DE2753036A1

DE2753036A1 - Heizungsanlage in verbindung mit kompressionswaermepumpe

Info

Publication number: DE2753036A1
Application number: DE19772753036
Authority: DE
Inventors: Max Prof Dr Wutz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1977-11-28
Publication date: 1979-05-31

Description

Λ.

Heizungsanlage mit Kompressionswärmepumpe

Bei Kältemaschinen wird einem Reservoir das sich auf der Temperatur Tq befindet, Wärme entzogen und Wärme an ein anderes Reservoir bei einer höheren Temperatur T als Tq abgegeben. Beispielsweise wird im allgemeinen bei einer Kompressionskältemaschine Dampf aus einem Raum mit der Temperatur T_Q (Verdampfer) angesaugt, wodurch Wärme entzogen wird. Mittels des Kompressors wird der Dampf verdichtet, wodurch gleichzeitig die Temperatur auf T steigt. Der verdichtete Dampf wird in einem Raum, der mit dem Druckstutzen des Kompressors verbunden ist, niedergeschlagen (Verflüssiger), wodurch Wärme abgegeben wird. Die Entspannung vom Reservoir mit der Temperatur T auf das Reservoir mit der Temperatur T_Q erfolgt mit Hilfe einer Expansionsmaschine oder mittels eines Drosselventils.

Als Kompressor werden sowohl mechanische Kompressoren (Hubkolbenverdichter, Schraubenverdichter, Axialverdichter etc.) als auch Strahlpumpen verwendet. Das Arbeitsmedium sind meistens fluorierte und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Jedoch sind auch andere Arbeitsmedien, insbesondere Luft, brauchbar, wobei in diesem Falle allerdings im "Verdampfer" und "Verflüssiger" die Temperatur Tq bzw. T nicht einheitlich ist.

Eine andere Art der Kälteerzeugung geschieht mit den sog. Absorptionskälteanlagen, wo die Kompression sozusagen durch die bei verschiedenen Temperaturen verschiedene Löslichkeit verschiedener Stoffe bewirkt wird.

Während bei den Kälteanlagen ein Reservoir.bzw. ein Raum abgekühlt bzw. Wärme aus einem Raum entfernt werden soll, bezweckt man bei der Wärmepumpe die Heizung d.h. die Wärmeabgabe. Dabei wird einem Reservoir, z. B. dem Grundwasser oder der Umgebungsluft bei der Temperatur T_Q Wärme entzogen und z.B. dem Wasser einer Zentralheizung mit der Temperatur T Wärme bei dieser Vorlauftemperatur zugeführt. Im allgemeinen verwendet man für Wärmepumpen die gleichen Anlagen und Arbeitsmedien wie für Kälteanlagen mit gewissen

909822/0328

Modifikationen, die dadurch begründet sind, daß bei Kälteanlagen z.B. T₀ = 253 ⁰K ; T = 283 ⁰K = (Kühlwassertemperatur) während bei Wärmepumpen die Teinperaturniveaus in der Regel höher sind: z.B. T₀ = 283 °K (Flußwasser); T = 313 ⁰K (Vorlauftemperatur der Heizung).

Die sog. Leistungsziffer von Wärmepumpen /\wird definiert

abgegebene Wärme zuge.führte Arbeit ...

Beim Idealprozess ohne Verluste ist:

- T_Q

z.B. T = 320 ⁰C; T_Q = 280 ⁰C

A =

320 - 280

Es sind heute Kompressionswärmepumpen mit elektrischem und motorischem Antrieb, sowie Absorptionswärmepumpen bekannt.

Die elektrisch angetriebene Wärmepumpe ist wirtschaftlich und von der Rohstoffeinsparung her unSteressant; letzteres deswegen, weil man in der Praxis eine Leistungsziffer von kaum 3 erhält. Bei einem. Wirkungsgrad von etwa 30 % des mit fossilen Kraftstoffen betriebenen Elektrizitätswerkes ist es von der Rohstoffseite her besser, den Kraftstoff direkt zu verfeuern.

Motorisch durch Otto- oder Dieselmotor angetriebene Wärmepumpen haben diese Fachteile nicht. Dafür ist aber ihre Lebensdauer re lativ gering und ihre Wartungsabstände und der Wartungsaufwand hoch

Absorptionswarmepumpen haben Nachteile, die in den zur Verfügung stehenden Kältemitteln begründet sind.

- 3 -909827/0328

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Nachteile der motorisch angetriebenen Wärmepumpen zu vermeiden, unter Beibehaltung deren Vorteile einer großen Leistungsziffer.

