DE2523429A1 - Verfahren zur speicherung von waermeenergie und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur speicherung von waermeenergie und anordnung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie in mindestens einem Speicher
und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mittels einer Wärmepumpe, Wärmetauschern und Mittel zur Steuerung
und Regelung des Verfahrens, Mit dem Verfahren soll einem speicherfähigen Medium Wärme zugeführt und diese Wärme im
Bedarfsfalle wieder entnommen werden.
Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie durch Speicherung eines aufgeheizten Mediums zur späteren Entnahme eines solchen
aufgeheizten Mediums sind bereits bekannt. So stellt jeder Heißwasserbereiter eine derartige Speicherung dar, denn in
einem solchen Heißwasserbereiter wird einem flüssigen Medium, vorzugsweise Wasser, Wärmeenergie, z.B. mittels elektrischer
Beheizung, zugeführt und das heiße Wasser gespeichert. Im Bedarfsfälle
wird das heiße Wasser entnommen und kann z.B. als sekundäres Medium zum Aufheizen eines anderen Mediums ver-
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■wendet werden. Dabei ist es üblich, die Aufheizung im Heißwasserbereiter
zum Zeitpunkt vorzunehmen, zu dem besonders günstig elektrische Energie zur Verfügung steht, z.B. mittels
Nachtstrom. Diese bekannte Speicherung stellt jedoch keine Energiespeicherung im Sinne der Erfindung dar, sondern eine
Mengenspeicherung des Energieträgers, der im Gebräuchsfall
entnommen wird, dar. Außerdem ist der Wirkungsgrad derartiger Anlagen gering und die Speicherung, der Menge des Energieträgers
nur in relativ geringem Umfang möglich.
Es sind ferner Energiespeicherungen zur Speicherung von Wärmeenergie
mittels eines flüssigen Mediums bekannt, bei denen nicht der Energieträger - Wasser - entnommen wird, sondern
nur die gespeicherte Wärmeenergie. Ein Beispiel hierzu ist die bekannte Warmwasserheizung von Räumen mittels einer Heizeinrichtung
die Wasser auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt und in einem Sammler speichert, um im Bedarfsfall den Wärme
entnahmestellen (Heizkörpern in den einzelnen Räumen) zugeführt zu werdenο Bei dieser bekannten Art' der Speicherung von
Wärmeenergie wird jedoch unter Inkaufnahme relativ großer Energieverluste nur eine Umwandlung von einer anderen Energieform
- z.B. elektrischer Energie oder das Energieinhaltes von brennbaren Stoffen wie Öl oder Gas - in Wärmeenergie vorgenommen
und diese sodann gespeichert. Bezogen auf das Gesamtsystem ergibt sich hierbei ein geringer Wirkungsgrad und damit
ein hoher Verbrauch an primärer Energie. Eine Speicherung vorhandener Wärmeenergie durch. Übertragung auf ein anderes
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Medium ist hierbei nicht mögliche Dieses gibt auch für die
weitere bekannte Art der Wärmespeicherung z.B. mittels Nachtstromspeicheröfen, bei denen ebenfalls die elektrische Energie
in Wärmeenergie verwandelt und diese in einem geeigneten Medium auf Abruf gespeichert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie aufzuzeigen, bei
welchem die in einem Medium vorhandene Wärmeenergie diesem entzogen und einem anderen, speicherbaren Medium zugeführt
wird zu Zeiten, zu denen elektrische Energie zu günstigen Bedingungen, z.B. als Überschußenergie oder als "Nachtstrom"
zur Verfügung steht, und bei welchem diese gespeicherte Energie in bekannter Weise im Bedarfsfall als Wärmeenergie
verwendet werden kanno
Ausgehend von der Erkenntnis, daß es möglich ist, mit Hilfe einer Wärmepumpe· einem Medium Wärme zu entziehen und mit
höherer Temperatur einem anderen Medium zuzuführen, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem in einem
Speicherbehälter gespeichertem Medium mittels Wärmepumpe die einem beliebigen anderem Medium entnommene Wärme zugeführt
wird. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit dem
besonders guten Wirkungsgrad der bekannten Wärmepumpen zu Zeiten des Vorhandenseins von elektrischer Überschußenergie
(zum Antrieb der Wärmepumpe) vorhandene Wärme einem Medium entnommen,das'einem speicherbaren anderem Medium zugeführt
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werden kann. Dabei ist es nicht erforderlich, daß das Medium
dem die Wärme zu Speicherswecken entnommen werden soll, selbst in einem Speicherbehälter gespeichert ist. Es kann vielmehr
