DE2720687A1 - Vorrichtung zur gewinnung von waerme bei hoeherer temperatur - Google Patents
Vorrichtung zur gewinnung von waerme bei hoeherer temperaturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme bei höherer Temperatur unter Verwendung einer Wärmepumpe,
bei der die Wärmeabgabeseite des Kondensators an ein Wärmeverbrauchersystem angeschlossen ist.
Der Vorteil der bekannten Wärmepumpenheizungen liegt
in ihrer Einsparung an fossilen Brennstoffen gegenüber den konventionellen Heizungsanlagen.
Da die spezifischen Gesamtkosten von Wärmepumpenanlagen jedoch im allgemeinen trotz teilweiser Gutschrift für die Einsparungen
bei der Kälteerzeugung um einiges über denen konventioneller Heizungsanlagen liegen, werden Wärmepumpen heute bei
größeren Anlagen nur zur Deckung der Grundlast verwendet, wobei die Spitzenlast durch konventionelle Heizungsanlagen aufgebracht
wird. Z.B. konnten in einem speziellen Fall mit einer Wärmepumpe welche für 27 % des Wärmebedarfs ausgelegt wurde, 70 % des Jahre:
wärmeverbrauch abgedeckt werden.
Energiesparendes Heizen verlangt u.a. Ausnutzung der
Nachttemperaturabsenkung innerhalb der Gebäude, sofern das möglich ist. Der nächtliche Heizungswärmeverbrauch sinkt dann trotz
der im Mittel tieferen Außentemperaturen auf 80 bis 85 % des
Tagesverbrauchs. Eine Wärmepumpe, die am Tage den Wärmeverbrauch gerade decken kann, müßte demnach während der Nachtstunden,
z.B. von 16 bis 6 Uhr, zurückgefahren werden, was im Widerspruch zu der Forderung nach möglichst hohem Auslastungsgrad der Wärme-
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ORIGINAL INSPECTED
pumpe stünde, d.h. eine für den Tagesverbrauch dimensionierte Wärmepumpenanlage wäre im Mittel zu groß.
Kostensparendes Heizen mit Strom - direkt oder mittels Wärmepumpe - verlangt in der Regel die Ausnutzung des günstigeren
Nachtstromtarifes. Unter diesem Gesichtspunkt ist eine Leistungsrücknahme der Wärmepumpe während der Nacht wirtschaftlich
noch nachteiliger als vom Kapitaldienst her.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung unter Verwendung einer Wärmepumpe gelöst, bei der in Strömungsrichtung
des Kreislaufmediums vor dem Kondensator eine einem Wärmespeicher behälter zugeordnete Wärmetauschvorrichtung angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Enthalpie des Kreislaufmittels durch die im Verdampfer zugeführte Wärme
und die im Kompressor zugeführte Energie erhöht. Die Abkühlung erfolgt zweistufig. Zunächst nützt man die Überhitzungswärme
des Kreislaufmediums zur Speicherung der Wärme aus. Die überhitzung
des Kreislaufmediums hängt von verschiedenen Prozessbedingungen ab, sie nimmt Jedoch mit steigendem Druckverhältnis
und fallendem adiabaten Wirkungsgrad des Kompressors zu. Die Überhitzungswärme wird einem Speicher beliebigen Materials zugeführt.
Dadurch ist es möglich, Wärme bei höherer als z.B. der Vorlauftemperatur, also auch mit größerer Spreizung zu speichern,
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ohne dafür mit höherem Kondensationsdruck und Energieverbrauch bezahlen zu müssen. Wie weiter unten noch erläutert werden wird,
verbessert diese Maßnahme die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenheizung. Tn der zweiten Stufe wird dem Kreislaufmedium
in einem Kondensator die restliche Wärme entzogen und damit der Vorlauf eines Wärmeverbrauchersystems erwärmt. Nach der
Entspannung in einem Ventil gelangt das Kreislaufmittel wieder zum Verdampfer.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgedankens sieht vor, daß die Wärmetauschvorrichtung einen Wärmetauscher
aufweist, dessen einer Strömungsquerschnitt vom Kreislaufmedium durchflossen wird und dessen anderer Querschnitt mit einem Wärme
speicherbehälter für ein Wärmespeichermittel in Verbindung steht Auf diese Weise wird die Überhitzungswärme indirekt über einen
Wärmetauscher dem Wärmespeicherbehälter übermittelt.
Mit Vorteil kann die Wärmetauschvorrichtung auch als Wärmespeicherbehälter für ein Wärmespeichermittel ausgebildet
sein, durch den das Kreislaufmedium in einem gegenüber dem Innenraum des Wärmespeicherbehälters getrennten Querschnitt
strömt. Sowohl bei dieser direkten Abgabe der Überhitzungswärme an den Wärmespeicherbehälter als auch bei der indirekten Überführung
kann das Wärmespeichermittel, z.B. Gebrauchswasser, auf einfache Weise auf eine höhere Temperatur als z.B. die des Vorlaufs
gebracht werden, wodurch eine teuere Beheizung durch Nach-
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erhitzung mit elektrischem Strom während der Hochtarifzeit entfällt.
