WO2007134770A1 - Anlage zur solaren trocknung von substrat - Google Patents

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WO2007134770A1
WO2007134770A1 PCT/EP2007/004356 EP2007004356W WO2007134770A1 WO 2007134770 A1 WO2007134770 A1 WO 2007134770A1 EP 2007004356 W EP2007004356 W EP 2007004356W WO 2007134770 A1 WO2007134770 A1 WO 2007134770A1
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heating
solar
heating medium
substrate
drying
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PCT/EP2007/004356
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Inventor
Kurt Spiegel
Original Assignee
Asw Anlagenbau Schlamm- Und Wassertechnik Gmbh
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/10—Heating arrangements using tubes or passages containing heated fluids, e.g. acting as radiative elements; Closed-loop systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B9/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards
    • F26B9/10—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards in the open air; in pans or tables in rooms; Drying stacks of loose material on floors which may be covered, e.g. by a roof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2200/00—Drying processes and machines for solid materials characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2200/18—Sludges, e.g. sewage, waste, industrial processes, cooling towers

Definitions

  • the invention relates to a plant for the solar drying of substrate, in particular of sewage sludge, which can be acted upon by solar energy drying surface on which the substrate to be dried can be applied, and a heater for heating the substrate to be dried, wherein the heater has at least one tube through which a heating medium is conductive, and a method for solar drying of substrate, in particular sewage sludge, in which the substrate located on a drying surface is exposed to solar energy and heated by a heater by a heated heating medium is passed through the drying surface.
  • a plant and such a method are known and are used, for example, for drying sewage sludge, which are obtained in large quantities in wastewater treatment and have a high moisture content.
  • moisture is removed from the sewage sludge.
  • thermal full drying the sludge is dried in the oven or by means of hot air, whereby considerable amounts of process water and high energy costs are incurred.
  • solar dehumidification uses solar energy to dry sewage sludge.
  • the material to be dried is spread on a surface which is covered by a building that is substantially transparent to the sun's rays.
  • heaters are often used, for example, by laying in the bottom of the building under the expanded material pipes and these flowing through heated liquid according to the principle of underfloor heating heat the spread material.
  • the energy necessary for heating the liquid is provided in these systems, for example by an oil or gas firing or electric heating available.
  • a device for drying moist material is described in DE 195 08 400, in which a drying air stream is passed through solar air collectors before entering a drying device and the air stream thus heated then applied to the moist material or interspersed.
  • a drying air stream is passed through solar air collectors before entering a drying device and the air stream thus heated then applied to the moist material or interspersed.
  • there is an adverse identity of heating medium and drying medium so that the increasingly permeated with moisture air can only be supplied to a limited renewed heating and therefore constantly new outside air must be heated to the desired temperature.
  • DE 33 12 329 describes a growing soil used as a storage medium heat storage tank for use in building heating, the heat source is only temporarily effective, in particular solar collectors.
  • a heat exchanger is provided, whereby different circuits with different pressures and / or different chemical compositions such as antifreeze additive are possible.
  • the heating device is designed as a thermal solar system having at least one solar collector through which the energy required to heat the located in the at least one tube heating medium can be generated.
  • the inventive method provides that a heating device designed as a thermal solar system is used, through which the energy required for heating the heating medium is obtained.
  • the measure according to the invention of a heating device designed as a thermal solar system advantageously makes it possible to use the naturally existing solar radiation in two ways.
  • the previous use of solar energy by utilizing the direct sunlight is now additionally supported by the fact that through the at least one solar collector -. and thus likewise by utilizing the natural solar radiation - the heating medium is heated, which then flows through one or more tubes for heating the substrate spread on the drying surface.
  • An advantage of the system according to the invention lies in the low operating costs of the system and the environmentally friendly underlying method.
  • Another advantage of the system according to the invention is the reduction of the seasonal power fluctuations, since the designed as a solar thermal system heater is operable even at temperatures below the 0 ° C limit. Due to the increased drying performance of the system according to the invention necessary intermediate storage capacities are reduced in an advantageous manner by shortening the drying times, reduced transport costs due to decreasing by increasing dry residue mass and stable storage of the final material in landfills or thermal utilization such as energy for cement kilns allows.
