DE4443204C2

DE4443204C2 - Wärmetransportsystem

Info

Publication number: DE4443204C2
Application number: DE4443204A
Authority: DE
Inventors: Georg Alefeld; Felix Ziegler
Original assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 1994-12-05
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 2000-06-08
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: DE4443204A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetransportsystem und insbe sondere ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetransportsy stems sowie eine Wärmeübergabestation für ein solches Wär metransportsystem.

Kraft-Wärme-Kopplung hat sich als Verfahren zur Energieein sparung und zum Umweltschutz hervorragend bewährt. Bei dem Konzept der sogenannten kalten Fernwärme stellt der Betrei ber des Fernwärmenetzes Niedertemperaturfernwärme (Vorlauftemperatur ca. 30°C) als Quelle für den Verdampfer einer bei dem Verbraucher aufgestellten Wärmepumpe zur Ver fügung, die durch elektrischen Strom angetrieben wird (Kompressorwärmepumpe).

Bei dem Konzept der "heißen" Fernwärme wird Wärme auf einem Temperaturniveau von beispielsweise 120°C zu den einzelnen Verbrauchern transportiert und mittels Wärmetauscherein richtungen bzw. Wärmeübergabestationen zu Heizzwecken ge nutzt. Zur Klimatisierung ist es auch bekannt, mit dem Vor lauf eine Absorptionswärmepumpe anzutreiben, die dann im Verdampfer Nutzkälte bereitstellt.

Einer weiteren Verbreitung stehen jedoch die Kosten für die Verteilungsnetze entgegen. Bei Neuverlegung oder zur Kapa zitätserweiterung rechnet man mit Investitionskosten von ca. DM 500,- pro Kilowatt Heizwärme. Die Wärmetransportka pazität eines Fern- bzw. Nahwärmenetzes hängt vom Durchfluß und der Differenz der Temperaturen im Vorlauf von der Wär mequelle (beispielsweise einem Kraftwerk) zu den Wärmeüber gabestation bzw. den nachgeschalteten Verbrauchern und dem Rücklauf von dem Wärmeübergabestationen zu der Wärmequelle ab. Ein höherer Durchfluß erfordert mehr Pumpstrom für die Umwälzung des Wärmeträgers in dem Fern- bzw. Nahwärmenetz, während höhere Vorlauftemperaturen größere Stromeinbußen und höhere Investitionskosten erforderlich machen. Die Rücklauftemperatur ist häufig durch die Verbraucher vorge geben. Soll beim Verbraucher beispielsweise die Gebäudehei zung erfolgen, so ist die Rücklauftemperatur durch die Aus legung der Heizung (Radiatorheizung, Fußbodenheizung etc.) und die Grädigkeit der Wärmetauscher in der bzw. den Wärme übergabestationen bestimmt. Diese Betriebsparameter können teilweise entlang des Netzes variieren.

Aus der DD 01 53 726 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Rücklaufauskühlung in Fernwärmeversorgungssystemen be kannt. Hierbei wird mit dem Vorlauf des Fernwärmenetzes ei ne zweistufige Absorptionswärmepumpe angetrieben und der so abgekühlte Vorlauf wird dem Verbraucher zugeführt. Der Rücklauf vom Verbraucher wird zum Teil in den beiden Absorber/Kondensator-Baueinheiten wieder auf Verbrauchervorlauftemperatur aufgeheizt und der andere Teil des Rücklaufs vom Verbraucher wird im Verdampfer weiter ab gekühlt und dem Rücklauf des Fernwärmenetzes zugeführt.

Aus der DE 30 08 948 A1 ist ein Verfahren zur Versorgung von Wärmeverbrauchern mit Wärme aus Fernwärmenetzen unter Einsatz einer einstufigen Sorptionswärmepumpe bekannt. Hierbei wird ebenfalls mit dem Vorlauf des Fernwärmenetzes zunächst die Sorptionswärmepumpe angetrieben bevor der Vorlauf dem Verbraucher zugeführt wird. Der Rücklauf vom Verbraucher wird in zwei Teilströme aufgespalten und ein Teilstrom wird im Verdampfer weiter abgekühlt, bevor er dem Rücklauf des Fernwärmenetzes zugeführt wird. Der andere Teilstrom wird im Absorber/Kondensator aufgeheizt und wie der dem Vorlauf zum Verbraucher zugemischt.

