DE4102636A1 - Hausenergieversorgung mit waerme und strom unabhaengig von oeffentlichen versorgern - Google Patents
Hausenergieversorgung mit waerme und strom unabhaengig von oeffentlichen versorgernInfo
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Description
Diese Anlage ist folgenden Gebieten zuzuordnen:
- - Heizungstechnik
- - Energieversorgung
- - Umweltschutz
Es ist mir bekannt, daß es keine Neuheit ist, einen elektrischen
Generator mit einem wassergekühlten Dieselmotor
anzutreiben, und es ist auch nicht neu, die Abwärme bei
Großanlagen für die Unterstützung der Heizung zu nutzen.
Diese Anlage jedoch kann mehr:
Sie ist nicht zur Ergänzung eines Systems gedacht, sondern durch eine, wie ich meine, neuartige und ausgeklügelte Elektrik dazu geeignet, vollkommen eigenständig, sicher, zuverlässig und überragend umweltfreundlich und wirtschaftlich im Vergleich zur bisherigen Stromversorgung und Wärmeerzeugung zu arbeiten.
Sie ist nicht zur Ergänzung eines Systems gedacht, sondern durch eine, wie ich meine, neuartige und ausgeklügelte Elektrik dazu geeignet, vollkommen eigenständig, sicher, zuverlässig und überragend umweltfreundlich und wirtschaftlich im Vergleich zur bisherigen Stromversorgung und Wärmeerzeugung zu arbeiten.
Die Anlage soll überall eingesetzt werden, wo heute noch
Öl- oder Gasheizungen stehen, wobei der größte Teil der
Heizungsanlage weiter verwendet werden kann. Außerdem bildet
sie das Kernstück für neue Heizungsanlagen, mit dem
Vorteil auch noch ausreichend und zuverlässig elektrische
Energie zur Verfügung zu stellen, so daß eine zusätzliche
Versorgung durch ein EVU entfällt, was für alle jene, die
aufgrund irgendwelcher ungünstiger Umstände auf individuelle
Stromerzeugung angewiesen sind, wohl die Rettung bedeuten
wird.
Die Größe der Anlage richtet sich nach dem Bedarf am Einsatzort
und kann dem durch geeignete Auswahl des Motors
und des Generators angepaßt werden. Die häufigste Anwendung
erwarte ich jedoch im privaten Bereich für Ein- bis
Zweifamilienhäuser.
Deshalb gebe sich im folgenden eine Funktionsbeschreibung
einer für diesen Zweck dimensionierten Anlage:
Wärmeleistung:
9-15 kW
Elektrische Leistung:
2-4 kW (Dauerbetrieb)
11 kW (über eine Stunde)
(die Entnahmezeit steigt mit abfallender Leistung).
9-15 kW
Elektrische Leistung:
2-4 kW (Dauerbetrieb)
11 kW (über eine Stunde)
(die Entnahmezeit steigt mit abfallender Leistung).
Die Anlage braucht Heizöl je nach Beanspruchung, jedoch
nie mehr als 2 l/h, meistens sogar während der Heizperiode
weitaus weniger und ohne Heizung weniger als 2 l pro Tag.
Dafür bietet sie:
- - ständig warmes Brauchwasser
- - eine bis zwei wohltemperierte Wohnungen mit allem Komfort einer Zentralheizung
- - elektrische Energie, unterbrechungsfrei und genauso komfortabel wie von einem EVU, jedoch vollkommen unabhängig und dabei nicht teurer
- - eine drastische Reduzierung der Umweltbelastung
Ein wassergekühlter Dieselmotor treibt über eine starre
Welle einen Wechelstromgenerator an. Die Drehzahl des Motors
ist über die Einspritzpumpe auf 3000 1/min stabilisiert.
Das ergibt zusammen mit einen 4-kW-Generator stabile
50 Hz Wechselspannung mit bis zu ca. 18 A. Diese Spannung
wird gleichgerichtet und dient zur Ladung einer Batterie,
welche aus 18 Einzelbatterien mit je 12 V und 66 Ah
besteht. 14 dieser Batterien liegen miteinander in Reihe
und werden, während der Motor läuft, direkt mit 198,07 V
Gleichspannung (entspr. mittlerer Gleichrichtwert von 220 Veff)
geladen. Das ergibt für jede Batterie eine gesunde Ladespannung
von 14,14 V. Für die vier restlichen Batterien
wird an die 220-V-Wechselspannung des Generators ein Transformator
mit Primär 220 V und Sekundär 63 V, 20 A angeschaltet.