  • the heater has a heat storage, which is connected via a primary circuit with the at least one solar collector.
  • the heating medium heated by the solar collector and the heat energy contained therein can be stored in an advantageous manner. This makes it possible, for example, to store energy during the day when there is a high level of solar radiation and to deliver it to the material at night.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the thermal solar system has two separate, coupled by a heat exchanger heating medium circuits for separate operation of heat generation and heat dissipation.
  • a further advantageous development of the invention provides that the pipes of the system through which the heating medium can flow are subdivided into a plurality of separate segments which can be acted upon by the heating medium. This has the advantage that the heating in these segments can be switched on and off separately so that parts of the drying surface can be used as open space and batch or batch operation is made possible.
  • a further advantageous development of the invention provides that at least one hall-like, preferably greenhouse-like, building is constructed above the drying area, the floor of which preferably forms the drying area.
  • the greenhouse effect can be used for drying in an advantageous manner, as well as precipitation are kept away from the substrate.
  • a further advantageous development of the invention provides that the liquid heating medium of at least one circuit is mixed with an antifreeze.
  • the antifreeze usually increases the boiling point of the heating medium, so that boiling of this heat-carrying liquid is prevented even at maximum standstill temperature of the solar panels.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the installation
  • FIG. 2 a schematic representation of a heater of the embodiment.
  • a plant 1 for the bisolary drying of substrate is shown, which serves as Appendix 1 for the bisolary drying of sewage sludge.
  • the plant 1 includes - in the case described here - two hall-like buildings 2a, 2b, which have at least partially transparent roofs and / or walls for solar radiation. It is clear to the person skilled in the art that the described case of an installation 2 having two buildings 2a, 2b has only an exemplary character. Of course, it is possible to provide even one building 2a or more than two buildings 2a, 2b.
  • the system 1 has a drying surface 3, on which the substrate to be dried, here the sewage sludge to be dried, can be applied and thermally acted upon by solar radiation.
  • buildings 2a, 2b has the advantage that in the buildings 2a, 2b, the substrate to be dried can be stored protected from environmental influences and it is possible through a greenhouse-like design of buildings 2a, 2b, the greenhouse effect of such a trained building 2a, 2b for drying the sewage sludge to use.
  • drying surfaces 3 for the substrate to be dried act here floors 3a, 3b of the building 2a, 2b, in which pipes 6 are arranged, through which a heating medium flows and thus the bottoms 3a, 3b and thus the substrate 3a, 3b mounted on these floors heated in the manner of a floor heating.
  • the heating of the pipes 6 flowing through the heating medium is provided in the embodiment described here, that the pipes. 6 flowing through the heating medium by a designed as a thermal solar system 8 1 heater 8 - ie also by the natural solar radiation - is heated.
  • a thermal solar system 8 1 heater 8 - ie also by the natural solar radiation - is heated.
  • Such a measure has the advantage that the energy required for heating the bottoms 3a, 3b and the sewage sludge to be dried thereon is provided exclusively by the natural solar radiation. In this way, not only the ongoing energy and operating costs are reduced, but also reduces the environmental impact of such systems by now no longer rely on fossil fuels for heating the pipes 6 flowing through the heating medium.
  • Another advantage of the system 1 described is that a significant increase in the performance of the system 1 is achieved by this bisolary drying of the system compared to monosolar systems, resulting in a shortening of the drying period and / or an increase in the percentage dry residue in the substrate leads.
  • This has in turn in an advantageous manner the result that at shorter drying periods less delivered sewage sludge must be stored before its drying on a storage space 4 of the system 1.
  • With a higher degree of drying and the concomitant reduction in the mass of the substrate to be dried decrease in an advantageous manner, the cost of its removal.
  • this has the advantage that it is now possible to store the dried sewage sludge stable on landfills or to supply thermal utilization as a result of the lower moisture content.
  • the solar thermal system 8 is now shown schematically in Figure 2. It has solar collectors 9, which are arranged in the embodiment described here on the roof of a technical building 5.
  • the heating medium located in a primary circuit 10, preferably a suitable liquid, is heated as it passes through the solar collectors 9 of the solar system 8 1 and then passes into a heat accumulator 14, which communicates with a heat exchanger 13.
