfl. schwefelsäurehaltige Kondensat in einer Kalkvorlage zu deponierbarem Kalziumsulfat (Gips) reagiert. Im Sinne der Aufgabenlösung werden im Taupuniktsbereich koriosionsbeständige Materialien bzw. entspr. OberflächenbeschicÜLtungen verwendet.
809816/0502 " 3 ~
Die Aufgabe ist gleichermaßen lösbar, wenm an Stelle des Heizkessels ein anderes Aggregat mit ähnlicher Wirkung oder ein dem Heizkesselabgas ähnliches Gas zur Verfügung steht u/o wenn an Stelle der Kompressionswärmepumpe eine solche nach dem Absorptionsprinzip eingesetzt wird.
Die mit dem die Erfindung betreffenden Verfahren erzielten Vorteile sind:
- Einsparung von Primärenergie, insbesondere Heizöl, Kohle oder Gas.
- Einsparung von Investitionskosten, da Wärmepumpe und Heizkessel gemeinsam den gesamten Wärmebedarf decken, während bisher der Heizkessel allein für die Abdeckung des gesamten Wärmebedarfs, d.h. zusätzlich zur Wärmepumpe, ausgelegt wird, ferner ist die Abgasleitung billiger als ein konventioneller Schornstein.
- Erhöhung des wärmetechnischen Gesamtwirkungsgrades, durch Ausnutzung der in der Außenluft und im Heizkesselabgas befindlichen Wärme bis zur Vereisungsgrenze der Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers durch die Wärmepumpe, dabei wird gleichzeitig noch die Kondensationswärme des austauenden Wasserdampfes aus der Luft oder den Gasen ausgenutzt.
- Minderung der Luftverunreinigung durch Überführung des schwefelsäurehaltigen Kondensates aus den Heizkesselabgasen in deponierbaren Gips.
Ein Ausführungsbeispiel des die Erfindung betreffenden Verfahrens ist in der Zeichnung im Prinzip (gasförmige Medien sind gestrichelt, Flüssigkeiten ausgezogen) dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben:
Das im Verdichter (1). komprimierte Kältemittel (2) wird im Verflüssiger (3) kondensiert und gibt dabei seine Wärme an das Rücklaufwasser (4) ab, das sich dabei zum Vorlaufwasser (5) erwärmt.
Das Vorlaufwasser (5) fließt insbesondere durch die Steigeleitung (12) den Wärmeverbrauchern (15) zu und kühlt sich darin zum Rücklauf wasser ..(4) ab. 809816/0502
Liegt die Temperatur der Umgebungsluft (6) oberhalb weniger Celsius -Plus grade, d.h.. daß infolge des Wärmeentzugs im Kältemittelverdampfer (9) keime luftseitige Vereisung der Wärmeaustauschflviche eintreten kann, gibt das Mischventil (7) lediglich den Weg für die Umgebungsluft (6) über den Stutzen (8) zum Kältemittel-Verdampfer (9) frei.
Durch Wärmeentzug aus der Umgebungsluft (6) entsteht aus dem flüssigen Kältemittel (io) der Kältemitteldampf (11).
Die den Kältemittelverdampfer (9) verlassende Kaltluft (14) wird durch den Ventilator (15) fortgepumpt. Sie kann dabei direkt über Dach (16) das System verlassen oder vorher noch, z.B. im Sommer, wenn der Wärmeverbraucher (13) z.B„ ein Schwimmbad ist, zur Gebäudekühlung dienen.
Sinkt die Temperatur der Umluft (6) bis in die Nähe weniger Celsius-Plusgrade und darunter, d.h. ist die Gefahr der luftseitigen Vereisung der Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers (9) gegeben,, so setzt ein nicht dargestellter Regler den Heizkessel (17} in Betrieb und stellt das Mischventil (7) wie nachstehend beschrieben um.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ölheizung fördert der Brenner (18) Heizöl (19) und Verbrennungsluft (2o) in die Brennkammer (21). Das bei der Verbrennung entstehende heiße Rauchgas (22) gibt seine Wärme zum großen Teil an das Vorlaufwasser (5) ab, welches sich dadurch zum Heißwasser (23) erwärmt und über die Steigeleitung (12) den Wärmeverbrauehern (13) zufließt.
