DE2715045A1 - Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von waerme aus abwaessern von gebaeuden - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme
• aus Abwässern von Gebäuden.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ruckgewinnung von Wärme aus Abwässern von Gebäuden.
• Es ist bekannt, Wärme aus Grundwasser zurUckzugewinnen. Diese Rückgewinnung hat insbesondere den Nachteil, daß das Trägermedium in Form des Grundwasserz nur mit einer Temperatur von 60C anliegt. Wegen der niedrigen Temperatur ist die Rückgewinnung der im Grundwasser enthaltenen Wärme nur gering. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Rückgewinnung wegen enger Stadtbebauung zum Teil nicht möglich und zum Teil durch die Wasserwerke wegen der Beeinträchtigung der Grundwassergegebenheiten untersagt ist.
• Insbesondere bei Gebäuden geht ein großer Teil der eingesetzten Wärmeenergie, entweder ungenutzt oder nur zum Teil genutzt, verloren. So konnte festgestellt werden, daß die in. Wohngebäuden und anderen Gebäuden anfallenden Abwässer zum Teil eine hohe Wärmeenergie enthalten. Die beispielsweise in Wohngebäuden anrallenden Abwässer sind im allgemeinen temperiert, wenn davon ausgegangen wird, daß der Gebrauch von Wasser im Haushalt in der Regel nach durchgeführter Erwärmung erfolgt. Eine Ausnahme bildet die Spülung von Fäkalien. Auch ergab sich, daß allein durch die in Wohnungen installierten Waschmaschinen, deren Abwässer mit einer mittleren Temperatur von etwa 60°C anrallen, auch installierte Geschirrspülmaschinen mit Abwässern etwa der gleichen Temperatur, durch Elektrodurchlauferhitzer und gleichfalls durch Kochwasser erhebliche Wärmemengen gegeben sind. Hinzu kommt noch temperiertes Waschwasser und Bade- bzw. Brausewasser von etwa 380C.
• Die Summe aller Abwässerwärmewerte läßt es sinnvoll erscheinen, die in den Abwässern enthaltene Wärme zurückzugewinnen.
• Der M intMgliegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, welche die Rückgewinnung der Wärme in wirtschaftlicher Weise zulassen.
• Diese Aufgabe ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Abwässer in einem Sammelbehälter aufgefangen werden; daß den gesammelten Abwässern mit Hilfe eines Wärmeaustauschers Wärme entzogen und im Wärmeaustauscher auf ein fließendes bzw. strömendes Medium übertragen wird, daß dieses Medium im Kreislauf vom Wärmeaustauscher zu einer Wärmepumpe und von dieser zurück durch den Wärmeaustauscher geleitet wird; daß in der Wärmepumpe Wasser auf eine weiter erhöhte Temperatur gebracht und dieses Wasser dem Gebrauchszweck zugeführt oder weiteren die Temperatur erhöhenden Vorgängen unterworfen wird.
• Auf diese Weise läßt sich aus im Bereich von Gebäuden anfallenden Abwässern, auch trauben tInd dickflüssigen Abwässern z.B. eines GebäudeN Wärme entziehen, welche sich mit einem die Nutzung zuiassenden Wärmegrad an Bedarrsstellen ausnutzen läßt. Die Möglichkeit der Heranziehung trüber Abwässer, so mit Feststoffen durchsetzten hauswirtschaftlichen Abwässern zur Wärmerückgewinnung ist von besonderem Vorteil; denn die zurückgewinnbare Wärmeenergie ist hier besonders hoch Zurückgewinnung von Wärme mit weiter erhöhter Temperatur kann das aus der Wärmepumpe stammende bzw. durch die Wärmepumpe in der Temperatur erhöhte Wasser als Kühlwasser durch den Kühler einer die Wärmepumpe antreibenden Brennkraftmaschine und anschließend durch einen Wärmeaustauscher im Strom der Abgase der Brennkraftmaschine geschickt werden.