  • a secondary circuit 12 From the heat exchanger 13 is a secondary circuit 12, which directs the heated by the heat exchanger 13 heating medium of the secondary circuit 12 to the tubes 6 of the bottoms 3a, 3b.
  • the formation of the heater 8 with heat storage 14 and heat exchanger 13 is indeed preferred, but not mandatory. It is also possible, for example, to connect the solar collectors 9 directly to the tubes 6 via a single circuit.
  • the regulation of the primary circuit 12 is preferably carried out by a temperature difference control, by means of a measurement of the temperature of the heating medium in the solar collector 9 and its temperature in the heat storage 14: If the temperature of the heating medium in solar collector 9 above a temperature of the heating medium in the heat storage 14, the Open primary circuit 10 and so introduced via the heating medium heat in the heat storage 14. If the temperature of the heating medium in the solar collector 9 is below that in the heat accumulator 14, an inflow of the cooler heating medium located in the solar collectors 9 to the heat accumulator 14 is prevented in order to avoid cooling thereof.
  • the regulation of the heat supply of the tubes 6 via the secondary circuit 12 also takes place due to a temperature difference measurement between the temperature of the heating medium in the heat storage 14 and its temperature in the bottoms 3a, 3b: If the temperature in the heat storage 14 is higher than in the bottoms 3a, 3b , the secondary circuit 12 is opened to transfer heat from the heat accumulator 14 to the tubes 6 and thus to the trays 3a, 3b.
  • the drying surface 3 is divided into several segments 6a - 6e is divided, which are independently acted upon by heat.
  • the heating medium is a corresponding liquid, since in terms of safety and handling it has advantages over a likewise possible gaseous heating medium.
  • an antifreeze be added to this liquid. In this way, on the one hand prevents freezing of this liquid in winter, on the other hand, the antifreeze usually increases the boiling point of the liquid, so that boiling of the heat-carrying liquid is prevented even at maximum standstill temperature of the solar panels.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur solaren Trocknung von Substrat, insbesondere von Klärschlamm, die eine mit solarer Energie beaufschlagbare Trocknungsfläche (3) aufweist, auf die das zu trocknende Substrat aufbringbar ist, und eine Heizeinrichtung (8) zur Beheizung des zu trocknenden Substrats aufweist, wobei die Heizeinrichtung (8) mindestens ein Rohr (6) besitzt, durch das ein Heizmedium leitbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung (8) als thermische Solaranlage (8') ausgebildet ist, die mindestens einen Solarkollektor (9) besitzt, durch den die zur Erwärmung des in dem mindestens einen Rohr (6) befindlichen Heizmediums benötigte Energie erzeugbar ist.

Description

Anlage zur solaren Trocknung von Substrat
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur solaren Trocknung von Substrat, insbesondere von Klärschlamm, die eine mit solarer Energie beaufschlagbare Trocknungsfläche, auf die das zu trocknende Substrat aufbringbar ist, und eine Heizeinrichtung zur Beheizung des zu trocknenden Substrats aufweist, wobei die Heizeinrichtung mindestens ein Rohr besitzt, durch das ein Heizmedium leitbar ist, sowie ein Verfahren zur solaren Trocknung von Substrat, insbesondere von Klärschlamm, bei dem das auf einer Trocknungsfläche befindliche Substrat mit solarer Energie beaufschlagt und durch eine Heizeinrichtung beheizt wird, indem durch die Trocknungsfläche ein erwärmtes Heizmedium geleitet wird. Eine solche Anlage und ein derartiges Verfahren sind bekannt und werden beispielsweise zur Trocknung von Klärschlämmen eingesetzt, die in größeren Mengen bei der Abwasseraufbereitung anfallen und einen hohen Feuchtigkeitsanteil aufweisen. Um die Masse des zu entsorgenden Materials zu reduzieren und Transportkosten