DE2728722A1

DE2728722A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung

Info

Publication number: DE2728722A1
Application number: DE19772728722
Authority: DE
Inventors: Hartmut Behrens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-25
Filing date: 1977-06-25
Publication date: 1979-01-04

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus den Abgasen einer Heizfeuerung, insbesondere einer ö1-oder Gasheizung, mit einem an die Heizfeuerung angeschlossenen Heizungskreislauf, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei herkömmlichen Heizanlagen für Wohnhäuser, die mittels öl oder Gas gefeuert werden, gehen bis zu 20% der eingesetzten Energie in der normalen Ileizperiode über die Abgase in die Umgebungsluft. In den Übergangsperioden im Frühjahr und im Hersbst, wenn eine solche Heizung nicht voll ausgefahren wird, da der Wärmebedarf in einem Gebäude geringer ist, vermindert sich der Wirkungsgrad noch weiter.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die eingesetzte Energie besser zu nutzen, insbesondere Wärme aus den Abgasen der Heizfeuerung zurückzugewinnen und die Heizperiode der Heizfeuerung zu verkürzten.
Als Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Wärme der Abgase der Heizfeuerung aus dein AbztlcJ der Heizfeuerung durch den Verdampfer einer Wärmepumpe zurückgewonnen wird; und daß die Wärme huber den Kondensor der Wärmepumpe in den ileizungskreislauf abgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor allem den Vorteil, daß ein wesentlicher Anteil der über die Abgase abziehenden Wärme einer Heizung zurückgewonnen und gleichzeitig in Übergangsperioden Wärme über die Wärmepumpe direkt aus der Umgebungsluft auf eine höhere Temperatur gebracht und in den Heizungskreislauf zur Heizung eines Gebäudes eingeführt wird. Hierdurch ergibt sich eine Heizölersparnis von bis zu 40%, da zum einen in der Heizperiode der Heizfeuerung zusätzliche Wärme aus den Abgasen gezogen wird und zum anderen bei Einsatz der Wärmepumpe ohne Heizfeuerung gerade die für eine herkömmliche Heizfeuerung relativ unwirtschaftliche Übergangsperiode ohne Einschalten der Heizfeuerung zu überbrücken ist. Insgesamt ergibt sich eine KostelIeinsparung von 25 bis 30%.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bei der Wärmerückgewinnung durch den Verdampfer der Wärmeptunpe Teile der Abgase kondensieren und sich insbesondere Schwefel im Verdampfer abscheidet und herunterfällt. Hierdurch wird eine wünschenswerte und im Zuge verstärkter Abgasvorschriften aucl notwendige Reinigung der Abgase erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch durchführen, daß im Abzug der Heizfeuerung zwei Ab-Abzweigungen angebracht sind, die über den Verdampfer miteinander verbunden sind, und daß der Kondensor der Wärmepumpe im Heizungskreislauf der Raumheizung liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen den beiden Abzweigungen des Abzugs der Heizfeuerung im Abzug eine verstellbare Klappe zur Steuerung des Abgasdurchzugs durch den Verdampfer der Wärmepumpe angeordnet ist. Hierdurch kann die Abgasmenge, die in dem Verdampfer der Wärmepuml)e zugeführt wird, in gewünschter Weise gesteuert werden.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß an der die Abgase dem Verdampfer der Wärmepumpe zufütirenden Abzweigung eine Öffnung zur Zufuhr von Luft eingebracht. Die Temperatur in den Abgasen einer Ileizfeuerung liegt oftmals zu hoch, um in einer Wärmepumpe genutzt zri werden, da das Kühlmittel der Wärmepumpe sonst durch die Verdampfung unter einen zu hohen Druck kommen würde. Andererseits ist bei Wärmepumpen ein sehr h.ohe r Durchsatz des Trägers der abzugebenden Wärme wünschenswert. Durch die erfindungsgemäße Durchmischung der Abgase mit Luf t wird beiden Anforderungen genüge getan. Zum einen wird die Temperatur des Wärmeträgers erniedrigt, zum anderen seine Durchsatzmenge erhöht Eine weitere hevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor daß in der Öffnung etne verstellbare, die Öffnung verschließende Lüftungsklappe angebracht ist, wobei insbesondere ein gemeinsamer Antrieb für die Klappen vorgesehen sein kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß in einer der Abzweigungen ein steuerbarer Ventilator eingebaut ist. Hierdurch wird der Durchzug der mit Luft durchmischten Abgase noc.l in äußerst vorteilhafter Weise erhöht.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß im Verdampfer der Wärmepumpe im Durchzugsraum der Abgase am unteren Ende eine Auffangpfanne für durch Kondensation herabfallende Abgasstoffe vorgesehen ist.
