DE3132375A1

DE3132375A1 - Verfahren und anlage zur rueckgewinnung von waerme aus natuerlicher stall-luft

Info

Publication number: DE3132375A1
Application number: DE19813132375
Authority: DE
Inventors: Karl 6436 Schlenklengsfeld Ringler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1981-08-17
Publication date: 1983-03-03

Description

Verfahren und Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus natürlicher Stall-Luft

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Ansprüc}e 1 und 2 definierten Gattungen.

Angesichts der weltweiten Energieknaj pheit rückt das Einaparen oder Rückgewinnen von Energie aller Art immer stärker in den Vordergrund des öffentlichen Interesses. Im privaten Wohnbereich sind zu diesem Zweck beispielsweise neben verschiedenen Wärmedämm-Materialien insbesondere ¹^ mit Wärmepumpen und Solaranlagen betriebene Heizeinrichtungen bekannt geworden. Bekannt ist es auch bereits, Gebäude doppelwandig auszubilden und durch die Hohlräume zwischen den beiden Wänden Luft zirkulieren zu lassen, die beim Vorbeigang an den Kamin- bzw. Schornsteinschächten des Gebäudes erwärmt wird.

Im landwirtschaftlichen Bereich wird zunehmend versucht, durch die Rückgewinnung von Wärme aus Stall-Luft oder durch Erzeugung von Biogas aus Gülle natürliche Energiequellen zu nutzen. Die bisher bekannt gewordenen Verfahrensweisen und Anlagen arbeiten jedoch noch mit zu geringen Wirkungsgraden oder setzen zu hohe Investitionskosten voraus .

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der Wärmerückgewinnung aus der natürlichen Abluft vrn Sti Ilen, insbesondere Großviehställen. In Ställen, die mit beispielsweise 30 Stück Großvieh, z.B. Kühen, besetzt sind, herrschen selbst im Winter bei geringen Außentemperaturen regelmäßig etwa zehn bis zwölf Grad Celsius. Diese relativ warme Luft wird mittels der in Großviehställen üblicherweise vorhandenen Abluftsysteme an die äußere Atmosphäre abgegeben.

Alle bisherigen Versuche, diese natürliche Wärme beispielsweise zur Aufheizung des Wassers eines Zentralheizungs- oder

Warmwasserbereitungssystems zu nutzen, sind wegen des camit verbun<lenen zu hohen technischen, finanziellen und Wartungsaufwands nicht wirtschaftlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, mittels derer die in der Abluft eines Stalls, insbesondere Großviehstalls, enthaltene natürliche Wärme preisgünstig genutzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 2 vorgesehen.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die Abluft eines Stalls mit einfachen Mitteln zum Betreiben einer Wärmepumpe verwendet werden kann. Versuche mit handelsüblichen Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die beispielsweise bis 4°G funktionsfähig sind, haben ergeben, daß die erfindungsgemäße Anlage selbst im Winter bei weit unter 0 ⁰C liegenden Außentemperaturen voll funktionsfähig ist und nicht wie viele andere mit Wärmepumpen arbeitenden Anlagen im Winter auf das hilfsweise vorhandene Ölheizungssystem umgeschaltet werden braucht.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an einem lediglich schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Decke 1 eines nicht näher dargestellten Stalls ist eine öffnung 2 zur Aufnahme eines Ventilators 3 ausgebildet, der durch einen Motor 4 betrieben wird. Als Ventilator kann beispielsweise ein bereits installierter, für das Abluftsystem des Stalls bestimmter Ventilator verwendet werden.