zu senken, sowie eine stabile Lagerung auf Deponien bzw. ein spätere Verbrennung zu ermöglichen, wird dem Klärschlamm Feuchtigkeit entzogen. Hierfür stehen mehrere Vorgehensweisen zur Auswahl: Bei der thermischen Volltrocknung wird der Schlamm in Ofen oder mittels Heißluft getrocknet, wobei erhebliche Mengen an Prozesswasser sowie hohe Energiekosten anfallen. Im Gegensatz hierzu wird bei der solaren Entfeuchtung die Sonnenenergie zur Trocknung des Klärschlammes verwendet. Hierzu wird das zu trocknende Material auf einer Fläche ausgebreitet, die von einem für Sonnenstrahlen im Wesentlichen transparenten Gebäude überdacht ist. Auf diese Weise wird einerseits Niederschlagswasser abgehalten, andererseits unter Nutzung des Treibhauseffektes die durch Sonnenstrahlen eingetragene Wärmeenergie am Entweichen gehindert und somit der Trocknungseffekt im Vergleich zu einer Trocknung ohne ein Treibhausgebäude erhöht. Die Abfuhr von feuchter Luft und das Einbringen von Frischluft erfolgt durch eine geeignete Be- und Entlüftungseinrichtung, so dass die Feuchtigkeit an der Oberfläche des am Boden ausgebreiteten Materials verdunsten kann. In Hohlräumen zwischen Partikeln des zu trocknenden Materials stellt sich jedoch bereits nach kurzer Zeit ein Sättigungsdampfdruck ein. Da sich diese gesättigte Luft nur sehr langsam an die Oberfläche bewegt, kann ein Wenden des Materials die Geschwindigkeit des Wasseraustrags erheblich steigern. Hierfür kommen unterschiedliche Wende- und/oder Transporteinrichtungen zum Einsatz, die das Material entweder nur durchmischen oder zusätzlich durch das Treibhaus transportieren.
Eine solche solare Trocknung von Schlämmen ist jedoch auf nachteilige Weise in starkem Maße von der gegebenen und nicht beeinflussbaren Sonneneinstrahlung abhängig und unterliegt daher auch starken jahreszeitlichen Schwankungen. So kommt die Trocknung beispielsweise im Winter nahezu vollständig zum Erliegen, so dass ein erheblicher Teil des anfallenden Schlammes zwischengelagert werden muss.
In den bekannten Anlagen zur solaren Trocknung werden daher oft Heizeinrichtungen verwendet, die beispielsweise durch im Boden des Gebäudes unter dem ausgebreiteten Material verlegte Rohre und eine diese durchströmende erwärmte Flüssigkeit nach dem Prinzip einer Fußbodenheizung das ausgebreitete Material zusätzlich erwärmen. Die zum Erhitzen der Flüssigkeit notwendige Energie wird bei diesen Anlagen beispielsweise durch eine öl- oder Gasfeuerung bzw. eine elektrische Beheizung zur Verfügung gestellt.
Derartige bekannte Anlagen besitzen jedoch den Nachteil, dass in Folge der zusätzlichen Beheizung hohe Energie- und damit laufende Kosten der Anlage entstehen. Darüber hinaus treten bei der Erzeugung der zum Beheizen der Flüssigkeit notwendigen Energie in der Regel erhebliche Umweltbelastungen auf, da zum Großteil auf die Verbrennung fossiler Primärenergieträger zurückgegriffen wird.
Eine Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem Material ist in der DE 195 08 400 beschrieben, bei der ein Trocknungsluftstrom vor Eintritt in eine Trocknungseinrichtung durch Solarluftkollektoren hindurchgeführt wird und der so erwärmte Luftstrom dann das feuchte Material beaufschlagt oder durchsetzt. Hierbei besteht jedoch in nachteiliger weise eine Identität von Heizmedium und Trocknungsmedium, so dass die zunehmend mit Feuchtigkeit durchsetzte Luft nur begrenzt einer erneuten Erwärmung zugeführt werden kann und daher ständig neue Außenluft auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden muss.
In der DE 43 15 321 sind eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Trocknung von Schlämmen und verschmutzten Flüssigkeiten beschrieben, bei denen eine Trocknung in einem transparenten Gebäude mit Hilfe von Solarstrahlung erfolgt. Zur Erhöhung des Trocknungsvorgangs wird zudem eine Vorrichtung in der Art einer Fußbodenheizung vorgeschlagen. Über die Art der Erwärmung eines darin zu verwendenden Heizmediums werden dort jedoch keine Aussagen getroffen.