Aus der DE 31 41 538 A1 ist ebenfalls ein Verfahren und eine Anordnung bekannt, um Wärme mittels einer ein- oder mehr stufigen Absorptionswärmepumpe von einem ersten Wärmeträgerkreislauf auf einen zweiten Wärmeträgerkreislauf zu übertragen. Der Vorlauf des ersten Wärmeträgerkreislaufs wird durch den Generator der Absorptionswärmepumpe geführt, durchläuft einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher und schließlich den Verdampfer der Absorptionswärmepumpe und zurück in den Rücklauf des ersten Wärmeträgerkreislaufs. Der Rücklauf des zweiten Wärmeträgerkreislaufs wird mittels eines ersten Dreiwegeventils in zwei Teilströme aufgespal ten. Der erste Teilstrom wird im Absorber erwärmt und an schließend im ersten Wärmetauscher erhitzt. Der zweite Teilstrom wird mittels einem zweiten Dreiwegeventil noch mals aufgespalten. Ein Teilstrom wird über den Kondensator vorgewärmt und dem ersten Teilstrom aus dem Absorber vor dessen Eintritt in den ersten Wärmetauscher zugemischt. Der andere Teilstrom wird im zweiten Wärmetauscher erwärmt und dem Vorlauf des zweiten Wärmeträgerkreislaufs nach dem er sten Wärmetauscher zugemischt.

Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Absorptionswärmepumpe bzw. die Wärmetauscher auf ganz bestimmte Vorlauftemperaturen und Rücklauftemperaturen auf der Verbraucherseite hin aus gelegt werden müssen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird zwar ein zusätzlicher Freiheitsgrad hinzugewonnen, je doch wird dies durch eine vergleichsweise komplexe Schaltung mit zwei Dreiwegeventilen und eine wärmetechnisch ungünstige Verbindung der beiden Wärmetauscher und der Absorptionswärmepumpe erreicht.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9 anzugeben, das bzw. die hinsichtlich der erzielbaren Vorlauftemperaturen auf der Verbrauchserseite flexibler ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw 9.

Durch die Aufspaltung des Rücklaufs 26 vom Verbraucher mit tels eines einzigen Dreiwegeventils läßt sich auf einfache Weise eine höhere Vorlauftemperatur zum Verbraucher errei chen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt der Wärmeträger im Vorlauf gasförmig, z. B. als Wasserdampf vor, der im Generator bzw. Austreiber der Absorptionswärme pumpe kondensiert und dabei latente Wärme abgibt.

Typische, spezifische Kosten für größere Absorberanlagen liegen bei DM 200,- bis DM 300,- pro Kilowatt Verdampfer leistung, so daß die Kapazitätserhöhung durch die erfin dungsgemäße Wärmeübergabestation durchaus mit der Verlegung neuer Leitungskapazitäten konkurrieren kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durchläuft der heiße Vorlauf zunächst den Generator der Ab sorberwärmerpumpe, wird abgekühlt, dann die Primärseite der Wärmetauschereinrichtung, wird weiter abgekühlt, und schließlich den Verdampfer der Absorptionswärmepumpe, in dem er auf die Rücklauftemperatur abgekühlt und dem Rück lauf wieder zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird zwar keine zusätzliche Wärmeleistung aus der Umgebung auf genommen, jedoch steht Nutzwärme auf unterschiedlichen Tem peraturniveaus (Sekundärseite der Wärmetauschereinrichtung z. B. für die Radiatorheizung; Absorberwärme für die Fußbo denheizung) zur Verfügung. Damit wird die Wärme jeweils auf dem Temperaturniveau bereitgestellt, auf dem sie auch benö tigt wird. Selbst wenn die Rücklauftemperatur des betrach teten Hausheizungsnetzes (Verbraucher) höher liegt als die Rücklauftemperatur des Fernwärmenetzes kann durch die Er findung der Wärmeträger des Fernwärmenetzes, mindestens bis auf seine Rücklauftemperatur abgekühlt werden und damit die Kapazität des Gesamtnetzes erhöht werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung wird die Wärmeübergabestation so betrieben bzw. ausge legt, daß die Rücklauftemperatur unter die übliche Rück lauftemperatur abgekühlt wird. Damit wird die Wärmetrans portkapazität erhöht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung kann die Absorptionswärmepumpe von Heizung auf Klima tisierung umgeschaltet werden. Die notwendige Änderung der Konzentrationen wird in vorteilhafter Weise dadurch er leichtert, daß eine Komponente des Arbeitsstoffpaares (Wasser bei Wasser/LiBr) im Sumpf des Verdampfers abgespei chert wird. Durch diese Doppelnutzung - Heizbetrieb im Win ter, Klimatisierung im Sommer - erhöht sich in vorteilhaf ter Weise die Jahresnutzungsdauer einer erfindungsgemäßen Wärmeübergabestation.

Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend erläuterten Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Schaltung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 2 eine zweite Schaltung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 3 eine dritte Schaltung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 4 eine vierte Schaltung zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 5 eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 eine beispielhafte Ausführungsform einer mehrstufi gen Absorptionswärmepumpe, wie sie bei der vorlie genden Erfindung verwendet wird.

Die nachfolgend beschriebenen Schaltungen gemäß den Fig. 1 bis 4 sind vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht umfaßt und dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und insbesondere der verschiedenen Varianten zur Einkopplung der Niedertemperaturwärme in den Verdampfer der Absorptionswärmepume.

Fig. 1 zeigt eine erste Wärmepumpenschaltung mit einem Vorlauf 2, einem Rücklauf 4, einer Wärmetauschereinrichtung 6 und einer Absorptionswärmepumpe 8. Die Absorpti onswärmepumpe 8 weist mindestens einen Verdampfer V, minde stens einen Absorber A, mindestens einen Generator G sowie mindestens einen Kondensator C auf. Der Kondensator C und der Absorber A sind in den beispielhaften Ausführungsformen als ein Bauteil Absorber/Kondensator A/C ausgeführt und dargestellt. Der Wärmetauscher 6 weist eine Primärseite 6a und eine Sekundärseite 6b auf. Über eine Leitung 10 wird ein Teil des heißen Wärmeträgers aus dem Vorlauf 2 abge zweigt und dem Generator G der Absorptionswärmepumpe 8 zu geführt. Der abgekühlte Wärmeträger wird anschließend über eine Leitung 11 der Primärseite 6a der Wärmetauscherein richtung 6 zugeführt. In der Wärmetauschereinrichtung 6 wird der Wärmeträger auf die Rücklauftemperatur des Rück laufs 4 abgekühlt und über eine Leitung 12 dem Rücklauf 4 zugeführt.

Bei dieser Schaltung nimmt die Absorptionswärmepumpe 8 über den Verdampfer V die Wärme Q₀ aus der Umgebung auf. Aus dem Absorber/Kondensator A/C kann Nutzwärme Q₁ auf einem Tempe raturniveau abgenommen werden, das beispielsweise für eine Niedertemperaturheizung bzw. eine Fußbodenheizung geeignet ist. Aus der Sekundärseite 6B der Wärmetauschereinrichtung 6 kann die Nutzwärme Q₁' auf einem Temperaturniveau abge nommen werden, das über dem Temperaturniveau der Nutzwärme Q₁ liegt. Mit der Nutzwärme Q₁' kann beispielsweise eine Radiatorheizung betrieben werden.

Bei einer Vorlauftemperatur von 100°C würde das Wärmeträ germittel beispielsweise mit einer Temperatur von 85°C aus dem Generator G austreten und in der Wärmetauschereinrich tung 6 auf die Rücklauftemperatur von 60°C abgekühlt wer den. Die aus der Sekundärseite 6b der Wärmetauschereinrich tung 6 abgenommene Wärme Q₁' wird mit einer Vorlauftempera tur von 75°C bereitgestellt, wobei die Rücklauftemperatur ca. 50°C betragen würde. Die im Absorber/Kondensator A/C bereitgestellte Nutzwärme Q₁ würde mit einer Vorlauftempe ratur von 40°C bereitgestellt werden. Diese Temperaturanga ben sind natürlich nur beispielhaft zu verstehen.

Die Wärmepumpenschaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Leitung 12 den Ausgang der Primärseite 6a der Wärmetauschereinrichtung 6 nicht mit dem Rücklauf 4, son dern mit dem Eingang des Verdampfers V verbindet. Das Wärmeträgermedium wird daher im Verdampfer V auf eine noch tiefere Temperatur abgekühlt und wird erst dann über die Leitung 13 dem Rücklauf 4 zugeführt.