Eine Dampfmaschine bzw. Dampfturbine ist eine äußerst robuste, langlebige und wartungsarme Maschine. Zur Lösung der erfinderischen Aufgabe wird eine derartige Dampfmaschine vollständig mit der Heizungsanlage integriert, die nicht als sog. bivalentes System (zusätzliche Heizungsanlage) ausgeführt ist.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der in der Figur schematisch dargestellten Lösung der Aufgabe:

Der Brenner der Heizungsanlage erzeugt in einem e K überhitzten Dampf. Der Dampf wird über ein Dampfmaschine oder Dampfturbine T unter Arbeitsleistung entspannt. Die in dieser Maschine bzw. Turbine erzeugte mechanische Leistung wird zum Betrieb einer Wärmepumpanlage W.P. verwendet.

Der in der Dampfmaschine oder Dampfturbine entspannte Dampf wird in einem Wärmetauscher W kondensiert , der von der Umlaufflüssigkeit der Heizungsanlage "gekühlt" wird. Eine Flüssigkeitspumpe P bringt die kondensierte Flüssigkeit wieder auf den Kesseldruck.

Beim intermittierenden Betrieb der Heizungsanlage kann anstelle der Pumpe P ein Ventil, das evtl. als Rückschlagventil ausgebildet ist, verwendet werden. Nach dem Abschalten des Brenners gleicht sich der Druck zwischen Kessel und Kondensor aus. Jetzt wird ein Ventil, das anstelle der Pumpe P angebracht ist (evtl. durch die Schwerkraft des Wassers), geöffnet. Bei geeigneter Höhenanbringung von Kondensor und Kessel läuft das Wasser des Kondensors in den Kessel. Solange im Kessel ein Überdruck gegenüber dem Kondensor ist, bleibt das Ventil geschlossen.

Die Vorteile dieser Anordnung sind evident: Selbst wenn bei sehr großen Temperaturunterschieden, z.B. T = 253 ⁰K (extrem kalter Wintertag) T = 353 ⁰K (Heizung mit Heizkörpern kleiner Wärmeübergangsflächen) die Leistungsziffer nahe auf 1 zurückgehen sollte.

- 4 -909822/0328

ist der Wirkungsgrad dieser Heizungsanlage immer noch genauso gut wie bei einer herkömmlichen Heizungsanlage. Bei einem Wirkungsgrad des Dampfmaschinenprozesses von z.B. 20 $ und einer Leistungsziffer von 3 erhält man bei einer 100 kW Heizungsanlage mit 80 % thermischen Wirkungsgrad beispielsweise:

80 χ 0,8 + 20 χ 3 = 124 kW

an der Verlauftemperaturausgangsseite der Heizungsanlage, während bei direkter Verbrennung dort nur 80 kW zur Verfügung stehen.

Da ein DampfumlaufTvon"etwa 2 kg/h einer Heizleistung von 1 kW entspricht, wird man den Kessel K des Dampferzeugers so klein als möglich machen, damit so bald als möglich nach dem Einschalten des Brenners Dampf erzeugt wird und die Dampfmaschine T angetrieben wird. Außerdem muß die Heizungsregelung so ausgelegt werden, daß der Brenner nicht zu kurze Zeit brennt, damit das Verhältnis Brennereinschaltzeit zu Dampfmaschinenlaufzeit möglichst günstig ist. Bei kleinen Heizleistungen wählt man als Dampfmaschine zweckmäßig eine Kolbenmaschine, bei größeren Heizleistungen eine Turbine.

909822/0328

Leerseite

Claims

Patentansprüche;

M)/Heizungsanlage mit einer Kompressionswärmepumpanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Heizmittel-Kreislauf eine Dampfmaschine oder Dampfturbine angeordnet ist, die mit^überhitztem/ Dampf des Heizmittelkreislaufs gespeist und die von ihr erzeugte mechanische Leistung zum Betrieb der Kompressionswärmepumpe der Wärmepumpanlage verwendet wird, und daß im Heizmittel-Kreislauf der Dampfmaschine ein Wärmetauscher und diesem eine Kompressionspumpe nachgeordnet sind, wobei der Wärmetauscher mit der Umlaufflüssigkeit der Heizungsanlage gekühlt wird.
2) Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kessel des Erzeugers von Dampf zur sofortigen Dampfentwicklung nach Einschalten der Heizungsanlage möglichst klein ausgebildet ist.
3) Heisungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei kleinen Heizleistungen eine Dampfmaschine als Kolbenmaschine ausgebildet ist.
4) Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei großen Heizleistungen eine Dampfturbine in den Heizungs-Kreislauf eingebaut ist.
5) Heizungsanlage nach Anspruch 1 bzw. 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Pumpe ein Ventil verwendet wird.

909822/0328

OR(G(NAL INSPECTED