Weiterhin ist in der DE 33 12 329 ein den gewachsenen Erdboden als Speichermedium verwendender Wärme-Erdspeicher zum Einsatz bei Gebäudeheizungen beschrieben, deren Wärmequelle nur zeitweise wirksam ist, wie insbesondere Solarkollektoren. Dabei ist unter anderem auch ein Wärmetauscher vorgesehen, wodurch verschiedene Kreisläufe mit unterschiedlichen Drücken und/oder verschiedenen chemischen Zusammensetzungen wie beispielsweise Frostschutzmittelzusatz möglich sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage sowie ein Verfahren der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, dass eine Beheizung des zu trocknenden Substrats auf kostengünstige und umweltschonende Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Anlage dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung als thermische Solaranlage ausgebildet ist, die mindestens einen Solarkollektor besitzt, durch den die zur Erwärmung des in dem mindestens einen Rohr befindlichen Heizmediums benötigte Energie erzeugbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine als thermische Solaranlage ausgebildete Heizeinrichtung verwendet wird, durch welche die zur Erwärmung des Heizmediums erforderliche Energie gewonnen wird.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme einer als thermische Solaranlage ausgebildeten Heizeinrichtung ist in vorteilhafter Weise die natürlich vorhandene Sonneneinstrahlung nun in zweifacher Weise nutzbar. Die bisherige Nutzung der Sonnenenergie unter Ausnutzung der direkten Sonneneinstrahlung wird nun zusätzlich dadurch unterstützt, dass durch den mindestens einen Solarkollektor - und somit ebenfalls unter Ausnutzung der natürlichen Sonneneinstrahlung - das Heizmedium erwärmt wird, welches dann durch ein oder mehrere Rohre zur Beheizung des auf der Trocknungsfläche ausgebreiteten Substrates strömt. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage liegt hierbei in den geringen Betriebskosten der Anlage sowie dem umweltfreundlichen zugrunde liegenden Verfahren.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage besteht in der Verminderung der jahreszeitlichen Leistungsschwankungen, da die als thermische Solaranlage ausgebildete Heizeinrichtung auch bei Temperaturen unterhalb der 0 ° C-Grenze betriebsfähig ist. Durch die so erhöhte Trocknungsleistung der erfindungsgemäßen Anlage werden in vorteilhafter Art und Weise durch Verkürzung der Trocknungszeiten notwendige Zwischenlagerungskapazitäten vermindert, Transportkosten infolge der durch zunehmenden Trockenrückstand abnehmenden Masse reduziert sowie eine stabile Lagerung des Endmaterials auf Deponien bzw. eine thermische Verwertung wie beispielsweise zur Energiegewinnung in Zementöfen ermöglicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizeinrichtung einen Wärmespeicher besitzt, der über einen Primärkreislauf mit dem mindestens einen Solarkollektor verbunden ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise das durch den Solarkollektor aufgeheizte Heizmedium und die darin enthaltene Wärmeenergie gespeichert werden. Dies erlaubt es beispielsweise, tagsüber bei hoher Sonneneinstrahlung Energie zwischenzuspeichern und diese nachts an das Material abzugeben.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die thermische Solaranlage zwei getrennte, durch einen Wärmetauscher gekoppelte Heizmediumkreisläufe zum separaten Betrieb von Wärmegewinnung und Wärmeabgabe aufweist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das die vom Heizmedium durchströmbaren Rohre der Anlage in mehrere getrennte mit dem Heizmedium beaufschlagbare Segmente unterteilt ist. Dies hat den Vorteil, dass die Beheizung in diesen Segmenten getrennt an- und abschaltbar ist, so dass Teile der Trocknungsfläche als Freifläche nutzbar sind und ein Chargen- oder Batchbetrieb ermöglicht wird.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass über der Trocknungsfläche mindestens ein hallenartiges vorzugsweise gewächshausartiges Gebäude errichtet ist, dessen Boden vorzugsweise die Trocknungsfläche ausbildet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise der Treibhauseffekt zur Trocknung genutzt werden, sowie Niederschläge vom Substrat ferngehalten werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das flüssige Heizmedium mindestens eines Kreislaufes mit einem Frostschutzmittel versetzt ist. Auf diese Weise wird zum einen ein Gefrieren des Kreislaufes im Winter verhindert, zum anderen erhöht das Frostschutzmittel in der Regel den Siedepunkt des Heizmediums, so dass ein Sieden dieser wärmetragenden Flüssigkeit auch bei maximaler Stillstandstemperatur der Solarkollektoren verhindert wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Anlage,
