AT500012A1

AT500012A1 - Verfahren zur energiegewinnung bzw. abwärmevernichtung durch verwendung von thermischen absorbern in kombination mit wärmepumpen/klima-/kälteaggregat

Info

Publication number: AT500012A1
Application number: AT0024603A
Authority: AT
Original assignee: Kirnich Walter Dr
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2005-10-15
Also published as: AT500012B8; AT500012B1

Description

» ·· · ♦ · ·«·· · ···· f « · ♦ • · ·* · * · « · ····

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung bzw. Abwärmevernichtung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-5 /Kälteaggregat. Wärmepumpen kommen in Kombination mit verschiedensten Basisniedertemperaturquellen zum Einsatz (Cirundw'asser, Luft, Abluft, etc). All diesen Basisenergien gemein ist. dass sie ein wenig schwankendes Temperaturniveau haben. Dies ist für die Auslegung der 10 Wärmepumpe und für die technische Machbarkeit wichtig. Eingangstemperaturen, die zu weit vom Auslegungswert des Kältemittels abw'eichen, führen zu zu hohem Druck im System und beschädigen langfristig den Kompressor , bzw. führen über Sicherheitsschaltungen zum Abschalten der Wärmepumpe. 15 Wärmepumpen sind gleichzeitig vom Prinzip auch Klima-/Kälteaggregate und werden auch für beide Zwecke (Wärmeerzeugung - Komprimieren und Kälteerzeugung - Kondensieren) einsgesetzt. Wärme ist das Nebenprodukt der Klimatisierung /Kälteproduktion (Temperaturreduktion), Kälte (Abkühlung) das Nebenprodukt der Wärmeerzeugung (Temperaturerhöhung). 20

Thermische Absorber sind freiliegende, nicht luftdicht abgedeckte Schlauchsysteme, in denen Flüssigkeit umläuft und Sonnenenergie einerseits und Umgebungsenergie andererseits aufgenommen wird. 25 Zielsetzung der Erfindung ist die optimale Kombination von thermischen Absorbern und Wärmepumpen/Klima- und Kälteaggregate insbesondere die Temperaturerhöhung der durch thermische Absorber gewonnenen Niedertemperaturwärme auf Nutztemperaturniveau mittels Wärmepumpen; weiters die Umschaltung (und Kombination) des thermischen Absorberkreislaufes (von Absorberkreisläuferi) von Direktwärmenutzung auf (und) 30 Temperaturerhöhung durch Wärmepumpen in Abhängigkeit vom Bedarf der

Nutzvvärmetemperatur bzw. der durch den thermischen Absorberkreislauf produzierbaren Wärmemenge und Temperaturhöhe; sowie die Nutzung des thermischen Absorbersystems ganz oder teilweise zur Abgabe der Abwärme der Klima-ZKälteaggregate.

Seite I t · · · ·· ···» ι t · · · · » · ·

·· ·· · · · · · MM

Fig. A stellt eine Kombination von thermischen Absorbersystemen und Wärmepumpen/ Klima- /Kälteaggregaten dar.

Mit 1 ist das thermische Absorbersystem gekennzeichnet, das durch Absorption die Wärmeenergie von der Sonne und Umgebung aufnimmt, bzw. wenn die Innentemperatur im Strömungskreislauf höher wie die Umgebungstemperatur ist, auch an die Umgebung abgibt.

