DE3427100A1 - Heat-pump function accumulator - Google Patents
Heat-pump function accumulatorInfo
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Abstract
Description
PatentbeSchreibung O 4 Z / Ί 0 UPatent description O 4 Z / Ί 0 U
In der Patentbezeichnung Wärmepumpen-Funktionsspeicher (VVPFS)
soll zum Ausdruck kommen, daß zur Beschaffung, Speicherung und Verteilung von Heizenergie eine Wärmepumpe und ein für Temperatur-Schichtung
ausgelegter Großraumspeicher eine Funktionseinheit bilden.In the patent designation heat pump function storage tank (VVPFS)
is intended to express the fact that a heat pump and a large storage tank designed for temperature stratification form a functional unit for the procurement, storage and distribution of heating energy.
Stark wechselnde und sich verändernde Verbrauche in langen
und/oder kurzen Zeiträumen bei sich ändernden Vorlauftemperaturen,
vorzugsweise auf der warmen Seite, sollen mit diesem Verfahren,
bei gleichzeitiger Optimierung der Wärmepumpenauslegung,
ausgeglichen werden.Strongly changing and changing consumption in long
and / or short periods of time with changing flow temperatures, preferably on the warm side, with this method, while at the same time optimizing the heat pump design,
be balanced.
Die Wärmepumpe übernimmt dabei zusammen mit den im Mediumkreislauf
vorgesehenen Regel- und Umschaltventilen die Konstanthaltung der eingestellten Nutz-Temperaturen zur Kühlung im unteren
Bereich des unteren Volumenteils und durch Umschaltung zur
Heizung im oberen Bereich des oberen Volumenteils des Großraum-Schicht Speichers.The heat pump, together with the control and switching valves provided in the medium circuit, maintains constant the set useful temperatures for cooling in the lower
Area of the lower volume part and by switching to
Heating in the upper area of the upper part of the volume of the large-scale storage tank.
Der isolierte Trennsteg im Speicher, der den oberen und unteren Volumenteil im Verhältnis der abgegebenen Wärme am Verflüssiger - bei fossil betriebener Wärmepumpe zuzüglich der Motorabwärmen- und der aufgenommenen Wärme am Verdampfer der Wärmepumpe teilt, unterstützt die auf Langzeit angelegte Temperaturschichtung im Speicher.The insulated divider in the storage tank, which divides the upper and lower volume part in relation to the heat given off at the condenser - with fossil-fueled heat pumps plus the engine waste heat and the absorbed heat at the evaporator of the heat pump, supports the long-term temperature stratification in the Storage.
Durch die Umschaltung der Wärmepumpe, je nach Energiebedarf auf der kalten oder warmen Seite (z.B. orientiert an der Jahresmitteltemperatur oder am wöchentlichen Zyklus eines Produktionsablaufs), werden unmittelbar oberhalb und unterhalb des Trennsteges Medium-Temperaturen mittleren Niveaus eingelagert, die zusätzlich eine Durchmischung der Nutz-Temperaturen , die vorzeitig durch freie und erzwungene Konvektion im Speicher hervorgerufen würde, über einen längeren Zeitraum verhindern.By switching the heat pump to, depending on the energy requirement the cold or warm side (e.g. based on the annual mean temperature or on the weekly cycle of a production process), medium temperatures are stored immediately above and below the separating web, which also have a Mixing of the useful temperatures, prematurely by free and forced convection in the storage tank would be prevented over a longer period of time.
Bei der Einspeicherung, als auch Abnahme von Heiz- und Kühlenergie, entstehen zwischen oberem und unterem Volumenteil des Speichers Kengenströme unterschiedlicher Größenordnungen, für die. der Trennsteg an einer Stelle durchlässig ist»With the storage, as well as the consumption of heating and cooling energy, between the upper and lower volume part of the storage tank, characteristic flows of different magnitudes arise for the. the divider is permeable at one point »
Die von den Wärmeverbrauchern und -lieferern zurückfließendenThose flowing back from the heat consumers and suppliers
Horst Lüeße, 8o11 KirchheimHorst Lüeße, 8o11 Kirchheim
Mengenströme unterschiedlicher Temperaturen werden dem mittleren Temperaturniveau im Speicher, also unmittelbar ober- und unterhalb des Trennsteges, zugeordnet und mischen sich durch entsprechend gestaltete Ein- und Ausläufe nur dort mit dem umgebendenMass flows of different temperatures are the average Temperature level in the storage tank, i.e. immediately above and below of the divider, assigned and only mix there with the surrounding area through appropriately designed inlets and outlets
ifO Medium.ifO medium.