Durch die tiefere Rücklauftemperatur erhöht sich die Tempe raturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf von der Wärme quelle und damit die Wärmetransportkapazität. Q₁ und Q₁' können hierbei auf vergleichbarem Temperaturniveau liegen. Ein weiterer Vorteil der zweiten Ausführungsform besteht darin, daß im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 höhere Rücklauftemperaturen auf der Verbraucherseite mög lich sind.

Eine beispielhafte Auslegung der Schaltung nach Fig. 2 ist aus der folgenden Aufstellung zu ersehen:

Vorlauftemperatur Fernwärme: 120°C (105°C)
Rücklauftemperatur Fernwärme: 60°C

Vorlauftemperatur der Hausheizung: 70°C (65°C)
Rücklauftemperatur der Hausheizung: 50°C

Einstufige Absorntionswärmepumpe mit Wasser/LiBr als Ar beitsstoffpaar

Unteres Druckniveau: p₁

= 10 kPa
Oberes Druckniveau: p₂

= 26 kPa
Konzentration der armen Lösung: ζ₁

= 52%
Konzentration der reichen Lösung: ζ₂

= 54%
T_Generator

(max.): ca. 100°C (86°C)
T_Kondensator

: 65°C (63°C)
T_Absorber

(min.): ca. 75°C (69°C)
T_Verdampfer

: ca. 45°C (49°C)

Abkühlung des Wärmeträgers

von 120°C auf 105°C im Generator der Absorptionswärmepumpe (von 105°C auf 95°C)
von 105°C auf 60°C in der Wärmetauschereinrichtung (von 95°C auf 60°C)
von 60°C auf 50°C im Verdampfer der Absorptionswärmepumpe (von 60°C auf 53°C)

Die Vorlauf- bzw. Rücklauftemperatur auf der Verbraucher seite beträgt sowohl auf der Sekundärseite des Wärme tauschers als auch am Absorber der Absorptionswärmepumpe 70°C bzw. 50°C (65°C bzw. 50°C).

Die Ausdrücke in Klammern zeigen Temperaturwerte für eine alternative Auslegung der Anlage gemäß Fig. 2. Sind keine Angaben in Klammern gemacht, bleiben die jeweiligen Parame ter unverändert.

Die in Fig. 3 dargestellte dritte Wärmepumpenschaltung stimmt hinsichtlich des Antriebs der Absorptionswärmepumpe 8 und der Schaltung von Generator G und Wärme tauschereinrichtung 6 mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 überein. Der Unterschied der dritten Schaltung gegenüber der ersten Schaltung besteht darin, daß die durch den Verdampfer V aufgenommene Wärme Q₀ unmittelbar aus dem Rücklauf 4 entnommen wird. Hierzu wird über eine Leitung 14 ein Teil des Wärmeträgermittels aus dem Rücklauf 4 zu dem Verdampfer V geführt, dort abgekühlt und über eine Leitung 15 wieder in den Rücklauf 4 zurückgeführt.

Beispielhafte Auslegungsdaten für die dritte Schaltung er geben sich aus der nachfolgenden Aufstellung:

Vorlauf Fernwärme: 120°C (105°C)
Rücklauf Fernwärme: 60°C

Vorlauf Hausheizung: 70°C
Rücklauf Hausheizung: 50°C

Absorptionswärmepumpe (einstufig, Wasser/LiBr)

Unteres Druckniveau: P₁

= 15 kPa
Oberes Druckniveau: P₂

= 26 kPa
Konzentration der armen Lösung: ζ₁

= 46%
Konzentration der reichen Lösung: ζ₂

= 48%
T_Generator

(max.): ca. 90°C
T_Kondensator

: 65°C
T_Absorber

(min.): ca. 75°C
T_Verdampfer

: ca. 55°C

Fernwärmevorlauf

erste Abkühlung von 120°C auf 95°C (105°C auf 95°C) in der Absorptionswärmepumpe;
zweite Abkühlung von 95°C bis 60°C (95°C auf 60°C) im Wär metauscher.

Die abweichenden Ausdrücke in den Klammern dahinter geben wieder eine alternative Auslegungsvariante an. Sind keine Angaben in Klammern gemacht, bleiben die jeweiligen Parame ter unverändert.