Diese Spannung wird nun gleichgerichtet und an
die unabhängigen vier, miteinander in Reihe geschalteten,
Batterien gelegt, so daß auch diese mit 14,17 V geladen
werden, solange der Motor läuft. Beide Batterieeinheiten
sind auch miteinander in Serie geschaltet. Die Steuereinheit
sorgt dafür, daß während der Motor läuft über 16 Batterien
abgegriffen wird (entspr. 226,30 V), während der Motor
steht, also nicht lädt, wird über 18 Batterien abgegriffen
(entspr. 216 V). Ein Wechselrichter mit primär
220 V Gleichspannung und sekundär 220 Veff Wechselspannung
mit einer Maximalleistung von 11 kW und einer Frequenz
von 50 Hz versorgt nun die Sicherungstafel auf der bei
dieser Anlage bis zu 50 Ampere, je nach individuellem Bedarf,
abgesichert werden und dem Haushalt zur Verfügung
stehen.
Es ist für das gekoppelte Wärmesystem wichtig, daß der Generator
belastet wird.
Dazu stehen zwei 2-kW-Elektrodirektheizgeräte mit einer
1-kW-Stufenschaltung zur Verfügung, die in den Räumen des
Hauses, die bevorzugt beheizt werden sollen, neben den normalen
Heizkörpern installiert werden.
Die Steuereinheit mißt die Vorlauftemperatur am Motor
(s. u.) und den Strom des Haushalts.
Die Elektrodirektheizgeräte werden in vier 1-kW-Stufen nur
dann eingeschaltet, wenn der Strom im Haushalt abgesunken
ist, also der Haushaltsbedarf zu gering ist.
Natürlich werden diese Geräte direkt vom Generator mit
220 V Wechselspannung gespeist, und die Strommessung hinter
diesem Abgriff vollzogen.
Im einzelnen sieht das so aus:
Wird der Haushaltsstrom mit mehr als 13,50 A gemessen, dann ist die Elektroheizung aus.
Wird der Haushaltsstrom mit mehr als 13,50 A gemessen, dann ist die Elektroheizung aus.
Sinkt der Strom unter 13,50 A, dann wird das erste Gerät
mit 1 kW angeschaltet und dadurch der Generator mit 18,05 A
belastet, wodurch er eine Gesamtleistung von 3970 W abgibt.
Sinkt der Strom unter 9,00 A, dann wird das erste Gerät mit
2 kW angeschaltet und dadurch der Generator mit 18,09 A belastet,
wodurch er also 3980 W leistet.
Sinkt der Strom unter 4,50 A, dann wird das erste Gerät mit
2 kW und das zweite Gerät mit 1 kW angeschaltet und dadurch
der Generator mit 18,13 A belastet, wobei er 3990 W leistet.
Ist letztlich keine elektrische Belastung vorhanden, dann
schaltet sich auch noch die letzte 1-kW-Stufe des zweiten
Gerätes zu, wodurch also der Generator mit 4 kW voll belastet
wäre.
Diese Zuschaltungsvorgänge finden (s. o.) nur dann statt,
wenn die eingestellte Vorlauftemperatur unterschritten ist
und die Außentemperatur weniger als 18°C beträgt.
Kommen wir nun zum zweiten Teil der Anlage, dem Heizsystem:
In den Räumen des Hauses sind nach Wärmebedarfsplanung konventionelle Heizkörper installiert. Bei dieser Anlage speziell bis zu 14 kW. (Das reicht für ein Ein- bis Zweifamilienhaus.) Alle Heizkörper sind mit Thermostatventilen ausgestattet, und wie bei allen Zentralheizungssystemen durch ein Rohrleitungssytem miteinander verbunden, so daß im Heizungsraum des Hauses Vor- und Rücklaufleitung ankommen. Zusätzlich zu dieser Installation hängen, wie oben erwähnt, in zwei bevorzugt beheizten Räumen je ein Elektrodirektheizgerät (s. o.), deren elektrische Anschlüsse bis in den Heizungsraum geführt werden.