Mit großem Vorteil sind zwei Leitungen an dem Wärmespeicherbehälter
angeschlossen, wobei die eine Leitung an den Vorlauf und die andere Leitung an den Rücklauf des Wärmeverbrauchersystems
angeschlossen ist und in eine der beiden Leitungen ein Regelventil angeordnet ist. Selbst bei maximaler
Wärmelast ermöglicht diese Vorrichtung, die Vorlauftemperatur zu erhöhen, Verbrauchsspitzen auszugleichen und, bei geringer
Wärmelast wie in der Nacht, den Speicher vom Verbrauchersystem zu trennen und nur zur Speicherung der Überhitzungswärme zu
verwenden.
Den geringen zusätzlichen Aufwendungen gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen - nämlich die für die Unterteilung des
üblichen "Kondensators" in einen Wärmetauscher für die Überhitzungswärme und den eigentlichen Kondensator sowie für den
zusätzlichen Wärmespeicherbehälter - stehen, neben den schon genannten, die Vorteile der kleineren Wärmepumpenleistung, der
Ausnutzung der günstigen Niedertarifzeit, des niedrigeren
Stromleistungspreises und der Verringerung der Kosten für das Wärmetransport- und Verbrauchersystem gegenüber.
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer
schematischen Zeichnung dargestellt und soll nun näher erläutert und mit einigen typischen Prozessdaten ergänzt werden. Im ange-
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führten Beispiel wird eine Wärmepumpe mit Warmwasserspeicher in Tag- bzw. Nachtbetrieb beschrieben.
Das Kreislaufmedium tritt mit einer Temperatur von -40C in einen Verdampfer 5 ein, der die notwendige Verdampfungswärme
der Umgebungsluft entzieht. Der Einfachheit halber wurde von einer für Tag und Nacht gleichen Lufttemperatur von 5°C
ausgegangen. Nach der Verdichtung in einem Kompressor 1 steigt die Temperatur des Kreislaufmittels auf 72,5°C. Der Überhitzungsanteil
von 22,5°C wird dem Kreislaufmittel in einem Wärmetauscher 2 entzogen und zur Erwärmung des Wärmespeichermittels eines
Wärmespeicherbehälters 3 verwendet. Die Kreislaufmitteltemperatur sinkt auf 50°C. Nach der Wärmeabgabe in einem Kondensator 4
und der Entspannung in einem Entspannungsventil 6 tritt das Kreislaufmittel mit etwa -4°C wieder in den Verdampfer 5 ein.
Der Kondensator 4 erwärmt das 35 C warme Wasser des Rücklaufs eines Wärmeverbrauchersystems auf 45°C und speist
damit den Vorlauf des Systems.
Über Leitungen 7 und 8 kann dem Wärmespeicherbehälter
Warmwasser höherer Temperatur entnommen werden. Mit besonderem Vorteil ist aber, wie in der Zeichnung dargestellt, die Leitung
mit dem Vorlauf 10 und Leitung 8 mit dem Rücklauf 11 des Wärmeverbrauchersystems
verbunden. Bei Tag ist ein in Leitung 7 angebrachtes Regelventil 9 geöffnet. Das über Leitung 7 vom
Rücklauf 11 zum Wärmespeicherbehälter 3 gebrachte Wasser wird
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dort vor der Rückführung in den Vorlauf 10 auf 67,50C erwärmt.
Die Einspeisung bewirkt eine Erhöhung der Vorlauftemperatur
bei voller Wärmelast von 45°C auf 46,80C.
Während der Nacht ist der Wärmespeicherbehälter 3 durch
das Regelventil 9 vom Wärmeverbrauchersystem getrennt. Die Uberhitzungswärme
wird nur zur Erwärmung des beim Eintritt 35 C warmen Wärmespeichermittels verwendet. Die Vorlauftemperatur
sinkt auf 4 50C
In dem angeführten Beispiel einer Wärmepumpe mit insgesamt 2,0 Gcal/h stationärer Wärmeerzeugung stehen im Überhitzungs-Wärmetauscher
0,2} Gcal/h Überhitzungswärme zur Verfügung,
welche bei verringerter Wärmelast im Wärmespeicherbehälte 3 ganz oder teilweise gespeichert werden, während die Latentwärme
von 1,77 Gcal/h über den Kondensator stationär den Wärmeverbrauchern zugeführt wird.
Die Wärmepumpe liefert pro Tag 48 Gcal Wärme. Wird
z«B. von 16 bis 6 Uhr die verfügbare Uberh itzungswärme gespeichei
d.h. Regelventil 12 wird geschlossen, so sind das 3*22 Gcal pro
Tag. Während des Tagesbetriebes von 6 bis l6 Uhr stehen diese 3,22 Gcal zusätzlich zur Verfügung, im Mittel also 2,32 Gcal/h,
das sind l6 % mehr als im Tagesmittel und 31 % mehr als bei
Nachtbetrieb.