Fig. 4 zeigt eine vierte Wärmepumpenschaltung, die sich von der Schaltung gemäß Fig. 2 nur dadurch unterscheidet, daß zusätzlich in den Verdampfer V unmittelbar aus dem Rücklauf 4 entnommene Wärme eingekoppelt wird. Hierzu wird wie bei der Schaltung gemäß Fig. 3 über eine Leitung 14 unmittelbar aus dem Rücklauf 4 Wärmeträgermittel dem Verdampfer V zuge führt, dort abgekühlt und über eine Leitung 15, die in eine Leitung 16 mündet, wieder dem Rücklauf 4 zurückgeführt. Das Wärmeträgermittel aus dem Vorlauf 2 wird nach dem Durchlaufen des Verdampfers V durch die Leitung 13 eben falls über die Leitung 16 in den Rücklauf 4 geführt. Die Schaltung gemäß Fig. 4 stellt somit eine Kombination der Schaltungen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 dar.

In Fig. 5 ist eine beispielhafte Ausführungsform der vor liegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform un terscheidet sich von der Schaltung gemäß Fig. 3 dadurch, daß die dem Generator G der Absorptionswärmepumpe 8 nachge schaltete Wärmetauschereinrichtung 6 zwei Wärmetauscher 20 und 22 umfaßt. Über die Leitung 11 ist der Generator G aus gangsseitig mit der Primärseite des ersten Wärmetauschers 20 verbunden. Der erste Wärmetauscher 20 ist über eine Leitung 24 ausgangsseitig mit der Primärseite 22a des zwei ten Wärmetauschers 22 verbunden. Ausgangsseitig ist die Primärseite 22a des Wärmetauschers 22 über die Leitung 12 mit dem Rücklauf 4 verbunden.

Ein Rücklauf 26, beispielsweise von der Hausheizung, wird über ein Ventil 28 in zwei Teilströme aufgespalten. Der ei ne Teilstrom wird über eine Leitung 30 dem Absor ber/Kondensator A/C der Absorptionswärmepumpe 8 zugeführt. Das aus dem Absorber/Kondensator A/C austretende Wärmeträ germittel wird über eine Leitung 32 in eine Leitung 34 ein gespeist. Die Leitung 34 verbindet die beiden Sekundärsei ten 22b und 20b des zweiten und ersten Wärmetauschers 22 bzw. 20. Aus der Sekundärseite 20b des ersten Wärme tauschers wird über eine Leitung 36 der Vorlauf zum Ver braucher, z. B. der Hausheizung abgeführt. Der durch das Ventil 28 aufgespaltene Wärmeträgermittelstrom wird über eine Leitung 38 dem Eingang der Sekundärseite 22b des zwei ten Wärmetauschers 22 zugeführt.

Durch die Aufspaltung der Wärmetauscheinrichtung 6 in zwei Wärmetauscher 20 und 22 kann die Vorlauftemperatur (Leitung 36) für den Verbraucher über das Nutzwärmetemperaturniveau der Absorptionswärmepumpe 8 angehoben werden. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für Ver braucher geeignet, die eine höhere Vorlauftemperatur benö tigen. Das aus dem Vorlauf 2 entnommene heiße Wärmerträger mittel wird dabei in drei Stufen, zuerst im Generator G, dann in dem ersten Wärmetauscher 20 und schließlich im zweiten Wärmetauscher 22 auf die Rücklauftemperatur abge kühlt. Auf der Nutzer- bzw. Verbraucherseite wird der Rück lauf vom Verbraucher, beispielsweise von der Hausheizung, zunächst im Absorber vorerhitzt und schließlich im ersten Wärmetauscher 20 auf die endgültige Vorlauftemperatur wei ter erhitzt. Der Volumenstrom wird durch das Ventil 28 so auf die Leitungen 30 und 38 aufgeteilt, daß beim Zusammen fluß der Leitungen 34 und 32 in etwa die gleiche Temperatur vorherrscht.

Alternativ läßt sich der erste Wärmetauscher 20 auch so schalten, daß er nur den Wärmeträgermittelstrom aus dem Ab sorber/Kondensator A/C zusätzlich aufwärmt.

Die mit der Aufspaltung der Wärmetauschereinrichtung 6 her beigeführte Anhebung des Vorlaufs der Hausheizung kann na türlich auch bei den Schaltungen gemäß den Fig. 4, 2 und 1 angewandt werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wurde eine einstufige Absorptionswärmepumpen verwendet. Es kön nen jedoch auch mehrstufige Absorptionswärmepumpen verwen det werden. In Fig. 6 ist in einem P-T-Diagramm schematisch ein zweistufiger Wärmepumpenprozeß eingezeichnet, wie er beispielsweise als Absorptionswärme 8 in der 8 in der Wärmepumpen schaltung gemäß Fig. 2 verwendet werden kann.