Schließlich sieht eine günstige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, daß der Kondensor der Wärmepumpe im Heizungskreislauf angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere in der Übergangszeit, wenn die Heizungsfeuerung nicht eingeschaltet ist, die durch die Wärmepumpe aus der Umgebungsluft gewonnene Wärme direkt dem Heizkörper zugeführt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt die einzige Figur ein Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Mittels einer Heizfeuerung 1, beispielsweise eines ölofens oder eines Gasbrenners, wird der Heizungskreislauf 2 eines Gcbäudes crhitzt, wobei in der Zeichnung lediglich ein Heizkörper 3 gezeigt ist. Vorteilhafterweise wird die Erfindung in Verbindung mit Fuß1>odeni0eizungen angewandt, so daß der Heizkörper 3 die Heizschlange einer Fußbodenheizung ist.
Im Iieizungskreislauf 2 befindet sich eine UmwäLzpumpe 4.
Die Abgase der lleizfeuerung 1 gehen durch einen Schornstein oder Abzug 6, der durch das Dach 7 des Gebäudes führt, ins Freie.
Bei modernen fleizfeuerungen wird die eizleistung über dem Luftzug im Abzug 6 durch eine motorisch angetriebene Klappe 8 geregelt. Die Klappe 8 befindet sich im allgemeinen nahe der Heizfeuerung 1 im Abzug 6, sie kann aber genausogut an anderer Stelle im Abzug 6 angeordnet sein, wie es z.B. in der Zeichnung der Fall ist; die dadurch erreichten Vorteile werden weiter unten erläutert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur erfindungsgemäß zwei Abzweigungen 9, 10 im Abzug angebracht, die miteinander über den Verdampfer 12 einer Wärmepumpe 13 verbunden sind, so daß eine durchyehende Verbindung vom Abzug 6 über die Abzweigung 9 in den Verdampfer 1 2 und die Abzweigung 10 wieder zum Abzug 6 gegeben ist.
Die Wärmepumpe 13 besteht in üblicher Weise aus dem Verdampfer 12, einem Verdichter 14, einem Kondensor 15 und einem Expansionsorgan 16, wobei über Rohrleitungen 17 durch alle Komponenten der Wärmepumpe 13 das Kühlmittel geleitet wird, welches im allgemeinen aus Frigen besteht. Verdampfer 12 und Kondensor 15 sind als Gegenströmer ausgebildet.
Der Kondensor 15 befindet sich im üblichen Heizungskreislauf 2 der Gebäudeheizung.
An der Abzweigung 9 befindet sich eine über ein Ansatzrohr 1 9 in Freie führende Öffnung 20. Im Ansatzrohr 19 ist eine Lüftunsklappe 21 eingesetzt, die die Öffnung 20 der Abzweigung 9 verschließen kann. In der Abzweigung 10 befindet sich ein Vcritilator 22, der den Durchzug der Abgase durch den Verda.nlzfer 12 unterstützt. Im untcren Teil des Verdampfers 12 sitzt eine Auf fangpfanne 23 zum Auffangen sich abscheidender Rauchpartikel, Kondensate und dergleichen.
Zur Ausschaltung der Heizfeuerung 1 aus dem Heizungskreislauf 2 befindet sich vor der Heizfeuerung 1 eine Ventilanordnung 25, mittels derer der Heizungskreislauf 2 vor der Heizfeuerung 1 durch ein Kurzschlußrohr 26 kurzzuschließen ist.
In der Hoch-Heizperiode ist die Heizfeuerung 1 angeschaltet.
Sie erhitzt dabei im wesentlichen den Heizungskreislauf 2 und damit die Heizkörper 3. Die durch den Abzug 6 abziehenden Abgase, die eine Temperatur bis zu über 2000 besitzen können, werden durch die Klappe 8 nach Wunsch - je nach Einstellung der Klappe 8 - teilweise bis ausschließlich in die Abzweigung 9 umgeleitet. Über die Öffnung 20 und das Ansatzrohr 19 werden die Abgase je nach Einstellung der Lüftungsklappe 21 mit Luft durchmischt. Dies ist deswegen notwendig, weil bei Wärmepumpen ein hoher Durchsatz des Wärmeträgers erwünscht ist und außerdem bei sehr hohen Temperaturen im Verdampfer der Druck des Kühlmittels zu sehr ansteigen würde, so daß herkömmliche Wärmepumpen gefährdet würden.