jedem vorhandenen Medium seine Wärme entnommen werden, z.B. vorhandenem Grundwasser, Flußwasser oder mittels einer Erdschleife
in dem Boden vorhandene Wärme. Dabei kann die Entnahme erfindungsgemäß direkt erfolgen, in dem z.B. Flußwasser
oder Brunnenwasser einem vor der Wärmepumpe angeordneten Wärmetauscher zugeführt wird, oder sie kann über ein sekundäres
Wärmeübertragungsmedium erfolgen. So kann z.B. durch eine in
dem Erdboden verlegte Rohrschleife, durch die ein gegenüber der Bodentemperatur kälteres Medium strömt, dem Boden durch
Wärmetausch die Wärme entnommen werden, die mittels der Wärmepumpe dem speicherbaren Medium - z.B. in einem Speicherbehälter
zu pumpendes Wasser - zugeführt wird. Dieses erfindungsgemäße Verfahren hat außerdem den ganz besonderen Vorteil, daß z.B.
dem Flußwasser die als Abfallwärme von Kraftwerken zugeführte Wärme wieder mit angemessenem Wirkungsgrad entnommen werden
kann und somit die P&gen einer Aufheizung* des Flußwassers
vermieden werden. Die Speicherung dieser äußerst unerwünschten Wärme des Flußwassers stellt zudem einen besonderen Energiegewinn
dar.
Um gegebenenfalls vorhandene elektrische Überschußenergie zu zusätzlicher Aufheizung zu verwerten, erfolgt gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine weitere Wärmezufuhr für das gespeicherte Medium durch ein zu-
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sätzliches Aufheizen mittels elektrischer Überschußenergie. Diese zusätzliche Aufheizung kann in bekannter Weise erfolgen 9
z.B. durch Verwendung einer elektrischen Heizschlange.
Es ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung auch möglich,
daß die dem gespeicherten Medium zuzuführende Energie ergänzt wird durch Wärme, die Solarzellen entnommen wird. Es ist
nämlich bekannt, daß Sonnenenergie für Heizzwecke verwendet wird, in dem in einem z.B. Glaskasten schwarze Körper angeordnet
sind, die durch die einfallende Sonnenenergie aufgeheizt werden und diese Wärme infolge ihrer Anordnung in einem
Kasten aus Glas oder Kunststoff, jedenfalls aus einem die Wärme nicht oder nur schlecht leitenden Material, nicht abgeben
sondern sammeln. Die Entnahme erfolgt über ein sekundäres Wärmeübertragungsmedium, z.B. Wasser oder ein Kältemittel das
durch den "Kasten" geleitet wird. Nachdem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels einer Wärmepumpe die mit dem sekundären
Wärmeübertragungsmedium abgeführte Wärme der Solarzellen ebenfalls dem zu speicherndem Medium zugeführt und die Wärme somit
gespeichert.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anordnung aufzuzeigen, mit welcher die direkte Speicherung in
dem gespeicherten Medium möglich ist mit den zusätzlichen Aufheizmöglichkeiten und es soll ein wahlweiser Betrieb mit Entnahme
aus den einzelnen Wärmequellen möglich sein. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß aus einer
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Anordnung bei welcher vor dem Speicherbehälter für das aufzuwärmende
Medium ein als Kondensator wirkender Wärmetauscher und eine Wärmepumpe und ferner saugseitig vor der Wärmepumpe
ein als Verdampfer wirkender Wärmetauscher angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher wird entweder vor dem Medium, dem die
Wärme entzogen werden soll direkt oder von einem Sekundärmedium auf das die abzuführende Wärme übertragen ist, durchströmt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, um auch das Medium dem Wärme entnommen werden soll zu speichern, daß
erfindungsgemäß ein weiterer Speicherbehälter für die Entnahme von Wärme angeordnet ist. Dieser Speicherbehälter ist
in einem Kreislauf mit dem saugseitig vor der Wärmepumpe an—„._
geordneten Wärmetauscher geschaltet. Damit wird erreicht, daß entweder dem in diesem Speicher gespeicherten Medium über
den zugehörigen Wärmetauscher Wärme entnommen und diese mittels Wärmepumpe dem "heißen" Speichermedium zugeführt wird, oder
daß, falls der "heiße" Speicher gefüllt ist, dieser "kalte" Speicher ebenfalls aufgeheizt wird, um das Speichervolumen
zu erhöhen. Sollte es zu einer Annäherung der Temperatur in den beiden Speichern kommen, z.B. weil über einen längeren
Zeitraum keine Wärme entnommen wurde, sondern nur Wärme zugespeist wurde, oder durch natürliche Wärmeverluste, so kann
anschließend mittels der Wärmepumpe wieder eine Trennung der Temperaturen erfolgen, indem dem einen (kalten) Speicher
Wärme entnommen und dem anderen (heißen) Speicher wieder zugeführt wird.