Die Auslegungsdaten bei Verwendung einer solchen zweistufi gen Absorptionspumpe wie sie schematisch in Fig. 6 darge stellt ist, ergeben sich aus der nachfolgenden Aufstellung:

Vorlauftemperatur Fernwärme: 120%
Rücklauftemperatur Fernwärme: 60%

Heizungsvorlauf: 70%
Heizungsrücklauf: 50%

Druckniveau: P₁ 29 kPa
Druckniveau: P₂ 12 kPa
Druckniveau: P₃ 7 kPa

Temperatur im Generator G1 (max.): 100%
Temperatur im Generator G2: 78%
Temperatur im Generator G3: 78°C
Temperatur im Kondensator C: 69%
Temperatur im Verdampfer V: 39%
Temperatur im Absorber A1 (min.): 73%
Temperatur im Absorber A2 (min.): 63°C

Hierbei wird der heiße Vorlauf im Generator G1 zunächst von 120°C auf 105°C, dann im Generator G2 von 105°C auf 95°C, im Generator G3 von 95°C auf 85°C, in der Wärmetauscherein richtung 6 von 85°C auf 60°C und schließlich im Verdampfer von 60°C auf 45°C abgekühlt. Vor- und Rücklauf sowohl aus dem Wärmetauscher als auch aus der Absorptionswärmepumpe betragen 50°C bzw. 70°C.

Die bei den vorstehend erläuterten Schaltungen und bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel genannten Lösungskonzentrationen gelten für die Anwendung im Heizbetrieb. Die erfindungsgemäße Wärmeübergabestation läßt sich in vorteilhafter Weise von Heizbetrieb im Winter auf Klimaanlage im Sommer umschalten. Für den Betrieb als Klimaanlage liegt der Verdampfer V beispielsweise bei 4°C, die bzw. der Absorber im Bereich zwischen 35°C und 40°C (intern) und der Kondensator bei Temperaturen über 35°C. Bei einstufigen Absorptionswärmepumpen liegen der oder die Austreiber bzw. Generatoren um oder über 80°C. Die Konzen tration im Lösungsmittelkreislauf ist im allgemeinen im Kühlbetrieb verschieden von der im Heizbetrieb. Um diese Konzentrationsunterschiede anzupassen, wird Arbeitsfluid, z. B. Wasser, in einem ersten Behälter und/oder Absorpti onsmittel, z. B. wässerige LiBr-Lösung in einem zweiten Be hälter abgespeichert. Diese Behälter können vorteilhafter Weise der Sumpf des Verdampfers bzw. des Absorbers sein.

Die Wirtschaftlichkeit der Erfindung läßt sich folgenderma ßen abschätzen: Fernwärme wird beim Kunden zu ca. 80 DM/Gcal ≈ 8 Pfennig/kWh_th abgerechnet. Mit 2000 Vollbe triebsstunden der Absorptionswärmepumpe werden pro kW Ver dampferleistung, also für ca. 300 DM/kW Investition, 2000 kWh_th Wärme pro Jahr zusätzlich verkauft. Der Erlös beträgt also 160 DM pro kW Investition. Davon sind etwa 0,5 bis 1,0 Pfennig pro kWh_th für die am Heizkraftwerk zusätzlich er forderliche Energie (der Rücklauf kommt etwas kälter zu rück) abzuziehen. Insgesamt ergeben sich somit ca. 2 Jahre Rückzahlzeit. Die Wirtschaftlichkeit verbessert sich noch, wenn die Wärmeübergabestation zweitweise als Kälteübergabe station betrieben wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei den Schaltungen nach den Fig. 2, 3, 4 oder 5 der Rücklauf des Fernwärmenetzes unter die Kondensationstemperatur des Entnahmekraftwerkes, der Wärmequelle, abgekühlt wird. Damit steht ein Teil der genutzten Wärme ohne Stromeinbuße zur Verfügung.