In den Räumen des Hauses sind nach Wärmebedarfsplanung konventionelle Heizkörper installiert. Bei dieser Anlage speziell bis zu 14 kW. (Das reicht für ein Ein- bis Zweifamilienhaus.) Alle Heizkörper sind mit Thermostatventilen ausgestattet, und wie bei allen Zentralheizungssystemen durch ein Rohrleitungssytem miteinander verbunden, so daß im Heizungsraum des Hauses Vor- und Rücklaufleitung ankommen. Zusätzlich zu dieser Installation hängen, wie oben erwähnt, in zwei bevorzugt beheizten Räumen je ein Elektrodirektheizgerät (s. o.), deren elektrische Anschlüsse bis in den Heizungsraum geführt werden.
In der Vorlaufleitung wird ein Druckausgleichsbehälter,
ein Manometer, ein Überdruckventil (1,5 Bar), eine elektrische
Umwälzpumpe (min 80 W) und ein Temperaturfühler, der
einen Thermostaten ansteuert, eingebaut. Der Thermostat ist
stufenlos regelbar von 40°C bis 80°C und hat einen Schließerkontakt,
der bei erreichter Temperatur, also der eingestellten
Vorlauftemperatur schaltet. Sinkt die Temperatur
wieder um 5°C, so schaltet er zurück, usw.
Ferner ist an Vor- und Rücklauf ein druckloser, handelsüblicher
Wasserspeicher mit Wärmetauscher und Thermostatventil
und ca. 150-200 l Inhalt angeschlossen. Er dient zur
wohltemperierten Brauchwasserbereitstellung. Bei Platzmangel
kann dieser auch in einem anderen Raum aufgestellt werden.
Er ist jedoch für diese Anlage aus Gründen der Wirtschaftlichkeit
unerläßlich.
Außerdem steht im Heizungsraum der Generator, der Wechselrichter,
der Motor und die Steuereinheit.
Alle Glieder dieser Anlage sind speziell für den obengenannten
Bedarf zusammengestellt und ich möchte darauf hinweisen,
daß diese Anlage die kleinste Variante darstellt.
Der Größe sind jedoch keine Grenzen gesetzt. Es geht hier
auch nur um die Verdeutlichung des Systems anhand einer
speziellen Anlage. Um also in der Leistung variabel zu
sein, ohne das ganze System neu überarbeiten zu müssen, bediene
ich mich der TN-Serie der Firma Yanmar.
Für diese Anlage speziell: 3TN66E/G2 Leistung bei
3000 1/min: 9,56 kW.
Der Motor treibt über eine starre Welle den Generator direkt
an. Um den Motor, wegen der hohen Temperatur jedoch
nicht um den Generator, wird ein abnehmbares Gehäuse aus
einer Schicht Steinwolle, Brandschutzklasse
A1 100 mm dick, und außen noch eine Schicht
Blech gebaut. Damit ist der Lärm- und Brandschutz gegeben.
Lagert man das System auch noch auf Gimetallsystemen, so
werden auch keine Vibrationen über den Fußboden an das Gebäude
übertragen.
Der Motor ist mit einem Elektrostarter und einem elektrischen
Abschaltventil (selbstsperrend) ausgerüstet, die von
der Steuereinheit betätigt werden können. Außerdem ist am
Zylinderkopf ein Notthermostat angebracht, der notfalls
auch ohne Wasser bei 95°C Kopftemperatur (unbedenklich) eine
Notschaltung ansprechen läßt (s. u.).
Der Auspuff hat einen Schalldämpfer innerhalb der Schallschutzkammer.
Von dort führt ein Stahlwellenrohr (Vibrationsdämpfer)
zu einem Stahlrohr 50 mm ⌀, das die Abgase nach oben
leitet. Kurz vor dessen Ende ist noch ein Endschalldämpfer
angebracht. Damit herrscht am Rohrende nur noch ein leises
Rauschen, das schon im Abstand weniger Meter nicht mehr
hörbar ist.