Oberhalb des Ventilat ors 3 und unterhalb des Stalldachs ist ein Luft/Wasser-W irmetauscher 5 montiert, der zur besseren Führung der Abluft von Wänden 6, Rohren oder sonstwie ausgebildeten Schächten umgeben sein kann. Mit dem unteren Ende des Wasserkreislaufs des Wärmetauschers 7 ist eine Abstromleitung 7 verbunden, während an das obere Ende des

Wasserkreislaufs des Wärmetauschers 5 eine Zustromleitung angeschlossen ist. Dadurch wird der Wärmetauscher 5 im Gegenstromprinzip betrieben, d.h. die las Wasser aufheizende warme Abluft umströmt die das Wasser führenden Rohre des Wärmetauschers 5 von unten nach oben, während gleichzeitig das aufzuheizende Wasser von oben nach unten durch die Wasserrohre strömt.

Unterhalb der Wasserrohre des Wärmetauschers 5 sind Auffang- und Abflußrinnen 9 angeordnet, die zum Auffangen des beim Betrieb anfallenden Kondenswasser dienen und damit gleichzeitig eine Selbstreinigung des Wärmetauschers 5 bewirken. Die Rinnen 9 weisen ein geringes Gefälle suf und sind mit einer Sammelleitung od. dgl. verbunden, damit das Kondenswasser abströmen kann.

Die Leitungen 7 und 8 des Wärmetauschers 5 sind mit einem Speichertank 10 verbunden, der beispielsweise aus einem nicht mehr benutzten öltank bestehen kann. Mit diesem Speichertank 10 sind auch die Ein- un'i Ausgangsleitungen 11 bzw, 12 einer Wärmepumpe 13 verbunden, der eine Förderpumpe 14 vorgeschaltet ist. Eine weitere Förderpumpe 15 ist in die Zustromleitung 8 des Wärmetauschers 5 geschaltet. Dem Speichertank 10 können schließlich zwei nur schematisch angedeutete Thermostaten 16 und 17 zugeordnet sein. Der Thermostat 16 dient zur Steuerung der Pumpe 15, während der Thermostat 17 zur Umschaltung auf ein zweites, beispielsweise mit einem ölbrenner betriebenes Heizungssystem dient, sobald die Temperatur des Wassers im Speichertank 10 unter einen kritischen Wert von z.B. 4 ⁰C sinkt.

Wie im unteren rechten Teil der Zeichnung dargestellt ist, weist der Wärmetauscher 5 möglichst breitflächige Wärmeaustauschelemente auf, die vom Wasser zi< ^; sackförmig durchströmt werden, um einen möglichst guten Wärmeaustausch-Wirkungsgrad zu erzielen.

Die beschriebene Anlage arbeitet wie folgts

* * * S -£V ζ S B B¹S

Unter der Annahme, daß es sich bei der Wärmepumpe 13 um eine handelsübliche, beispielsweise bis herab zu 4 ⁰C arbeitende Wärmepumpe handelt, genügt es normalerweise, die Temperatur des in der Eingangsleitung 11 befindlichen Wassers oberhalb von 4 ⁰C zu halten. Diese Temperatur ist bei ständig laufender Pumpe 15 und bei ständig laufendem Ventilator 3 auch bei niedrigen Außentemperaturen leicht einzuhalten, weil im Stall regelmäßig Temperaturen von 10-12 ⁰C herrschen.

Mittels des Speichertanks 10 und des Thermostaten 16 kann '1er Wirkungsgrad der Anlage wesentlich verbessert werden. Der Thermostat 16 wird beispielsweise manuell Jeweils auf eine Temperatur eingestellt, die etwas unterhalb, beispielsweise 6 ⁰C unterhalb der jeweiligen Stalltemperatur liegt. Dadurch wird erreicht, daß die Pumpe 15 immer nur dann eingeschaltet wird, wenn die Temperatur im Speichertank 10 unter eine vorgewählte Temperatur absinkt. Bei relativ hohen Außentemperaturen braucht somit die Pumpe 15 nur wenige Stunden am Tag zusätzlich eingeschaltet werden, um das Wasser im Speichertank 10 auf der zum Betreiben der Wärmepumpe 13 gewählten Temperatur zu halten. Bei sehr geringen Außentemperaturen dagegen kann die Einschaltzeit der Pumpe 15 wesentlich größer sein. Abgesehen davon hängt die Einschaltdauer der Pumpe 15 natürlich vom Wärmeverbrauch derjenigen Anlage ab, die mit der Wärmepumpe 13 versorgt werden soll.