Wärmeleitung an der Hülle des Großraumspeiehers, dessen Geometrie wegen der geringsten Wärmeverluste vorzugsweise Kugelform hat, kann durch die innen aufgebrachte Isolierung nicht erfolgen. Auch hierdurch wird der Antrieb für eine Durchinischung unter-Heat conduction on the shell of the large storage tank, its geometry is preferably spherical because of the lowest heat loss, cannot be done due to the insulation applied on the inside. This also causes the drive to be mixed in.
/f5 . bunden./ f5. bound.
Die Unterbringung des Speichers erfolgt entwederThe storage facility is either
- ganz im Erdreich- completely in the ground
- halb im Erdreich, wobei die obere Hälfte mit dem Aushub abgedeckt und landschaftlich und/oder architektonisch gestaltet werden kann- half in the ground, with the upper half covered with the excavation and can be landscaped and / or architecturally designed
- oder wird als hochgebautes oder teilweise hochgebautes Funktionselement errichtet, das durch architektonische Umbauung" (z.B. Wohnungen, Geschäftsräume, Garagen) gestaltet wird.- or is used as a high-rise or partially high-rise functional element built, which through architectural renovation " (e.g. apartments, business premises, garages) is designed.
Im Erdreich entstehen u.a. die Räumlichkeiten für die Wärmepumpen-AnIage. Among other things, the rooms for the heat pump system will be built in the ground.
Der IfPFS ist mit den Wärme-Verbrauchern und -Lieferern durch ein vorzugsweise erdverlegtes Drillings-Rohrsystem verbunden. Dieses soll die externen Wärmeverluste kleinhalten. Vorzugsweise elektrisch betriebene Pumpen übernehmen die Förderung des Mediums.The IfPFS is connected to the heat consumers and suppliers by a preferably underground triple pipe system. This should keep the external heat losses small. Preferably electrically operated pumps are responsible for conveying the medium.
Das kalte Medium sammelt die Wärme über allgemein bekannte Wärmetausch verfahr en bei den Wärmelief erern, z.B.:The cold medium collects the heat via commonly known Heat exchange process for the heat suppliers, e.g .:
- Abwärme aus Produktionsprozessen- Waste heat from production processes
- Abwärme aus Klimaanlagen- Waste heat from air conditioning systems
- Wärme aus der Umgebungsluft- heat from the ambient air
- Wärme aus abfließendem Brauehwarmwasser- Heat from draining hot brewing water
- '"/arme aus Sonnenkollektoren- '"/ poor from solar panels
- Wärme aus Kühlräumeη- Heat from cold rooms
- Wärme aus Kühl v/asser von Kraftwerken- Heat from cooling water from power plants
Es ist bekannt, daß Wärmepumpen-Anlagen immer dann zum Einsatz kommen, wenn die Aussage einer Wirtschaftlichkeitsberechnung diesen Einsatz rechtfertigt. Dabei sind die Nutzungszeiten aufIt is known that heat pump systems are always used when the statement of a profitability calculation justifies this commitment. The usage times are on
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der warmen Seite, die meistens zeitlich versetzten Nutzungszeiten auf der kalten Seite, mit den jeweils benötigten Medium- Mengen und -Temperaturen und der sich einstellenden Leistungsziffern und mit den Investitionskosten die ausschlaggebenden Faktoren.the warm side, the mostly staggered usage times on the cold side, with the required medium Quantities and temperatures and the resulting performance figures and with the investment costs the decisive Factors.
Um den zeitlichen Versatz der benötigten Leistungen auf der kalten und warmen Seite wenigstens teilweise auszugleichen,
kommen Speicher für die jeweils benötigten Temperaturen zum Einsatz.
Dabei ist es allerdings erforderlich, daßIn order to at least partially compensate for the time lag between the required outputs on the cold and warm side, storage tanks are used for the temperatures required in each case.
However, it is necessary that
- die Wärmepumpe immer zwischen der benötigten kalten und warmen Temperatur, d.h. mit im Schnitt kleiner Leistungsziffer, bzw. stark schwankender Leistungsziffer bei gleichzeitig stark unterschiedlicher Nutzungsdauer, arbeiten muß.- the heat pump always between the required cold and warm Temperature, i.e. with a low coefficient of performance on average, or a strongly fluctuating coefficient of performance at the same time strongly different service life, must work.
- durch die Aufteilung der Speicherung auf getrennte Behälter größere externe Wärmeverluste berücksichtigt werden müssen.- By dividing the storage into separate containers, greater external heat losses must be taken into account.