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Heizeinrichtung des Ausführungsbeispiels. In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage 1 zur bisolaren Trocknung von Substrat dargestellt, die hier als Anlage 1 zur bisolaren Trocknung von Klärschlamm dient. Die Anlage 1 beinhaltet - im hier beschriebenen Fall - zwei hallenartige Gebäude 2a, 2b, die für Sonnenstrahlung zumindest teilweise transparente Dächer und/oder Wände aufweisen. Dem Fachmann ist klar ersichtlich, dass der beschriebene Fall einer zwei Gebäude 2a, 2b aufweisenden Anlage 1 nur einen beispielhaften Charakter besitzt. Natürlich ist es möglich, auch nur ein Gebäude 2a oder mehr als zwei Gebäude 2a, 2b vorzusehen. Dem Fachmann ist aus der nachstehenden Beschreibung auch ersichtlich, dass die Verwendung von hallenartigen Gebäuden 2a, 2b zwar bevorzugt, aber nicht notwendig ist. Ausreichend ist, dass die Anlage 1 eine Trocknungsfläche 3 aufweist, auf weiche das zu trocknende Substrat, hier der zu trocknende Klärschlamm, aufbringbar und durch Sonneneinstrahlung thermisch beaufschlagbar ist. Die Verwendung von Gebäuden 2a, 2b besitzt jedoch den Vorteil, dass in den Gebäuden 2a, 2b das zu trocknende Substrat von Umwelteinflüssen geschützt gelagert werden kann und es durch eine gewächshausartige Ausbildung der Gebäude 2a, 2b möglich ist, den Treibhauseffekt derartig ausgebildeter Gebäude 2a, 2b zur Trocknung des Klärschlamms zu nutzen.
Als Trocknungsflächen 3 für das zu trocknende Substrat fungieren hier Böden 3a, 3b der Gebäude 2a, 2b, in denen Rohre 6 angeordnet sind, durch die ein Heizmedium strömt und damit die Böden 3a, 3b und somit das auf diesen Böden 3a, 3b gelagerte Substrat nach Art einer Fußbodenheizung erwärmt.
Im Gegensatz zu den bekannten monosolaren Anlagen, bei denen der Energieeintrag in das zu trocknende Substrat zwar ebenfalls durch natürliche Sonneneinstrahlung, die Erhitzung des die Rohre 6 durchströmenden Heizmediums jedoch durch konventionelle Energieträger erfolgt, ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das die Rohre 6 durchströmende Heizmedium durch eine als thermische Solaranlage 81 ausgebildete Heizeinrichtung 8 - also ebenfalls durch die natürliche Sonneneinstrahlung - erwärmt wird. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, dass die zur Erwärmung der Böden 3a, 3b und des auf diesen befindlichen, zu trocknenden Klärschlamms notwendige Energie ausschließlich durch die natürliche Sonneneinstrahlung bereitgestellt wird. Auf diese Art und Weise werden nicht nur die laufenden Energie- und Betriebskosten reduziert, sondern auch die Umweltbelastung derartiger Anlagen vermindert, indem nun nicht mehr auf fossile Energieträger zur Erwärmung des die Rohre 6 durchströmenden Heizmediums zurückgegriffen werden muss.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anlage 1 besteht darin, dass durch diese bisolare Trocknung des Substrats eine deutliche Steigerung der Leistung der Anlage 1 im Vergleich zu monosolaren Anlagen erzielt wird, was zu einer Verkürzung der Trocknungsperiode und/oder zu einer Erhöhung des prozentualen Trockenrückstandes im Substrat führt. Dies hat wiederum in vorteilhafter Art und Weise zur Folge, dass bei kürzeren Trocknungsperioden weniger angelieferter Klärschlamm vor seiner Trocknung auf einem Lagerplatz 4 der Anlage 1 zwischengelagert werden muss. Bei einem höheren Trocknungsgrad und der damit einhergehenden Verringerung der Masse des zu trocknenden Substrats sinken in vorteilhafter Art und Weise die Kosten für dessen Abtransport. Des Weiteren besitzt dies den Vorteil, dass es nun möglich ist, den getrockneten Klärschlamm stabil auf Deponien zu lagern oder in Folge des geringeren Feuchtigkeitsgehaltes einer thermischen Verwertung zuzuführen.