Er sitzt auch innerhalb der Schallschutzkammer und kann über
ein 100-mm-⌀-Aluflexrohr, das nach draußen geführt wird,
ansaugen.
Der von der Wasserpumpe des Motors kommende Anschluß wird
über eine Gummimuffe direkt an den Vorlauf der Heizung angeschlossen.
Der andere Stutzen wird ebenso mit dem Rücklauf
verbunden. Damit ist der Wasserkreislauf geschlossen.
Der Motorthermostat wird ausgebaut, um die Steuerung von
außen nicht zu stören.
Über zwei 10-mm-⌀-Kupferleitungen werden Saug- und Rücklaufleitung
mit einem Heizöltank verbunden. Bei großer Entfernung
kann zusätzlich eine übliche Elektroförderpumpe verwendet
werden.
Die Steuereinheit mißt:
- - den Strombedarf des Haushalts (analog) über einen Reihenwiderstand Rm=0,2 Ω
- - die Vorlauftemperatur (binär) mit Hilfe eines Temperaturfühlers von 40-80°C
- - ob Motor läuft über Spannungsmessung am Generator
- - ob Öldruck ausreichend
Öldruckschalter - - Motor überhitzt
Notthermostat 95°C - - Notausschalter betätigt
- - Spannung über 1 Batterie, ob Nachladen erforderlich
- - Hauptschalter eingeschaltet
- - Zeitschalter eingeschaltet
- - Außentemperatur
- - Außentemperaturfühler
- - Motor steht + Vorlauftemperatur unterschritten + Notschaltung
nicht angesprochen + Hauptschalter eingeschaltet →
Anlasser wird so lange betätigt, bis Ladung beginnt, jedoch längstens 10 s, Abschaltventil bekommt Spannung (öffnet), nach 10 s erfolglosen Startens spricht die Notschaltung an. - - Motor läuft + Öldruckschalter oder Notthermostat spricht
an oder Notschalter ist betätigt →
Notschaltung spricht mit 5 s Verzögerung an, d. h. Abschaltventil schließt, Anlasserschaltung wird unterbrochen, auf Kontrollfeld leuchtet Lampe "Störung", Notschaltung hält sich selbst und kann nur von Servicepersonal über Unterbrecherkontakt innerhalb des Schaltkastens aufgehoben werden, Heizölzufuhr wird gestoppt, Umwälzpumpe wird abgeschaltet. - - Motor läuft + Vorlauftemperatur überschritten →
Abschaltventil wird abgeschaltet - - Hauptschalter aus →
Abschaltventil wird abgeschaltet, Umwälzpumpe und Heizölpumpe werden gestoppt, Anlasser wird gesperrt - - Vorlauftemperatur erreicht + Spannung über eine Batterie
<11 V →
Über ein Ablaßventil wird Wasser aus dem Brauchwasserspeicher abgelassen und in den Abfluß geleitet. Da automatisch kaltes Wasser nachläuft, sinkt die Vorlauftemperatur, wodurch der Motor gestartet wird. Dadurch werden die Batterien geladen, bis die Vorlauftemperatur erreicht ist. Dann schaltet sich ja der Motor nach obiger Schaltung wieder ab, denn die Spannung ist durch das Nachladen <11 V usw. Die Elektroheizung wird im Sommer über den Außentemperaturfühler abgeschaltet.
Der Strombedarf des Haushalts wird zur Steuerung der Elektrodirektheizgeräte
(s. o.) gemessen. Die oben dargestellte
Vierstufenschaltung wird mit Zenerdioden und OP-Verstärkern
realisiert (siehe Zeichnung).
Im Winter ist mit dieser Schaltung die Versorgung mit Strom
und Wärme gedeckt, denn wenn dem Generator 4 kW entnommen
werden, dieser einen Wirkungsgrad von 0,8 hat, dann muß der
Dieselmotor 5 kW mechanische Leistung abgeben. Unterstellt
man ihm einen realistischen Wirkungsgrad von 0,25, dann bedeutet
dies, daß er 13,5 kW Wärme an sein Kühlsystem abgibt
(auch Reibung wird zu Wärme, ca. 10% Abgasverluste).