• Die Brennkraftmaschine kann mit Erdgas betrieben werden, welches besonders preisgünstig ist und einen großen Heizwert besitzt.
• Die Abwässer werden entsprechend ihrem Zulauf über einen Ueberlauf aus dem Sammelbehälter zum Abfluß gebracht, wobei die Anordnung so ist, daß der Abfluß erst nach dem W&rmeentzug erfolgt.
• Das an sich für Heinzungszwecke vorgesehene, jedoch nicht benötigte, erwärmte Wasser kann einem Warmwasserspeicher zugeleitet werden.
• Hierbei ist es möglich, daß das durch die Wärmerückgewinnung erwärmte Wasser ganz oder teilweise dem Speicher zugeleitet wird, wenn kein Heißwasser oder nur ein Teil dieses Wassers zu Helz- oder anderen Zwecken benötigt wird.
• Das Warmwasser im Speicher kann zusätzlich direkt oder indirekt beheizt werden, wobei die Direktbeheizung mit Hilfe von Erdgas über Brenner vorgenommen wird, was z.B. bei Spitzenwärmebedarf zweckmäßig ist. Die Indirektbeheizung kann mit Hilfe von Wärmerückgewinnung aus Abwässern gewonnener und auf höherer Temperatur gebrachter Wärme über einen Warmwasserheizmantel erfolgen.
• Die Arbeitsweise kann so sein, daß bei Winterbetrieb im Falle eines Spitzenwärmebedarfs der Warmwasserspeicher mit Hilfe des Gasbrenners direkt beheizt wird. Bei Sommerbetrieb, indem keine Wärme entnahme für Heizzwecke erfolgt, wird unter Absperrung des Heizungsvorlaufes alle rUckgewonnene Wärmeenergie zu dem Heizmantel des Warmwasserspeichers geleitet und dieser mittels Heizwassers indirekt beheizt.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung besteht aus einem Abwässersammelbehälter; einem in diesem angeordneten Wäremaustauscher in Form eines mit zum Umlauf bestimmter Flüssigkeit gefüllten PlattenwXrmeaustauschers aus durch Rohrleitungen miteinander verbundenen Hohlplatten; einer Wärmepumpe, durch welche der umlaufende Flüssigkeitsstrom des Plattenwärmeaustaüschers geführt ist; und das von der Wärmepumpe auf höhere Temperatur gebrachte Wasser weiter erhöhenden Wärmeaustauschern.
• In dem Flüssigkeitsstrom der umlaufenden Flüssigke (Trägermedium) ist zweckmäßig eine Umwälzpumpe vorgesehen. Die Umwälzpumpe intensiviert den FlUssigkeitsumlauf und verbessert den Wärmeaustausch.
• Es empfiehlt sich, für den Antrieb der Wärmepumpe eine Brennkraftmaschine in Form eines Erdgasmotors vorzusehen.
• Der Kühler des Erdgasmotors ist an die Wärmepumpe angeschlossen, wobei das durch die Wärmepumpe auf höhere Temperatur gebrachte Wasser in den KUhler als Kühlwasser strömt und weiter aufgeheizt wird.
• Die Zuleitung dieses Wassers zur Wärmepumpe erfolgt beispielsweise aus dem Heizungsrücklauf.
• Zur weiteren Temperaturerhöhung kann im Weg der Abgase der Brennkraftmaschine ein Abgaswärmeaustauscher für das vom Kühler des Erdgasmotors abströmende Wasser vorgesehen sein.
• Der Vorrichtung kann auch noch ein Warmwasserspeicher zugeordnet sein, der zur Aufnahme von eißwasser bestimmt ist, welches zeitweilig oder ganz nicht benötigt wird, und der zur Speicherung von Warmwasser zu Zeiten fehlenden Bedarfs dient. Bei eintretendem oder vermehrten Wasserbedarf kann eine Ausgabe aus dem Warmwasserspeicher erfolgen, um beispielsweise eine BedarRsspitæ zu decken.