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Weiterhin hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß zwischen der Wärmepumpe und dem als Kondensator wirkenden Wärmetauscher
ein Pufferbehälter und vor diesem ein weiterer Wärmetauscher angeordnet ist. Damit wird erreicht, daß Überschußenergie
gespeichert werden kann, ohne daß der kalte Speicher und der heiße Speicher bezüglich ihrer Temperatur sich angleichen
müssen, so kann in besonders einfacher Weise weiter Wärme gespeichert werden, während dem eigentlichen heißen Speicher
Wärme entzogen wird. Hierdurch ist auch eine noch bessere Ausnutzung eventuell vorhandener elektrischer Überschußenergie
möglich, zumal wenn nicht nur in dem heißen Speicher sondern auch in dem Puffer Mittel zur elektrischen Beheizung des gespeicherten
Mediums vorgesehen sindo
Daher sind Mittel angeordnet, um den Pufferbehälter wahlweise dem Speicherbehälter oder dem Kreislauf der Wärmepumpe zuzuschalten.
Damit wird außerdem erreicht, daß der Pufferbehälter direkt mit dem Speicherbehälter zusammenwirken kann. Natürlich
kann im Rahmen der Erfindung der Pufferbehälter auch zur Aufnahme eines sekundären Wärmeübertragungsmediums dienen, etwa
zur Aufnahme von Wärme die primär aus Solarzellen, G-rund- oder Flußwasser oder dem Boden mittels einer Erdschleife entnommen
ist. Schließlich sind gemäß einer Weiterführung der Erfindung vor der Wärmepumpe Solarzellen, die von einem speicherbaren
Medium umströmt werden, angeordnet. Damit kann in besonders günstiger Weise die mittels Solarzellen gewonnene Wärme gespeichert
und im Bedarfsfall abgerufen werden. ;
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Einzelheiten der Erfindung sind an Hand des in der Zeichnung dargestellten Beispieles einer erfindungsgemäßen Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert und beschrieben.