In der folgenden Tabelle sind die Stromarbeitskosten dreier verschiedener Ausführungen gegenübergestellt.
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Ausführung I Ausführung II Ausführung III
: Wärmepumpensystem fUr max 2,32 Gcal/h
(-4/5O0C) ohne Speicher
: Wärmepumpenspeicher fUr max. 2,0 Gcal/h
(-4/5O0C) mit 3,7 Goal Speicher
: Wärmepumpensystem für max. 2,32 Gcal/h
(-4/500C) mit 4,4 Gcal Speicher
Als Arbeitstarife für den Strom wurden während der Niedertarifzeit von 22 bis 6 Uhr 6 Pfg/KWh und während der
Hochtarifzeit von 6 bis 22 Uhr 10 Pfg/KWh angesetzt.
| Zeitspanne | 22-6 Uhr | 6-16 Uhr | pro Tag | |
| 16-22 Uhr | ||||
| Erzeugte Wärme pro Stunde |
1,77 | 2,32 | ||
| Ausführung I | 1,77 | 2,0 | 2,0 | |
| Ausführung II | 2,0 | 2,32 | 2,32 | |
| Ausführung III | 1,03 | |||
| Erzeugte Wärme pro Zeitspanne |
l4,2 | 23,2 | ||
| Ausführung I | 10,6 | 16 | 20 | |
| Ausführung II | 12,6 | 18,6 | 23,2 | 48 |
| Ausführung III | 6,2 | |||
| Stromarbeitskosten | 0,23 | 0,64 | 1,17 | |
| Ausführung I | 0,29 | 0,27 | 0,55 | 1,15 |
| Ausführung II | 0,33 | 0,31 | 0,64 | 1,1 |
| Ausführung III | 0,17 | |||
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Bei der Ausführung II sind die Ersparnisse an Stromarbeitskosten mit 3 % relativ gering. Die Ausführung
ist jedoch dann wirtschaftlich interessant, wenn der Stromleistungstarif die gesamten Stromkosten wegen der höheren
HT-Anschlußleistung stärker beeinflußt. Die Gesamteinsparungen
können dann ein Mehrfaches der obengenannten Einsparungen an Arbeitskosten ausmachen.
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Claims (4)
1.}Vorrichtung zur Gewinnung von Wärme bei höherer Temperatur
unter Verwendung einer Wärmepumpe, bei der die Wärmeabgabeseite des Kondensators an ein Wärmeverbrauchersystem angeschlossen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Kreislaufmediums vor dem Kondensator (4) eine
einem Wärmespeicherbehälter (3) zugeordnete Wärmetauschvorrichtung
(2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschvorrichtung (2) einen Wärmetauscher aufweist,
dessen einer Strömungsquerschnitt vom Kreislaufmedium durchflossen wird und dessen anderer Querschnitt mit einem
Wärmespeicherbehälter (^) für ein Wärmespeichermittel in
Verbindung steht.
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272U687
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die WärmetauGchvorrichtung (2) in einem Speicherbehälter (3) für ein Wärmespeichermittel untergebracht ist, durch
den das Kreislaufmedium in einem gegenüber dem Tnnenraum
des Wärmespeicherbehälters (3) getrennten Querschnitt strömt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei Leitungen (7,8) die an dem Wärmespeicherbehälter
(3) angeschlossen sind, wobei die eine Leitung (7) in den Vorlauf (ΙΟ) und die andere Leitung (8) an den Rücklauf (ll)
des Wärmeverbrauchersystems angeschlossen ist und in einer der beiden Leitungen ein Regelventil (9) angeordnet ist.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772720687 DE2720687A1 (de) | 1977-05-07 | 1977-05-07 | Vorrichtung zur gewinnung von waerme bei hoeherer temperatur |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772720687 DE2720687A1 (de) | 1977-05-07 | 1977-05-07 | Vorrichtung zur gewinnung von waerme bei hoeherer temperatur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2720687A1 true DE2720687A1 (de) | 1978-11-09 |
Family
ID=6008371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19772720687 Withdrawn DE2720687A1 (de) | 1977-05-07 | 1977-05-07 | Vorrichtung zur gewinnung von waerme bei hoeherer temperatur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2720687A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3590371C2 (de) * | 1984-07-27 | 1996-03-21 | Uhr Corp | System und Verfahren zum Heizen und Kühlen von Gebäuden |
-
1977
- 1977-05-07 DE DE19772720687 patent/DE2720687A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3590371C2 (de) * | 1984-07-27 | 1996-03-21 | Uhr Corp | System und Verfahren zum Heizen und Kühlen von Gebäuden |
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