• Die Direktbeheizung wird vorteilhaft mit Erdgas vorgenommen, welches auch für die Brennkraftmaschine zum Antrieb der Wärmepumpe Verwendung findet.
• FUr die Abgase der Direktbeheizung mittels Erdgas ist eine Ableitung zum Wärmeaustauscher im Abgasstrom der Abgase des Erdgasmotors vorgesehen.
• Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
• Die Zeichnung beschränkt sich auf die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile.
• Mit 1 ist der Sammelbehälter für die Gebäudeabwässer bezeichnet, welche dem Sammelbehälter über die Leitung 2 zugeführt werden. In dem Sammelbehälter ist ein Wärmeaust;:uscher in Form der Hohlplatten 3 vorgesehen, welche mit FlUssigkeit gefüllt sind und durch die Leitungen 4 miteinander verbunden sind. Die Leitungen 4 bilden eine Schleife 5, die zur Wärmepumpe 7 führt. Die Umwälzpumpe 6 in der Schleire 5 sorgt für den Flüssigkeitsumlauf durch den Wärmeaustauscher und die Wärmepumpe.
• Die wärmepumpe 7 ist bekannter Bauart und Wirkungsweise, so daß sich einer näheren Beschreibung dieser erübrigt.
• In der Wärmepumpe wird das durch die Leitung 8 zuströmende Wasser tdLr Temperatur erhöht, welches bei dem Ausführungsbeispiels aus dem HeizungsrUck-1auf stammt. Das in der Wärmepumpe in seiner Temperatur erhöhte Wasser strömt durch die Leitung 9 dem Kühler des Gasmotors lo zu, welcher dem Antrieb der Wärmepumpe 7 dient. In der Leitung 9 ist eine Umwälzpumpe 11 vorgesehen. Aus dem KUhler des Erdgasmotors gelangt das Wasser in den Wärmeaustauscher 12, der sich im Abgasstrom 13 des Erdgasmotors befindet und für eine weitere Temperaturerhöhung des Wassers sorgt.
• Von dem Wärmeaustauscher 12 führt die Leitung 14 zum Heizungsvorlauf 15. An den Heizungsvorlauf ist eine Leitung 16 angeschlossen, die zu dem in seiner Gesamtheit mit 17 bezeichneten Warmwasserspeicher führt.
• Der Heizungsvorlauf kann ganz oder teilweise geschlossen werden, wodurch das Heißwasser ganz oder zum Teil zum Warmwasserspeicher 17 strömt. Naturgemäß kann auch der Zufluß zum Warmwasserspeicher abgesperrt werden.
• Vom Warmwasserspeicher führt eine Leitzung 18 zur Leitung 8.
• FUr den Warmwasserspeicher 17 kann eine direkte Beheizung mit Hilfe von Erdgas oder anderem Gas vorgesehen sein. Die Gaszuleitung ist mit 19 und 20 angedeutet. Von ihr ist auch die Leitung zum Gasmotor abgezweigt.
• Der Warmwasserspeicher 17 kann auch mit einer mittelbaren Beheizung ausgerüstet sein.
• Eine solche Beheizung hat die Form eines Doppelmantels, in welchen heißes Wasser aus dem Heizungsvorlauf geleitet wird.
• Die heißen Abgase der Direktbeheizung mit Gas bzw. Erdgas werden aufgefangen und der Abgasleitung des Erdgasmotors zugeleitet. Diese Anordnung ist mit 21 angeordnet.
• Für die Abwässer, denen die Wärme im Sammelbehälter entzogen worden ist, ist am Sammelbehälter ein Uberlauf 22 vorgesehen, um die Abwässer abfliessen zu lassen.
• Ein Merkmal der Erfindung ist es auch, daß der Entzug der in den Abwässern enthaltenen Wärme bereits im Sammelbehälter selbst erfolgt L e e r s e i t e

