DE2647216C2

DE2647216C2 - Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie mittels Wärmepumpe und Heizkessel

Info

Publication number: DE2647216C2
Application number: DE2647216A
Authority: DE
Inventors: Hermann 1000 Berlin Holland
Original assignee: POHLMEYER LAURENTIUS 4834 HARSEWINKEL DE; Pohlmeyer Laurentius 4834 Harsewinkel
Current assignee: Holland Hermann 6520 Worms De
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE2647216A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie auf ein Heizungsmedium zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Heizwärme, insbesondere für Gebäude- oder Schwimmbadheizungen, mittels einer Wärmepumpe und eines Heizaggregats, wobei die Wärmepumpe die Beheizung bis zu einer Außenlufttemperatur von wenigen Celsius-Plusgraden alleine vornimmt und bei weiterem Absinken der Außenlufttemperatur das Heizaggregai, insbesondere der Heizkessel, zugeschaltet wird und wobei über den Kältemittelverdampfer der Wärmepumpe Wärme aus der Umgebungsluft oder aus einem Umgebungsluft-Verbrennungsabgas-Gemisch entnommen wird.

Zur Verringerung des Primerenergiebedarfs von Heizungen ist die Wärmepumpe wegen ihrer hohen Leistungsziffer günstig, wenngleich bei Absinken der Außentemperatur die Zuschaltung eines Heizkessels vorteilhaft ist. Die DE-OS 23 55 167 lehrt ein derartiges Verfahren zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Heizwärme 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, wobei der Kältemittelverdampfer der Wärmepumpe die notwendige Verdampfungswärme aus der Umgebungsluft oder einem Abgas-Luft-Gemisch entnimmt. Bei derartigen Einrichtungen fällt bei Taupunktunterschreitungen Kondensat an, das vom Verdampfer abtropft. Dieses Kondensat kann aus der natürlichen Luftfeuchte oder aber aus dem im Verbrennungsabgas enthaltenen Wasserdampf resultieren. Die im Verbrennungsabgas enthaltenen saueren Bestandteilen wie Schwefeldioxyd oder Stickoxyde werden von dem Kondensat aufgenommen, das dann sauer reagiert.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt das Verfahren so weiter zu bilden, daß die latente Wärme des Wasserdampfs mit ausgenutzt wird und das anfallende Kondensat ungeachtet seines Säuregehaltes abgeführt werden kann.

Zur Lösung dieses Verfahrens wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Wärmeentnahms zu einer Abkühlung bis unterhalb des Taupunkts führt, wobei die Temperatur der Oberfläche des Kältemittelverdampfers bis höchstens kurz vor die beginnende Eisbildung absinkt, und daß das anfallende Kondensat in einer Vorlage gesammelt und die darin enthaltenen schweflig- und schwefel-sauren Verunreinigungen mit Kalk zu deponierbarem Gips neutralisiert werden.

Durch dieses Vorgehen wird ein Naßbetrieb des Kältemittelverdampfers möglich und damit eine Ausnutzung der latenten Wärme des in der Luft oder im Abgas enthaltenen Wasserdampfes. Durch diese Nutzung auch der latenten Wärme wird der Wärmebilanz ein Beitrag zugeführt, der etwa eine Größenordnung über dem Beitrag der fühlbaren Wärme liegt, die Wärmebilanz wird also erheblich verbessert Dies gilt besonders, wenn im Heizkessel Heizöl oder Heizgas verbrannt wird. Der Betrieb des Kältemittelverdampfers im Naßbercich kann störungsfrei nur bis zu einer Oberflächentemperatur kurz vor beginnender Eisbildung durchgeführt werden. Das unter diesen Umständen auskondensierende Wasser bewirkt über die Abgabe seiner latenten Wärme hinaus eine Reinigung des Abgases im Sinne einer Gaswäsche, die zum Auswaschen insbesondere von Schwefeldioxyd, das auch bei schwefelarmen Brennstoffen aus einem unvermeidbaren Restschwefelgehalt bei der Verbrennung entsteht. Dieses Schwefeldioxyd wird mit Kalk zu Kalziumsulfit bzw. -aufoxydiert zu Schwefeltrioxyd bzw. Schwefelsäure — zu Gips neutralisiert.

Beide schwer löslichen Produkte sind deponiefähig.

Neben der Einsparung von Primärenergie, insbesondere von Heizöl oder Gas, und Einsparung von Investitionskosten, da Wärmepumpe und Heizkessel gemeinsam den gesamten Wärmebedarf decken, und neben der Erhöhung des wärmetechnischen Gesamtwirkungsgrades durch Ausnutzung der im Abgas enthaltenen fühlbaren und latenten Wärmeenergie wird auch eine Minderung der Luftverunreinigungen durch Abscheidung insbesondere von Schwefeldioxyd im naßarbeitenden Kältemittelverdampfer und Neutralisation der Säuren mit Kalk zu deponierfähigem Gips erzielt. Es versteht sich von selbst, daß Kalkzugabe auch in Form von Kalkmilch vorgenommen werden kann.

Ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschreibt den Verfahrensablauf (dabei ist der Fluß gasförmiger Medien gestrichelt, der Fluß flüssiger Medien ausgezogen dargestellt).