Es zeigt: Pig. 1 ein Beispiel für ein Verfahren zur
Wärmespeicherung mit einem "heißen" und einem "kalten" Speicher,
Pig. 2 ein Beispiel mit einem. Pufferbehälter,
Pig. 3 eine Ergänzungsanordnung zu den Beispielen gemäß Pigo 1 und 2 zum Anschluß
eines Kreislaufes mit Wärmeentnahme über Solarzellen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 1 verfügt die Anordnung über einen "heißen" Speicherbehälter 1 in dem das Medium, daß
zur Wärmespeicherung erwärmt werden soll, gespeichert ist und eienen weiteren "kalten" Speicherbehälter 5 für das Medium,
dem die Wärme für die Speicherung mittels des in dem Speicherbehälter 1 gespeicherten Mediums entzogen werden soll. Die
Kapazität des Speicherbehälters 1 ist dabei so groß, daß der Tagesbedarf an Wärme für die Anlage gespeichert werden kann·
Beide Speicherbehälter 1 und 5 werden direkt angezapft und das Speichermedium dem Verbraucher 11 für das heiße Medium
und/oder dem Verbraucher 12 für das kalte Medium mittels Pumpen 13 bzw. 14 zugeführt„ Der heiße Speicherbehälter 1 steht
mit dem kalten Speicherbehälter 5 über eine Wärmepumpe 4 in Verbindung, wobei zwischen Speicherbehälter 1 und Wärmepumpe
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der als Kondensator wirkende Wärmetauscher 2 und zwischen dem Speicherbehälter 5 und der Wärmepumpe 4 der als Verdampfer
wirkende Wärmetauscher 3 angeordnet ist. Die Wärmetauscher 2 und 3 sind durch die Leitung 15 mit dem Drosselventil 16 verbundene
Zum Einspeisen des Mediums in den heißen Speicherbehälter 1 ist eine Pumpe 17, für das in den kalten Speicherbehälter
5 einzuspeisende Medium eine weitere Pumpe 18 angeordnet. Als zusätzliche Wärmeentnatimestelle (im Bedarfsfall
auch als zusätzliche Speicherstelle) ist im Erdboden - oder im 3?lußwasser oder Brunnenwasser - eine ein Sekundärmedium
führende Rohrschlange 10 angeordnet. Die mit dieser Rohrschlange oder Erdschlange bei Verlegung im Erdreich - abgezogene Wärme
kann wahlweise dem kalten Speicherbehälter 5, dem heißen Speicherbehälter 1 direkt oder über die Wärmepumpe 4 zugeführt
werden. Mit dieser Anordnung ist es möglich, daß über Nacht mit Betrieb der Wärmepumpe 4 durch billigen Nachtstrom dem
Medium in dem kalten Speicherbehälter 5 die Wärme entzogen und durch das in dem heißen Speicherbehälter 1 gespeicherten
Medium gespeichert wird. Durch unterschiedliche Entnahme aus dem heißen Speicherbehälter 1 bzw. den kalten Speicherbehälter
5 ist nun eine unterschiedliche Entladung der Speicherbehälter 1 und 5 mögliche Der entstandene Unterschied kann nun durch
folgende Verfahrensschritte ausgeglichen werden.
Fall 1: Der kalte Speieherbehälter 5 ist voll, der heiße
Speicherbehälter 1 noch nicht. (Vorwiegend an kalten Tagen). Die noch fehlende Wärme für den heißen
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Speicherbehälter 1 kann auf folgende Weise nachgeliefert v/erden: a) über Nachtstrom oder Überschußenergie kann mittels
einer zusätzlichen Widerstandsheizung 9 nachgeheizt werden, oder b) über einen üblichen - nicht dargestellten - Heizkessel
oder c) über die Wärmepumpe 4 welche die erforderliche Wärme dem Erdboden oder Flußwasser über die Rohrleitung 10 entzieht
und einspeichert.
Pail 2: Der heiße Speicherbehälter 1 ist gefüllt und der kalte
Speicherbehälter 5 noch frei. Die noch fehlende Kälte kann erzeugt werden durch: a) die durch die Kälteerzeugung im
Überschuß vorhandene Wärme wird über zusätzliche Wärmetauscher abgeführt, oder b) die überschüssige Wärme wird mittels der
Rohrleitungen 10 dem Erdboden als Speichervolumen zugeführt, der Boden jedoch bei fehlender Wärme wieder wie bei Fall 1
beschrieben gekühlt, sodaß keine Temperaturerhöhung eintritt. Gemäß der Anordnung nach 3?ig. 2 kann ein Pufferbehälter 6 mit
einem vorgeschalteten Wärmetauscher 7 angeordnet seLn, in dem
ein Energieüberschuß als Wärme eingespeichert werden und im Bedarfsfall wieder entnommen werden kann. Dabei kann die Abgabe
direkt an den Verbraucher 11 erfolgen oder an den - nicht eingezeichneten - Speicherbehälter 1.In diesem Beispiel ist
ferner eine Solarzellenanordnung 8 schematisch dargestellt, die wahlweise an den heißen Speicherbehälter 1, dem kalten
Speicherbehälter 5 oder dem zur Wärmepumpe 4 gehörenden Wärmetauscher 3 geschaltet ist. In Fig. 3 ist die· Zuordnung
der Solarzellenanordnung 8 dargestellt. In diesem Beispiel ist
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eine mit primärem Medium durchströmte Solarzelle gezeigt. Mit dieser Anordnung kann die von der Solarzelle aufgenommene
Energie wahlweise auf die bereits beschriebenen Speicherbehälter 1 bzw. 5 und/oder den Pufferbehälter gem. Pig. 2
gebracht werden. Mit dieser Anordnung ist es auch möglich, Wärme über die Solarzelle durch Umschaltung abzugeben.