- die Wärmepumpe als relativ leistungsstarke Einheit, entweder ausgelegt nach dem Leistungsbedarf der kalten oder dem der warmen Seite, gewählt werden muß.- the heat pump as a relatively powerful unit, either designed according to the power requirement of the cold or that of the warm side.
- aufgrund vorgenannter Nachteile ein einheitlich wünschenswerter Wärmepumpenbetrieb unterbrochen und/oder durch Hinzuziehen anderer Energieträger ergänzt werden muß.- Due to the above-mentioned disadvantages, a uniformly desirable heat pump operation is interrupted and / or by being consulted other energy sources must be supplemented.
- z.B. bei herkömmlichen Klimaanlagen und/oder Produktionsabläufen mit Kühl- und Wärmebedarf Tagesbetrieb bei meistens elektrischem Antrieb gefahren wird, wofür Tagesstromtarife bei gleichzeitig hohen Bereitstellungskosten und schlechte Wirkungsgrade durch vorwiegend sich einstellenden Teillastbetrieb inkaufgenommen werden müssen.- e.g. with conventional air conditioning systems and / or production processes with cooling and heating demand, daytime operation is usually operated with an electric drive, for which daily electricity tariffs with high deployment costs and bad Efficiencies have to be accepted due to the prevailing partial load operation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten Nachteile herkömmlicher Wärmepumpenanlagen zu vermeiden und neue Aspekte und Elemente·, insbesondere für den Umweltschutz, für künftige Heizungstechnologien zusätzlich zu berücksichtigen, so z.B.:The invention is based on the object mentioned above Avoid disadvantages of conventional heat pump systems and new aspects and elements, especially for environmental protection, to be additionally considered for future heating technologies, for example:
1. Aufteilung der gleichbleibenden Temperaturdifferenz im Arbeitsprozeß der Wärmepumpe auf ein unteres Temperatur-_ niveau, um Wärme einzusammeln und zu speichern und durch Umschaltung auf ein oberes Temperaturniveau, um Heizwärme1. Distribution of the constant temperature difference in the work process of the heat pump to a lower temperature _ level to collect and store heat and by switching to an upper temperature level to generate heat
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rait erforderlicher Temperatur bereitzustellen. Dabei wird für den Ablauf des Bedarfszyklus ...rait the required temperature. For the process of the demand cycle ...
1.1 eine vorherbestimmbare, annähernd gleichbleibende, hohe Leistungsziffer erzielt,1.1 a predictable, almost constant, high Achievement figure achieved,
1.2 eine relativ leistungskleine Wärmepumpe mit langen Laufzeiten einsetzbar,1.2 a relatively low-power heat pump with long running times applicable,
1.3 ständiger Vollastbetrieb bei optimiertem Wirkungsgrad möglich1.3 continuous full load operation with optimized efficiency possible
2. Zusammenlegung der Sammel-, Verteil- und Bereitstellungsfunktionen für die Wärmeenergie in einem Großraum-Schicht- speicher, wodurch die externen Wärmeverluste klein bleiben.2. Consolidation of the collection, distribution and provision functions for the thermal energy in a large-scale shift storage, which means that external heat losses remain small.
3. Verzicht auf die Verwendung von fossilen Brennstoffen während des gesamten Bedarfszyklus, bzw. erhebliche Reduktion des Verbrauchs fossiler Brennstoffe bei fossil betriebener Wärmepumpe.3. Avoiding the use of fossil fuels during the entire demand cycle, or significant reduction the consumption of fossil fuels in fossil-fueled heat pumps.
if. Beschränkung der Wärmepumpen-Betriebszeit bei elektrischem Betrieb mit öffentlicher Stromversorgung auf die Niedertarifzeit oder auf die Zeit alternativer Stromversorgung, z.B. aus der Photovoltaik oder durch Windenergie.if. Limitation of the heat pump operating time with electrical Operation with public power supply for the low tariff period or for the time of alternative power supply, e.g. from photovoltaics or wind energy.
5. Entsprechung der positiven Bewertung der"Inselstrategie" durch das Bundesministerium für Forschung und Technologie.5. Correspondence with the positive evaluation of the "island strategy" by the Federal Ministry for Research and Technology.
6. Entsprechung der Forderung nach konsequenter Nutzung von Umwelt- und regenerierbarer Wärme.6. Compliance with the requirement for consistent use of Environmentally friendly and renewable heat.
?. Entsprechung der Forderung nach Umweltschutz durch Null-Verbrauch von fossilen Brennstoffen im Einsatzgebiet. 8. Entsprechung der Forderung nach Unabhängigkeit von zu importierenden Brennstoffen (z.Zt. insbesondere ÖL und Gas).?. Compliance with the requirement for environmental protection through zero consumption of fossil fuels in the field of application. 8. Compliance with the requirement for independence from zu importing fuels (currently especially oil and gas).