Der Durchzug der mit kühlerer Luft durchsetzten Abgase wird durch den Ventilator 22 unterstützt. Die mit Luft durchmischten Abgase geben einen Teil ihrer Wärme im Verdampfer 12 an die Kühlflüssigkeit, beispielsweise Frigen, ab und ziehen dann über die Abzweigung 10 aus dem durch das Dach 7 geführten Abzug 6 hinaus. Bei der Wärmeabgabe der Abgase im Verdampfer 12 findet eine Kondensation, insbesondere von Schwefelverbindungen statt, die sich am Durchlaufrohr des Kühlmittels absetzen und zum Teil in die Auffangpfanne 23 hinabfallen.
Wegen dieser Kondensationsabscheidung müssen die Durchlaufrohre für das Kühlmittel und das Innere des Verdampfers 12 aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise Chromstahl, hergestellt sein. Das Kühlmittel fließt nun über den Verdichter 14, in dem es verdichtet wird, in den Kondensor 15 und gibt dort seine Wärme an die ileizflüssigkeit im Heizungskreislauf 2 ab und erhöht somit die Temperatur im Heizungskreislauf.
In Übergangsperioden wird die Heizfeuerung 1 ausgeschaltet und über das Kurzschlußrohr 26 mittels der Ventilanordnung 25 aus dem Ileizunyskreislauf herausgenommen. Nunmehr arbeitet die Wärmepumpe 3 in üblicher Weise alleine. Durch entsprechendes Umstellen der Klappe 8 wird Luft aus der Umgebung angesaugt; diese gibt in herkömmlicher Weise einen Teil ihres Wärmeinhalts im Verdampfer 12 an die Kiihlflüssigkeit der Wärmepumpe 13 ab, die ihre Wärme wiederum an den lleizungskreislauf 2 abgibt, so daß in Übergangszeiten, wenn nur eine relativ geringe Heizleistung, beispielsweise 30% der üblichen Winterheizung, erforderlich ist, ausschließlich das Gebäude mittels der Wärmepumpe 13 geheizt werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Ansprüche erfahren zur Wärmerückgewinnung aus den Abgasen einer Heizfeuerung, insbesondere einer ö1- oder Gasheizung, mit einem an die Heizfeuerung angeschlossenen lleizungskreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Abgase der Heizfeuerung aus dem Abzug der Heizfeuerung durch den Verdampfer einer Wärmepumpe zurückgewonnen wird; und daß die Wärme über den Kondensor der Wärmepumpe in den Heizungskreislauf abgegeben wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abzug (6) der Heizfeuerung (1) zwei Abzweigungen (9, 10) angebracht sind, die über den Verdampfer (12) der Wärmepumpe (13) miteinander verbunden sind, und daß der Kondensor (15) der Wärmepumpe (13) im Heizungskreislauf (2) der Raumheizung liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Abzweigungen (9, 10) des Abzugs (6) de Heizfeuerung (1) im Abzug (6) eine verstellbare Klappe (8) zur Steuerung des Abcjasdurchzugs durch den Verdampfer (12) der Wärmepumpe (13) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (8) im AbzucJ (6) durch einen motorischen Antrieb gesteuert ist.
5. Vorrichtung riach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der die Abgase dem Verdampfer (12) der Wärmepumpe (13) zuführenden Abzweigung (9) eine Öffnung (20) zur Zufuhr von Luft eingebracht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung (20) eine verstellbare, die Öffnung (20) verschließende Lüftungsklappe (21) angebracht ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungsklappe (21) in der Öffnung (20) zur Luftzufuhr durch einen motorischen Antrieb gesteuert ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 4, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Antrieb für die Klappen (8 und 21).
9. Vorrichtung Iich einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Abzweigungen (9, 10) ein steuerbarer Ventilator (22) eingebaut ist.
10. Vorrichtung naci einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfer (12) der Wärmepumpe (13) im Durchzugsraum der Abgase am unteren Ende eine Auffangpfanne (23) für durch Kondenation herabfallende Abgasstoffe vorgeschen ist.
11. orrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensor (15) der Wärmepumpe (13) im Heizungsverlauf angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Ventilanordnung (25) der Heizungskreislauf (2) zur Umgehung der Heizfeuerung (1) kurzzuschalten ist.