8 kWh (elektrischer Energiebedarf einer Familie eines Tages)
sind schon nach zwei Stunden Laufzeit in den Batterien
enthalten, so daß, da der Motor ja viel länger läuft, der
Strombedarf auch gut gedeckt sein dürfte.
Während der Heizperiode dürfte dies wohl die wirtschaftlichste,
umweltverträglichste und vernünftigste Methode
sein, sich mit Energie zu versorgen. Etwas schlechter, jedoch
immer noch sehr gut, sieht das im Sommer aus, da hier
wahrscheinlich zusätzlich gekühlt werden muß. Dies wird
durch Ablassen heißen Wassers realisiert (s. o.).
Damit ist auch im Sommer die Versorgung mit warmem Wasser
und elektrischer Energie gesichert. Das Ablassen des heißen
Wassers wird wohl selten vorkommen, da einerseits der
Strombedarf im Sommer viel niedriger ist, und die Batterien
ja auch schon automatisch nach dem Duschen oder gar einem
Vollbad aufgeladen werden.
Die Wirtschaftlichkeit dieser Anlage für den Benutzer rechnet
sich so:
Bei einem Verbrauch des Motors von 2 l/h und einem Heizölpreis
von 50 Pf/l kostet die kWh Strom ca. 25 Pf Endpreis
(ungünstig gerechnet).
Das allein ist noch nicht so berauschend.
Dafür sind Warmwasserbereitung im Sommer wie im Winter kostenlos
und es entstehen bei dieser Rechnung nur sehr geringe
Heizkosten, weil doch die Heizwärme ein Abfallprodukt
der Stromerzeugung ist.
Abschließend bleibt noch zu erwähnen, daß man diese Anlage
unter Verwendung eines Ottomotors auch mit Gas betreiben
könnte, wobei sich die Leistungsbilanz etwas in Richtung
der Wärmeerzeugung verschieben dürfte.
Claims (1)
- Zentralheizung auf der Basis einer Kraft-Wärmekopplung
Meine Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß sie- 1) vollkommen unabhängig von anderen Anlagen (z. B. vorhandene Zentralheizung, elektrischer Hausanschluß durch EVU) arbeitet,
- 2) dem Bedarf des Haushalts an elektrischer Energie und Wärme angepaßt wird,
- 3) die Steuerung sowohl vom Wärmebedarf als auch vom elektrischen Energiebedarf erfolgt,
- 4) die Heizleistung des Motors über die Belastung am Generator gesteuert wird,
- 5) eine kleine Wechselrichtung (ca. 500 VA) dafür sorgt, daß Motor und Generator nur dann anspringen, wenn der Leistungsbedarf diese Marke übersteigt oder der Ladezustand der Batterie ein Nachladen erfordert. Eine solche Wechselrichtung ist erschwinglich und wird aus einer 12-V-Batterie gespeist, die von einer eigenen Lichtmaschine, welche am Motor installiert wird, geladen wird. Dadurch entfällt die teuere Wechselrichtung für die Leistungsspitzen und das Riesenbatteriepaket.
- 6) die Anlage mit einem Kühler mit Ventilator ausgerüstet ist, der über einen Thermostaten nur dann in den Wasserkreislauf einbezogen wird, wenn die Motortemperatur die eingestellte Vorlauftemperatur übersteigt. Dadurch entfällt das Ablassen des warmen Brauchwassers bei hohem Strombedarf während der Zeiten mit geringem Wärmebedarf.
- 7) der gesamte Energiebedarf des Haushalts aus dieser einen Anlage allein gedeckt werden kann.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914102636 DE4102636C2 (de) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Energieversorgungsanlage mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914102636 DE4102636C2 (de) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Energieversorgungsanlage mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4102636A1 true DE4102636A1 (de) | 1991-08-22 |
DE4102636C2 DE4102636C2 (de) | 1994-05-11 |
Family
ID=6423950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914102636 Expired - Fee Related DE4102636C2 (de) | 1991-01-30 | 1991-01-30 | Energieversorgungsanlage mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator |
Country Status (1)
Country | Link |
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