9· Entsprechung der Forderung nach sinnvoll einzurichtenden Arbeitsplätzen.9 · Corresponding to the requirement for something to be set up in a meaningful way Jobs.
10. Entsprechung der Forderung nach Bewußtseinsbildung in der 12fO Bevölkerung durch Gründung von Interessensgruppen, wie Zweckverbänden, Genossenschaften, kleine Betriebsgesellschaften usw.10. Corresponding to the demand for awareness building in the 12fO population by establishing interest groups, such as Special purpose associations, cooperatives, small operating companies, etc.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing Features of claims 1 to 7 solved.
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4-5 Die mit der Erfindung herausragenden Vorteile bestehen in der
konsequenten Nutzung von Umwelt- und regenerierbarex Wärme
für Heizzwecke bei gleichermaßen
- geringstmöglicher Schadstoffabgabe an die unmittelbar benachbarte und dort betroffene Umwelt,
- größtmöglicher Bewußtseinsbildung für den Umweltschutz in der Bevölkerung durch eigeninitiative Gründung von z.B.
Interessensgemeinschaften in Siedlungsgebieten und/oder Aufnahme von z.B. fördernden Verordnungen durch Gemeindeverwaltungen,
- sparsamster Aufwand für die Wahl und den Antrieb der Wärmepumpe.4-5 The outstanding advantages of the invention consist in the consistent use of environmental and regenerablex heat for heating purposes at the same time
- the lowest possible emission of pollutants to the immediately adjacent and affected environment, - the greatest possible awareness of environmental protection among the population through the establishment of, for example, interest groups in settlement areas and / or inclusion of, for example, promotional ordinances by municipal administrations,
- Most economical effort for the choice and the drive of the heat pump.
Ein sehr vereinfachtes Rechenbeispiel soll die Verbrauchskosten
und die Umweltbeeinflussung bekannten Heizverfahrens mit fossilem Brennstoff und das Verfahren mit WPFS gegenüberstellen:
Eine ältere Wohnsiedlung, bestehend aus Ein- und Mehrfamilienhäusern, benötigt für die Wärmeversorgung, einschließlich der
Brauchwarmwassererzeugung 2oo„ooo Liter Heizöl pro Jahr, das
je Liter EM o,71 kostet. Bei einem Ausnutzungsgrad des Heizöls
von 30% ergeben sich die Verbrauchskosten zu:
B = 200.000 1 χ o,71 EM/1 = H2.OOO,- EM
und die nutzbare Wärmeenergie zu:
E = 200.000 1 χ 9,9 KWh/l χ 0,5 = 99o*ooo KWh und daraus die spezifischen Verbrauchskosten zu:
b = B/E = 14.2.000/990.000 = o,H3 DM/KWh.A very simplified calculation example is to compare the consumption costs and the environmental impact of known heating methods with fossil fuel and the method with WPFS: An older housing estate, consisting of single and multi-family houses, needs 2oo "ooo liters of heating oil per year for the heat supply, including the production of domestic hot water per liter of EM costs 0.71. With a degree of utilization of the heating oil of 30% , the consumption costs result in: B = 200,000 1 χ o, 71 EM / 1 = H2.OOO, - EM and the usable thermal energy as:
E = 200,000 1 χ 9.9 KWh / l χ 0.5 = 99o * ooo KWh and from this the specific consumption costs to: b = B / E = 14.2,000 / 990,000 = o, H3 DM / KWh.
Mit dem vorliegenden WPFS-Verfahren soll die Umweltwärme, bestehend aus der direkten Strahlungsenergie der Sonne und des Energieinhalts der Luft entsprechender Temperatur und Feuchte konsequent genutzt werden. Zugleich soll ein größtmöglicher Umweltschutz der unmittelbaren Umgebung erzielt werden. Deshalb bietet sich die elektrisch betriebene Wärmepumpe an.With the present WPFS process, the environmental heat, consisting of the direct radiation energy of the sun and the energy content of the air of the corresponding temperature and Moisture can be used consistently. At the same time, the greatest possible environmental protection should be achieved in the immediate vicinity will. This is why the electrically operated heat pump is ideal.