Im einzelnen ist der Ablauf folgender: 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 Steigleitung 12 dem Wärmeverbrauchern 13 zu und kühlt sich durch Wärmeabgabe darin zum Rücklaufwasser 4 ab.
Liegt die Temperatur der Umgebungsluft 6 oberhalb weniger Celsius-Plusgrade, das heißt in einem Bereich in dem infolge des Wärmeentzugs im Kältemittclvcrdampfer 9 keine luftseitige Vereisung der Wärmetauscherflächen eintreten kann, gibt das Mischventil 7 lediglich den Weg für die Umgebungsluft 6 über den Stutzen 8 zum Kältemittelverdampfer 9 frei. Durch Wärmeentzug aus der Umgebungsluft 6 entsteht aus dem flüssigen Kältemittel 10 der Kältemitteldampf II. Die den Kältemittelverdampfer 9 verlassende Kaltluft 14 wird

durch den Ventilator 15 gefördert; sie kann dabei direkt über Dach 16 das System verlassen oder vorher noch, zum Beispiel im Sommer, wenn der Wärmeverbraucher 13 zum Beispiel ein Schwimmbad ist, zur Gebäudekühlung dienen.

Sinkt die Temperatur der Umluft 6 bis in die Nähe weniger Celsius-Plusgrade oder darunter, besteht die Gefahr der luftseitigen Vereisung der Wärmetauscherrlächen des Kältemittelverdampfers 9. In diesem Falle setzt ein nicht näher dargestellter Regler der Heizksssei 17 in BeU lob und stellt das Mischventil wie folgt um: Bei der im Ausführungsbeispiel dargestellten ölheizung wird über den Brenner 18 Heizöl 19 und Verbrennungsluft 20 in die Brennkammer 21 gefördert Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas 22 gibt seine Warme zum großen Teil an das Vorlaufwasser 5 ab, welches dadurch zum Heißwasser 23 erwärmt wird und über die Steigeleitung 12 den Wärmeverbrauchern 13 zufließt Das dabei abgekühlte Rauchgas 24, dessen Temperatur deutlich oberhalb des Taupunktes liegt 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 der Kälteleistung des Kältemittelverdampfers 9 so viel Umgebungsluft 6 zugemischt daß die Temperatur des Rauchgäs-Luft-Gemisches, das heißt des Kaltgases 14 nahe an der Vereisungsgrenze liegt.

Durch diese Regelung ergibt sich die Taupunktunterschreitung nur im Mischventil 7, im Stutzen 8 und iai Kältemittelverdampfer 9, wenn die Anordnung dem im Ausführungsbeispiel dargestellten Verfahrensablauf entspricht. Das dabei austauende schwefelsäurehaltige Kondensat fließt nach unten durch die Säureleitung 26 in die Kalkvorlage 27. In der Kalkvorlage 27 befindet sich ein Gefäß 28 mit Kalkmilch 29, und die eintropfende Schwefelsäure reagiert mit dem gelöschten Kalk zu Gips nach der Formel:

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ = CaSO₄ + 2 H₂O.

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 14 kühlt sich nach Verlassen des Kältemittelverdampfers 9 nicht mehr weiter ab, sondern wärmt sich auf, so daß die gasführenden Flächen stromabwärts des Kältemittelverdampfers 9 nicht mehr einer Korrosionsgefahr ausgesetzt sind.

Das Mischventil 7 kann zum Beispiel ein Zyklon sein, der mit zwei Tangentiaieintritten, nämlich einen für die Umgebungsluft 6 und den anderen für das Heizkesseläbgas 24 versehen ist und der einen oberen Gasaustritt als Stutzen 8 und einen unteren Austritt als Säureleitung 26 aufweist, wobei der Heizkesselabgas-Eintritt mit einem Auf-Zu-Schieber und der Umgebungsluft-Eintritt mit einer motorgesteuerten Regelklappe versehen ist. Im dargestellten Verfahrensbeispiel sind ferner noch die Saugleitung 31 und der Kamin 32 dargestellt, wobei die Saugleitung 31 den der Luft bzw. dem Luft-Abgas-Gemisch wärmeentziehende Kältemittelverdampfer mit dem Ventilator 15 verbindet und der Kamin 32 die vom Ventilator 15 geförderte Luft bzw. das geförderte Abgas-Luft-Gemisch abieitet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie auf ein Heizungsmedium zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Heizwärme, insbesondere für Gebäude- oder Schwimmbadheizungen, mittels einer Wärmepumpe und eines Heizaggregats, wobei die Wärmepumpe die Beheizung bis zu einer Außenlufttemperatur von wenigen Celsius-Plusgraden alleine vornimmt und bei weiterem Absinken der Außenlufttemperatur das Heizaggregat, insbesondere der Heizkessel, zugeschaltet wird und wobei über den Kältemittelverdampfer der Wärmepumpe Wärme aus der Umgebungsluft oder aus einem Umgebungsluft-Verbrennungsabgas-Gemisch entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeentnahme zu einer Abkühlung bis unterhalb des Taupunktes führt, wobei die Temperatur der Oberfläche des Kältemittelverdampfers bis höchstens kurz vor die beginnende Eisbildung absinkt, und daß das anfallende Kondensat in einer Vorlage gesammelt und die darin enthaltenen schweflig- und schwefel-sauren Verunreinigungen mit Kalk zu deponierbarem Gips neutralisiert werden.