Die Solarzelle 8 kann beispielsweise aber auch noch zusätzlich zur Erdschlange 10 in Fig. 1 geschaltet sein.
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Claims (9)
- Patentansprüchei"1)J Verfahren zur Speicherung von Wärmeenergie in mindestens einem Speicherbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß dem in dem Speicherbehälter gespeichertem Medium mittels einer Wärmepumpe die einem beliebigen anderen gespeicherten Medium entnommene Wärme zugeführt wird.
- 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr für das gespeicherte Medium durch zusätzliches Aufheizen mittels elektrischer Überschußenergie erfolgt.
- 3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem gespeicherten Medium zuzuführende Wärme Solarzellen entnommen -wird.
- 4) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Speicherbehälter (1) für das aufzuwärmende Medium ein als Kondensator wirkender Wärmetauscher (2) und eine Wärmepumpe (4) und saugseitig vor der Wärmepumpe (4) ein als Verdampfer wirkender Wärmetauscher (3) angeordnet isto
- 5) Anordnung nach Anspruch 4f dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Wärmetauscher (3) ein weiterer Speicherbehälter (5) für die Entnahme von Wärme angeordnet ist.- 2 609851/0427
- 6) Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmepumpe (4) und dem Wärmetauscher (2) ein Pufferbehälter (6) und vor diesem ein weiterer Wärmetauscher (7) angeordnet ist.
- 7) Anordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherbehälter (1) Mittel zur elektrischen Beheizung des gespeicherten Mediums aufweist. %
- 8) Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel angeordnet sind, um den Pufferbehälter (6) wahlweise dem Speicherbehälter (1) oder dem Kreislauf der Wärmepumpe (4) zuzuschalten.
- 9) Anordnung nach einem der Ansprüche 4...8, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wärmepumpe (4) Solarzellen (8), die von einem speicherbaren Medium umströmt werden, angeordnet sind.609851/0427Le e rs e i t e
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752523429 DE2523429A1 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Verfahren zur speicherung von waermeenergie und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
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---|---|---|---|
DE19752523429 DE2523429A1 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Verfahren zur speicherung von waermeenergie und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Publications (1)
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DE2523429A1 true DE2523429A1 (de) | 1976-12-16 |
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ID=5947530
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19752523429 Withdrawn DE2523429A1 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Verfahren zur speicherung von waermeenergie und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE2523429A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4208625A1 (de) * | 1991-10-22 | 1993-09-30 | Heinz Ing Grad Hapke | Einrichtung für regenerative Energieumwandlung |
CN109724286A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 浙江三花智能控制股份有限公司 | 空调***和空调器 |
US11287148B2 (en) | 2017-10-30 | 2022-03-29 | Zhejiang Sanhua Intelligent Controls Co., Ltd. | Air conditioner, control strategy of the air conditioner, and air conditioning system |
-
1975
- 1975-05-27 DE DE19752523429 patent/DE2523429A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4208625A1 (de) * | 1991-10-22 | 1993-09-30 | Heinz Ing Grad Hapke | Einrichtung für regenerative Energieumwandlung |
CN109724286A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 浙江三花智能控制股份有限公司 | 空调***和空调器 |
CN109724286B (zh) * | 2017-10-30 | 2021-05-28 | 浙江三花智能控制股份有限公司 | 空调***和空调器 |
US11287148B2 (en) | 2017-10-30 | 2022-03-29 | Zhejiang Sanhua Intelligent Controls Co., Ltd. | Air conditioner, control strategy of the air conditioner, and air conditioning system |
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