Besonders vorteilhaft läßt sich die vorliegende Erfindung mit nuklearen Heizwerken als Wärmequelle des Fernwärmenet zes kombinieren. Setzt man für die nuklear erzeugte Wärme 1500 DM/kW, für die Installation des Fernwärmenetzes 500-1000 DM/kW (gesamt 2000-3000 DM/kW) und für eine große Absorptionswärmepumpe 300 DM/kW an, so würde durch die An wendung der Schaltung nach Fig. 1 die gesamte Wärmeleistung zwischen 30% (einstufige Absorptionswärmepumpe bzw. Single- Effekt-AWP) und 100% (mehrstufige Absorptionswärmepumpe, Double-Effekt-AWP) vergrößert. Damit ergeben sich geringere Gesamtinvestitionen pro kW Nutzwärmeleistung, weniger Standorte pro kW Wärmeleistung und weniger Abbrand pro kWh Wärme.

Als Absorptionswärmepumpe für die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere die aus dem EP 0061721 B1 (Patentinhaber Prof. Dr. G. Alefeld) bekannte Ab sorptionswärmepumpe. Bei einem Heißwasserfernwärmenetz mit 180°C Vorlauf und einem Rücklauf bei 60°C ergibt sich mit einer Double-Effekt-Double-Lift-Schaltung in der Double-Ef fekt-Mode gemäß dem EP 0061721 B1 eine Abkühlung des An triebswärmeträgers bzw. Antriebswärmeträgermittels von 180°C auf 145°C im ersten Generator, von 145°C auf 90°C im zweiten Generator und von 90°C auf 60°C im Wärmetauscher 6. Alternativ erfolgt bei einem gas- bzw. dampfförmigen Wärme träger in Vorlauf die Kondensation im ersten Generator mit nachfolgender Abkühlung des Kondensats im zweiten Generator und/oder im nachgeschalteten Wärmetauscher 6 auf die Rück lauftemperatur des Kondensats. Auf das Patent EP 0061721 B1 wird daher vollinhaltlich bezug genommen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetransportsystems
das Wärme mittels einem ersten Wärmeträgerkreislauf, bestehend aus einer Wärmequelle, einem Vorlauf (2) mit dem Wärmeträger auf Vorlauftemperaturniveau, einer Wärmeübergabevorrichtung und einem Rücklauf (4) mit dem Wärmeträger auf Rücklauftemperaturniveau, von der Wärmequelle zu der Wärmeübergabevorrichtung transportiert,
wobei die Wärmeübergabevorrichtung eine Wärmetauschereinrichtung (6) mit einem ersten und einem zweiten Wärmetauscher (20, 22) und einer Absorptionswärmepumpe (8) mit Generator (G), Verdampfer (V) und Absorber/Kondensator (A/C) umfaßt,
und das Wärme mittels einem zweiten Wärmeträgerkreislauf, bestehend aus dem Absorber/Kondensator (A/C), dem ersten und zweiten Wärmetauscher (20, 22), einer Vorlaufleitung (36), einem Verbraucher und einer Rücklaufleitung (26), von der Wärmeübergabevorrichtung zu dem Verbraucher transportiert,
wobei der Wärmeträger im Vorlauf (2) zunächst dem Generator (G) der Absorptionswärmepumpe (8) und anschließend der Primärseite (20a, 22a) des ersten und zweiten Wärmetauschers (20, 22) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rücklauf (26) des zweiten Wärmeträgerkreislaufs in zwei Teilströme (30, 38) aufgespalten wird und der erste Teilstrom (30) im Absorber/Kondensator (A/C) und anschließend im ersten Wärmetauscher (20) erwärmt wird, und der zweite Teilstrom (38) zuerst im zweiten Wärmetauscher (22) und dann zusammen mit dem ersten Teilstrom im ersten Wärmetauscher (20) erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des abgezweigten Teilstroms so gewählt wird, daß die Temperatur des Teilstroms beim Zusammentreffen mit dem restlichen Massenstrom vor dem Eintritt in die Sekundärseite (20b) des ersten Wärmetauschers (20) gleich der Temperatur des restlichen Massenstroms ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Wärmeträger im Vorlauf (2) gasförmig, ins besondere Wasserdampf, und im Rücklauf flüssig, insbe sondere Wasser, ist und daß der gasförmige Wärmeträger im Austreiber bzw. Generator (G) der Absorptionswärme pumpe (8) kondensiert.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger nach Abkühlung in der Wärmetauschereinrichtung (6) als Wärmequelle im Verdampfer (V) der Absorptionswärmepumpe (8) dient und weiter abgekühlt wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger im ersten Wärmeträgerkreislauf auf dem Rücklauftemperaturniveau als Wärmequelle für den Verdampfer (V) der Absorptionswärmepumpe (8) dient.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger im Rücklauf durch Verwendung der Absorptionswärmepumpe (8) auf ein Rücklauftemperaturniveau abgekühlt wird, das unter dem Rücklauftemperaturniveau ohne Verwendung der Absorptionswärmepumpe liegt.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein nukleares Heizwerk umfaßt.