Eine Versuchsanlage dieser Art wurde an einem Stall mit dreißig Stück Großvieh untersucht. Bei Anwendung eines 115-Watt-Motors 4, einer 30-Watt-Pumpe 15 und eines Ventilators 3 mit einer Leistung von 3000 ra /h Luftdurchsatz wurden etwa 4 kW gewonnen, was ausreicht, um den Warmwasserun I ileizungsbedarf eines Einfamilienhauses zu decken.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die beschriebene Anläge auch im Winter so viel Wärme liefert, daß eine Umstellung des Heizungssystems auf eine andere Energieart,

2_οΒ_β einen Ölbrenner, nicht erforderlich ist. Dadurch werden nach Abzug der Kosten für die elektrische Blnergie etwa zwei Drittel der üblicherweise anfallenden Heizkosten fur ein Einfamilienhaus eingespart. Vorteilhaft ist ferner, daß die Aufstellung des Speichertanks bzw. der Wärmepumpe nicht in unmittelbarer Stallnähe erfolgen muß und daß die Investitionskosten in Anbetracht der möglichen Heizkosteneinsparungen vergleichsweise gering sind»

Die Erfindung iot nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern läßt sich auf vielfache Weis© abwandeln. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Aus= ' bildung und Anordnung des Wärmetauschers 5 und die diesem zugeordneten Auffanp- und Abflußrinnen 9. Im Übrigen soll d©r Ausdruck "Wasser" für das im Speichertank 10 gespei-= cnerte Medium jec.e für diesen Zweck geeignete Flussigk@it_p insbesondere alle verwendbaren Solen umfassen.

Leerseite

Claims

*^:" ^; *-*"--" '-■" - Patentanwalt

Diplom-Physiker

Reinfrled Frhr. ν. Schorlem®

D-35OO Kassel
Brüder-Grlmm-Platz 4
Telefon (Ο561) 15335

D 5161

Karl Ringler, 6436 Schenklengsfeld
Patentansprüche

Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme aus natürlicher
'Stall-Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Stall-Luft über die Stalldecke abgezogen und zur Aufwärmung eines mit einer Wärmepumpe verbundenen Wasserkreislaufs verwendet wird.
2) Anlage zur Rückgewinnung von Wärme aus natürlicher Stall-Luft, dadurch gekennzeichnet, daß in einer öffnung (2) der Stalldecke (1) ein zum Abzug der Stall-Luft bestimmter Ventilator (3) und unmittelbar über diesem ein Luft/Wasser-Wärmetauscher (5) angeordnet ist, dessen Zu- bzw. Abstromleitungen (7,8) mit der Aus- bzw. Eingangsseite einer Wärmepumpe* (13) verbunden sind.
3) Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und AbStromleitungen (7,8) des Wärmetauschers (5) mit
einem Speichertank (10) verbunden sind, an den auch die
Ein- und Ausgangsseiten der Wärmepumpe (13) angeschlossen
sind.
4) Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstromleitung (7) mit dem unteren und die Zustromleitung (8) mit dem oberen Rand des Wärmetauschers (5) verbunden ist.
5) Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ventilator (3) und dem Wärmetauscher (5) Auffang- und Abflußrinnen (9) für Kondenswasser
angeordnet sind.

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6) Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Zustromleitung (8) eine Förderpumpe (15) geschaltet und dem Speichertank (10) ein die Förderpumpe (15) steuernder Thermostat (16) zugeordnet ist.
7) Verfahren und Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (13) zur Aufheizung des Wassers der Zentralheizung und/oder des Warmwasserbereiters eines Gebäudes bestimmt ist.