Eei einer maximalen Vorlauftemperatur des Mediums, vorzugsweise Wasser, in der Winterperiode von γθ C (erfahrungsgemäß nicht höher bei Altanlagen) und einer minimalen Mediumtemperatur im Vorlauf von 5 C zur Übernahme von Umweltwärme sollen sichA maximum flow temperature of the medium, preferably water, in the winter period of γθ C (based on experience not higher in old systems) and a minimum medium temperature in the flow of 5 C to take over environmental heat should be
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im V/PF S-Verfahr en folgende Temperaturen im Heiz/Kühl-Mediumvorlauf und im Kältemittelkreislauf einstellen: Betrielb im unteren Temperaturniveau (Übernahme von Umweltwärme): Kältemittelseite: Verdampfungstemperatur = O C, Kondensationstemperatur = if2,5°C, Leistungsziffer = ^,2.In the V / PF S process, the following temperatures in the heating / cooling medium flow and set in the refrigerant circuit: Operation at the lower temperature level (transfer of ambient heat): Refrigerant side: evaporation temperature = O C, Condensation temperature = if2.5 ° C, performance figure = ^, 2.
Mediumseite: Vorlauftemperatur kalt = 5°C, Vorlauftemperatur warm = 37,5°C.Medium side: flow temperature cold = 5 ° C, flow temperature warm = 37.5 ° C.
Betrieb im oberen Temperaturniveau nach Umschaltung (Bereitstellung von Heizwärme): Kältemittelseite: Verdämpfungstemperatür = 32,5°C, Kondensationtemperatur = 75°C, Leistungsziffer = if, 6. Medittmseite: Vorlauf temperatur kalt = 37,5°C, Vorlauf temperatur warm = ?o C.Operation at the upper temperature level after switchover (provision of heating): refrigerant side: evaporation temperature = 32.5 ° C, condensation temperature = 75 ° C, coefficient of performance = if, 6th medium side: flow temperature cold = 37.5 ° C, flow temperature warm =? o C.
Ausgehend von der oben formulierten nutzbaren Wärmeenergie von 990.000 IClVh, ergeben sieh hier bei Niedertarif-Stromkost en von 0,11 EM/KWh, einer mittleren Leistungsziffer von l+,L\. und Wärmeverlusten mit Energiekosten für Nebenaggregate von zusammen 2o% folgende Verbrauchskosten:Based on the usable thermal energy of 990,000 IClVh formulated above, this results in low tariff electricity costs of 0.11 EM / KWh, an average performance figure of 1 +, L \. and heat losses with energy costs for ancillary units totaling 2o% of the following consumption costs:
B' = 990.000 KWh χ o,11 M / l+,k χ 0,8 KWh = 3o.937,5o Oi und daraus folgende spezifischen Energiekosten:B '= 990,000 KWh χ o.11 M / l +, k χ 0.8 KWh = 3o,937.5o Oi and the following specific energy costs:
b» = 3o.937,5o/99o.ooo = o,o31 DM/KWh.b »= 3o,937.5o / 99o.ooo = o, o31 DM / KWh.
Wegen der unterschiedlichen Bewertungseinflüsse bei der Gegenüberstellung wurden vernachlässigt:Because of the different evaluation influences in the comparison were neglected:
Im WTFS-Verfahren: Die Kosten für Personal, Leistungsbereitstellung, Strompreiserhöhungen , Wartung, Reparaturen, Kapitaldienst. In the WTFS process: The costs for personnel, provision of services, electricity price increases, maintenance, repairs, debt servicing.
Bei den Ölheizungen: Die Kosten für Personal, Tankraumnutzung, Schornstein, Stromverbrauch Brenner, O'lpreiserhöhung, Wartung, Reparaturen und Kapitaldienst; außerdem die Kosten für die Behebung von Umweltschäden.For oil heating: The costs for personnel, use of the tank space, Chimney, power consumption burner, oil price increase, maintenance, repairs and debt servicing; also the cost of the Repairing environmental damage.
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DE2729635A1 (en) * | 1977-06-30 | 1979-01-11 | Anders Daniel Backlund | Building heating and air conditioning system - has heat exchanger in insulation lagging and heat storage connected with pump |
DE3038579A1 (en) * | 1980-10-13 | 1982-05-27 | Franz Karl 8500 Nürnberg Krieb | Room heating system with heat pump - stores surplus heat in stages for long periods on cold side |
-
1984
- 1984-07-23 DE DE19843427100 patent/DE3427100A1/en active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Zeitschr.: Sonnenenergie 04.05.1981, S. 19 bis 22 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109028652A (en) * | 2018-07-13 | 2018-12-18 | 青岛美克热源塔热泵研究有限公司 | Greenhouse heat source heat pump paddy electricity accumulation of heat block energy source station |
CN109028652B (en) * | 2018-07-13 | 2021-03-05 | 青岛美克热源塔热泵研究有限公司 | Off-peak electricity heat storage block energy station of greenhouse heat source heat pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3427100C2 (en) | 1993-09-16 |
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