Das abgekühlte Rauchgas (24), die Temperatur liegt deutlich oberhalb des Taupunktes, strömt durch die Rauchgasleitung (25) zum Mischventil (7), wird dort wahlweise mit Umluft (6) gemischt und gelangt durch den Stutzen (8) in den Kältemittelverdampfer (9).
Im Mischventil (7) wird zur ungedrosselten Rauchgasmenge aus der Rauchgasleitung (25), in Abhängigkeit von der Kälteleistung des Kältemittelverdampfers (9), soviel Umgebungsiuft (6) zugemischt, daß die Temperatur des Rauchgas-Luft-Gemisches, d.h. des Kaltgases (14) nahe an der Vereisungsgrenze liegt.
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Durch die vorerwähnte Regelung ergibt sich die Taupunktunterschreitung nur im Mischventil (7), im Stutzen (8) und im Kältemittelvtrdampfer (9), wenn die Anordnung zeichnungsgemäß getroffen wird. Das dabei austauende schwefelsäurehaltige Kondensat fließt nach unten durch die Säureleitung (26) in die Kalkvorlage (27); darin befindet sich das Gefäß (28) mit Kalkmilch (29) und die eintropfende Schwefelsäure reagiert mit dem gelöschten Kalk zu Gips (3o):nach der Formel:
H2SO4 + Ga(OH)2 = CaSO4 + 2H2O
Von Zeit zu Zeit wird das Gefäß (28) entleert und wieder mit frischer Kalkmilch gefüllt. Der entnommene Gipsschlamm wird an der Luft getrocknet und danach in die Mülldeponie gegeben»
Das Kaltgas (H) kühlt sich nach Verlassen des Kältemittelverdampfers (9) nicht weiter ab, sondern wärmt sich auf, so daß die gasführenden Flächen nicht mehr der Korrosionsgefahr ausgesetzt sind.
Das Mischventil (7) kann z.B. ein Zyclon sein, mit zwei Tangentialeintritten nämlich für Umgebungsluft (6) und Heizkesselabgas (24), ferner mit einem oberen Austritt als Stutzen (8) und einem unteren Austritt als Säureleitung (26), wobei der Heizkesselabgas-Eintritt mit einem Auf-Zu-Schieber und der Umgebungsluft-Eintritt mit einer motorgesteuerten Regelklappe versehen ist.
In der Zeichnung ist ferner noch dargestellt die Saugleitung (31) und der Kamin (32)« Diese Leitungen sind weder korrosions- noeh temperaturbeansprucht.
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Claims (3)

  1. -Jfr-
    Patentansprüche:
    U J Verfahren zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Heizwärme, z.B. Gebäude- u/o Schwirambadheizung, mittels Wärmepumpe und Heizkessel, wobei die Wärmepumpe die Beheizung bis zu einer Außenlufttemperatur von wenigen Celsius-Plusgraden allein vornimmt und bei weiterem Absinken der Außenlufttemperatur der Heizkessel zugeschaltet wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kältemittelverdampfer der- Wärmepumpe die notwendige Verdampfungswärme aus der TJmgebungsluft oder aus dem Heizkesselabgas, oder aus einem Abgas-Luft-Gemisch entnimmt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlung der TJmgebungsluft oder des Heizkesselabgases oder des Abgas-Luft-Gemisches im Kältemittelverdampfer bis kurz vor der Vereisung der luft- bzw. gasseitigen Wärmeaustauschfläche des Kältemittelverdampfers erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das im Mischventil (7)> im Stutzen (8) und im Kältemittelverdampfer (9) austauende Kondensat einer Kalkvorlage (27) zufließt.
    4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe im Heizkessel anfallende und im Mischventil (7), im Stutzen (8) und im Kältemittelverdampfer (9) austauende schwefelsäurehaltige Kondensat in der Kalkvorlage (27)*mit der Kalkmilch oder dem gelöschten Kalk zu deponierbarem Gips reagiert.
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