Der thermische Absorber kann als Einkreissystem oder - wie in Fig. A dargestellten Fall -als Zweikreissystem ausgeführt sein. Mit 2 ist der Kreislauf, den das im thermischen Absorber erwärmte Flüssigkeitsmedium direkt zum „Abnehmer“ nimmt (im gegenständlichen Fall zum Schwimmbecken), gekennzeichnet. Mit 3 ist der Kreislauf gekennzeichnet, wenn das Flüssigkeitsmedium den Weg der Temperaturerhöhung über die Wärmepumpe nimmt. Mit 4 ist die Abgabe der erhöhten Temperatur an die gleiche Abnahmestelle, die auch direkt vom thermischen Absorber beliefert werden kann, gekennzeichnet (Schwimmbecken). Mit 5 ist die Abgabe der erhöhten Temperatur an eine dritte, nur via Wärmepumpe belieferte Abgabestelle gekennzeichnet. Mit 6 (gefüllte Fläche) ist die Abführung der Abwärme der Wärmepumpe, wenn sie im Kältebetrieb arbeitet, gekennzeichnet. Mit 7 ist die Temperaturreduktion des Kühlmittels in der Wärmepumpe mittels Bypass dargestellt, wobei auf der Verdampferausgangsseite gekühltes Kühlmittel entnommen wird und zur Verdichtungsseite geführt wird und somit die Temperatur des Kühlmittels vor Eintritt in den Verdichtungsprozeß in den optimalen Zustand (höchstmögliche Ausgangstemperatur für möglichst geringen Energieeinsatz beim Verdichtungsprozeß versetzt wird, jedoch ein Überschreiten der kritischen Temperatur des Kühlmittels unterbunden wird. *

Seite 2

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen//Klima-/Kälteaggregaten dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Temperatur des Kältemittels für den Fall, dass Wärme mit einem zu hohen Temperaturniveau aus dem(n) thermischen Absorber(n) angeliefert wird, durch Entnahme von Kühlmittel auf der Verdampferausgangsseite und Wiederzu Führung auf der Verdichtungsseite vor dem Verdichtungsprozeß (Bypassregelung) erfolgt. 2) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Regelung und Optimierung dieses Entnahme- und Wiederzuführungsprozeßes von Kühlmittel eingangstemperaturabhängig erfolgt, sodass ein möglichst energetisch optimaler und für das Wärmepumpenssystem unkritischer Temperaturbereich eingehalten wird. 3) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Temperatur des Kältemittels für den Fall, dass Wärme mit einem zu hohen Temperaturniveau aus dem(n) thermischen Absorber(n) angeliefert werden würde durch Erhöhung der Umlaufpumpengeschwindigkeit und damit Reduktion der Kontaktzeit mit der Sonne / Umgebung und damit weiters Reduktion der erreichten Temperatur im (in den) thermischen Absorber(n) erfolgt. 4) Verfahren zur Energiegew'innung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet. dass die elektronische Regelung und Optimierung der Kreislaufgeschwindigkeit im thermischen Absörber in Abhängigkeit der Außentemperatur erfolgt und ein möglichst energetisch optimaler und für das Wärmepumpenssystem unkritischer Temperaturbereich eingehalten wird. 5) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 4 dadurch Seite 1 ···· · t · · ·· ·· ··· · · · · · · 35 gekennzeichnet, dass die Umschaltung vom(n) thermischem(n) Absorber(n) zwischen Direktnutzung der Wärmeenergie und Weiterverarbeitung der Basisenergie durch den Einsatz von Wärmepumpen je nach Absorberinnentemperatur bzw. Tageszeit erfolgt und die Umschaltung dadurch erfolgt, dass die erwärmte Flüssigkeit nicht mehr direkt dem Endzweck zugeführt wird (direkt oder via Wärmetauscher), sondern via Wärmetauscher der 40 Wärmepumpe zur „Weiterbearbeitung“ zugeführt wird. 6) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 5 dadurch 45 gekennzeichnet, dass die Aufteilung der Energie der thermischen Absorber beliebig je nach Wärmeenergie- und Temperaturhöhebedarf - variabel im Anteil - sowohl zur Direktnutzung als auch zur Wärmepumpenw'eiterverarbeitung erfolgt. 7) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in 50 Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die automatisierte Umschaltung zwischen Direktnutzung der Wärme aus thermischen Absorbern und Weiterverarbeitung via Wärmepumpen, reagierend auf Außentemperatur/Sonneneinstrahlung und Nutzenergiebedarf erfolgt. 55 8) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auch zur Abwärmevernichtung bzw. -abgabe verwendet wird. 60 9) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpe/Klima-Kälteaggregate nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit konventionellen Abwärmevernichtungssystemen zur gemeinsamen oder alternativen Abwärmevernichtung verwendet wird. 65 10.) Verfahren zur Energiegewinnung durch Verwendung von thermischen Absorbern in Kombination mit Wärmepumpen/Klima-/Kälteaggregaten nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Unterstützung der Wärmeabfuhr in Doppelkreislaufsy^emen (von denen eines mit unter der Außentemperatur liegenden Flüssigkeit betrieben wird) erfolgt, Seite 2 • ·· 0 · · ·«·· · ···· ·· · · ·· · · ··· · · ···· wobei die Verbindung der beiden oder mehrer Kreisläufe über einen Steg ausreicht um einen 70 Temperaturausgleich herbeizuführen und damit die Wärmeabfuhr trotz hoher Außentemperatur unterstützt wird. Seite 3

PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Wärmezu- und/oder -abfuhr zu Verbrauchern, wie beispielsweise einem Schwimmbecken (13) mit einem Solarabsorber (1) mit einem oder zwei jeweils flüssige Wärmeträger fiihrenden Absorberleitungssystemen (la, lb), einer Wärmepumpe (7), einem Verdampferkreislauf (2), der ein Absorberleitungssystem (la) des Solar-Absorbers (1) über eine Vorlaufleitung (2a) und eine Rücklaufleitung (2b) mit dem Verdampfer (7a) der Wärmepumpe (7) verbindet, wobei im Verdampferkreislauf (2) eine Pumpe (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (2b) des Verdampferkreislaufes (2) mit der Vorlaufleitung (2a) des Verdampferkreislaufes (2) über eine Bypassleitung (4) verbunden ist, wobei ein Mischventil (3), insbesondere in der Rücklaufleitung (2b), vorgesehen ist, mit dem kälterer Wärmeträger aus der Rücklaufleitung (2b) der Vorlaufleitung (2a) beigemischt werden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarabsorber (1) als Zweileitungsabsorber ausgeflihrt ist, wobei zwei getrennte Absorberleitungssysteme (la, lb) vorliegen, die mit unterschiedlichen Wärmeträgem unterschiedliche Verbraucher mit unterschiedlichen Temperaturen versorgen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absorberleitungssystem (la) den Verdampferkreislauf (2) der Wärmepumpe (7) und das andere Absorberleitungssystem (lb) einen Solaikreislauf (15) mit direkt angebundenen Verbrauchern (13) versorgt
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensatorkreislauf (9) einen Kondensator (7b) der Wärmepumpe (7) über eine Vorlaufleitung (9a, 16a) und eine Rücklaufleitung (9b, 16b) mit einem oder mehreren Verbrauchern (13) verbindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass den Verbrauchern (13) Absperrventile (12a, 12b, 14a, 14b) vorgeschaltet sind. Seite 2 von 3 I NACHGEREICHT
6. Verfahren zur Wärmezu- und/oder -abfuhr zu Verbrauchern, wie beispielsweise einem Schwimmbecken (13), mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5 mit einem Solarabsorber (1) mit einem oder zwei jeweils flüssige Wärmeträger führenden Absorberleitungssystemen (la, lb), einer Wärmepumpe (7), einem Verdampferkreislauf (2), der ein Absorberleitungssystem (la) des Solar-Absorbers (1) mit dem Verdampfer (7a) der Wärmepumpe (7) verbindet, wobei im Verdampferkreislauf (2) eine Pumpe (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Überhitzungsschutz für die Wärmepumpe (7) die Begrenzung der Kältemitteltemperatur der Wärmepumpe (7) durch Beimischung von kälterem Wärmeträger aus der Rücklaufleitung (2b) des Verdampferkreislaufes (2) zur Vorlaufleitung (2a) des Verdampferkreislaufes (2) über ein Mischventil (3) erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischventil (3) entsprechend der Temperatur des Wärmeträgers in der Vorlaufleitung (2a) des Verdampfeikreislaufes (2) geregelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge der Pumpe (5) des Verdampferkreislaufes (2) mit steigender Temperatur des Wärmeträgers in der Vorlaufleitung (2a) erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge der Pumpe (5) in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt wird. Seite 3 von 3