Claims (1)

1. PatentansprUche.

   1. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus Abwässern bzw. Abwasser von Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwässer in einem Sammelbehälter (1) aufgefangen werden; daß den gesammelten Abwässern mit Hilfe eines Wärmeaustauschers (3,4) Wärme entzogen und im Wärmeaustauscher auf ein fließendes bzw. strömendes Medium Ubetragen wird; daß dieses Medium im Kreislauf vom Wärmeaustauscher (5. 4) zu einer Wärmepumpe (7) und von dieser zurück durch den Wärmeaustauscher geleitet wird; daß in der Wärmepumpe (7) Wasser auf eine weiter erhöhte Temperatu gebracht wird und dieses Wasser dann dem Gebrauchszweck zugefiíhrt oder weiteren die Temperatur erhöhenden Vorgängen unterworfen wird.

   ?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Wärmepumpe (7) stanmende bzw. durch die Wärmepumpe (7) in der Temperatur erhöhte Wasser als Kühlwasser durch den KUhler einer die Wärmepumpe antreibenden Brennkraftmaschlne (lo) und anschließend durch einen die Wärme deren Abgase austauschenden Wärmeaustauscher (12) geleitet wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine mit Erdgas betrieben wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwässer entsprechend ihrem Zulaur zum Samelbehälter (1) von diesem zum Abfluß gebracht werden.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das an sich für Heizungszwecke vorgesehene, Jedoch nicht benötigte, erwärmte Wasser einem Warmwasserspeicher zugeleitet wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Wärmerückgewinnungsvorrichtung erwärmte Wasser ganz oder teilweise einem Speicher zugeleitet wird, wenn kein Heizwasser oder nur ein Teil dieses Wassers zu eizungs- oder anderen Zwecken benötigt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwasser im Speicher zusätzlich direkt oder indirekt beheizt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktbeheizung mit Hilfe von Erdgas über Brenner, insbesondere bei Spitzenbedarf vorgenommen wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Indirektbeheizung von Wärmerückgewinnung aus Abwässern gewonnener und auf höhere Temperatur gebrachter Wärme über einen Warmwassererhitzer erfolgt.

   lo. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserspeicher zur Spitzenbedarfsdeckung an lIeißwasser verwandt wird.

   11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis lo, gekennzeichnet durch einen Abwässersammelbehälter (1); einen in diesem angeordneten Wärmeaustauscher (3,4) aus durch Rohrleitungen miteinander verbundenen Hohlplatten (3); eine Wärmepumpe (7); eine Durchleitung des umlaurenden FlUssigkeitsstrolnes im Plattenwärmeaustauscher (3, 4) durch die Wärmepumpe (7); vorzugsweise eine Umwälzpumpe (6) im umlaufenden FlUssigkeitsstrom des Plattenwärmeaustauschers; durch weiteredas in der Wärme ipe auf höhere Temperatur gebrachte Wasser in der Temperatur erhöhende Wärmeaustauscher4 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb der Wärmepumpe (7) eine Brennkrartmaschine (lo) in Form eines Erdgasmotors vorgesehen ist.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (7) mit dem Austritt des in seiner Temperatur erhöhten Wassers an den Einlaß des Kühlers der Brennkraftmaschine (lo) angeschlossen ist.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnt,daß der Wasserauslaß des Kühlers der Erdgasmaschine an einen Abgaswärmeaustauscher (12) im Abgasstrom (13) der Brennkraftmaschine (lo) angeschlossen ist.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung ein Warmwasserspeicher zugeordnet ist.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für den Warmwasserspeicher (17) eine bedarfsweise anstellbare Beheizung (20) mit Hilfe von Gas, insbesondere Erdgas, vorgesehen ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserspeicher (14) mit einem Warmwasserheizmantel ausgerüstet ist, der von Heißwasser aus der Vorrichtung gespeist werden kann.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abgase der Beheizung des Warmwasserspeichers eine Leitung (21) in den Abgaswärmeaustauscher (12, 13) vorgesehen ist.

   19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühler der Erdgasmaschine (lo) und der Wärmepumpe (7) in der entsprechenden Leitung (9) eine UmwElzpumpe (11) vorgesehen ist.

   20. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Entzug der in den Abwässern enthaltenen Wärme bereits im Sammelbehälter selbst erfolgt.