8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle ein Müllheizwerk umfaßt.

9. Wärmeübergabevorrichtung für eine Wärmetransportsystem, das Wärme mittels einem ersten Wärmeträgerkreislauf, bestehend aus einer Wärmequelle, einem Vorlauf (2), der Wärmeübergabeinrichtung und einem Rücklauf (4), von der Wärmequelle zu der Wärmeübergabeeinrichtung transportiert und das mittels einem zweiten Wärmeträgerkreislauf Wärme von der Wärmeübergabevorrichtung zu dem Verbraucher transportiert,
mit einer Absorptionswärmepumpe (8), die wenigstens einen Verdampfer (V), wenigstens einen Absorber (A), wenigstens einen Generator (G) und wenigstens einen Kondensator (C) aufweist, und
mit einer Wärmetauschereinrichtung (6), die eine Primärseite (20a, 22a) und eine Sekundärseite (20b, 22b) und einen ersten (20) und einen zweiten (22) Wärmetauscher aufweist, die hintereinander geschaltet sind,
wobei durch den ersten Wärmeträgerkreislauf der Vorlauf (2) mit dem wenigstens einen Generator (G), der Generator (G) mit der Primärseite (20a, 22a) der Wärmetauschereinrichtung (6) und die Primärseite der Wärmetauschereinrichtung (6) mit dem Rücklauf (4) gekoppelt ist, und
wobei durch den zweiten Wärmeträgerkreislauf die Sekundärseite (20b, 22b) der zwei Wärmetauscher (20, 22) und der Absorber/Kondensator (A/C) thermisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Wärmeträgerkreislauf eine Rücklaufleitung (26, 30) von dem Verbraucher mit dem Absorber/Kondensator (A/C), den Absorber/Kondensator (A/C) über eine Leitung (32, 34) mit dem Eingang der Sekundärseite (20b) des ersten Wärmetauschers (20) und die Sekundärseite (20b) des ersten Wärmetauschers (20) ausgangsseitig mit einer Vorlaufleitung (36) zum Verbraucher koppelt,
daß von der Rücklaufleitung (26) vom Verbraucher eine Leitung (38) durch die Sekundärseite (22b) des zweiten Wärmetauschers (22) führt, und
daß die Sekundärseite (22b) des zweiten Wärmetauschers (22) ausgangsseitig über die Leitung (34) mit dem Eingang der Sekundärseite (20b) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenströme in der Leitung (38) zur Sekundärseite (22b) des zweiten Wärmetauschers (22) und in der Leitung (30) zum Absorber/Kondensator (A/C) duch ein Dreiwegeventil (28) einstellbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Verdampfer (V) der Absorptionswärmepumpe (8) zwischen der Primärseite (6a) der Wärmetauschereinrichtung (6) und dem Rücklauf (4) geschaltet ist. (Fig. 2)

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß über einen dritten Wärmeträgerkreislauf der Rücklauf (4) des ersten Wärmeträgerkreislaufs und der Verdampfer (V) gekoppelt sind.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionswärme pumpe (8) mit einem flüssigen Arbeitsstoffpaar arbei tet, und daß die Absorptionswärmepumpe durch Abspei chern einer Komponente des Arbeitstoffpaares im Sumpf des Verdampfers (V) und/oder der anderen Komponente im Sumpf des Absorbers zwischen Heizungsbetrieb und Klima tisierungsbetrieb umschaltbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionswärmepumpe (8) mit dem Arbeitstoff paar Wasser/Lithiumbromid arbeitet, und daß die Um schaltung zwischen Heizungsbetrieb und Klimatisierungs betrieb durch Abspeichern von Wasser im Sumpf des Ver dampfers (V) und/oder von LiBr-Lösung im Sumpf des Ab sorbers (A) erfolgt.