Die thermische Solaranlage 8' ist nun in Figur 2 schematisch dargestellt. Sie weist Solarkollektoren 9 auf, die im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel auf dem Dach eines Technikgebäudes 5 angeordnet sind. Das in einem Primärkreislauf 10 befindliche Heizmedium, vorzugsweise eine geeignete Flüssigkeit, wird bei seinem Durchgang durch die Solarkollektoren 9 der Solaranlage 81 erwärmt und gelangt dann in einen Wärmespeicher 14, der mit einem Wärmetauscher 13 in Verbindung steht. Von dem Wärmetauscher 13 geht ein Sekundärkreislauf 12 aus, welcher das vom Wärmetauscher 13 erwärmte Heizmedium des Sekundärkreislaufs 12 zu den Rohren 6 der Böden 3a, 3b leitet.
Dem Fachmann ist aus obiger Beschreibung ersichtlich, dass die Ausbildung der Heizeinrichtung 8 mit Wärmespeicher 14 und Wärmetauscher 13 zwar bevorzugt wird, aber nicht zwingend erforderlich ist. Es ist auch zum Beispiel möglich, die Solarkollektoren 9 direkt über einen einzigen Kreislauf mit den Rohren 6 zu verbinden.
Die Regelung des Primärkreislaufs 12 erfolgt hierbei vorzugsweise durch eine Temperaturdifferenz-Regelung, mittels einer Messung der Temperatur des Heizmediums im Solarkollektor 9 und dessen Temperatur im Wärmespeicher 14: Liegt die Temperatur des Heizmediums in Solarkollektor 9 über einer Temperatur des Heizmediums im Wärmespeicher 14, wird der Primärkreislauf 10 geöffnet und derart über das Heizmedium Wärme in den Wärmespeicher 14 eingebracht. Liegt die Temperatur des Heizmediums im Solarkollektor 9 unter derjenigen im Wärmespeicher 14, so wird ein Zufluss des in den Solarkollektoren 9 befindlichen kühleren Heizmediums zum Wärmespeicher 14 unterbunden, um eine Abkühlung desselben zu vermeiden.
Die Regelung der Wärmeversorgung der Rohre 6 über den Sekundärkreislauf 12 erfolgt ebenfalls aufgrund einer Temperaturdifferenz-Messung zwischen der Temperatur des Heizmediums im Wärmespeicher 14 und dessen Temperatur in den Böden 3a, 3b: Liegt die Temperatur im Wärmespeicher 14 über derjenigen in den Böden 3a, 3b, so wird der Sekundärkreislauf 12 geöffnet, um Wärme aus dem Wärmespeicher 14 zu den Rohren 6 und somit zu den Böden 3a, 3b zu transportieren.
Um einzelne Abschnitte der Trocknungsfläche 3 wärmebeaufschlagen zu können, kann optional vorgesehen sein, dass die Trockenfläche 3 in mehrere Segmente 6a - 6e unterteilt ist, die unabhängig voneinander mit Wärme beaufschlagbar sind.
Wie bereits erwähnt, wird bevorzugt, dass das Heizmedium eine entsprechende Flüssigkeit ist, da diese in sicherheits- und handhabungstechnischer Hinsicht Vorteile gegenüber einem ebenfalls möglichen gasförmigen Heizungsmedium aufweist. Bei der Verwendung von Flüssigkeit wird bevorzugt, dass dieser Flüssigkeit ein Frostschutzmittel zugefügt wird. Auf diese Weise wird zum einen ein Einfrieren dieser Flüssigkeit im Winter verhindert, zum anderen erhöht das Frostschutzmittel in der Regel den Siedepunkt der Flüssigkeit, so dass ein Sieden der wärmeertragenden Flüssigkeit auch bei maximaler Stillstandstemperatur der Solarkollektoren verhindert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur solaren Trocknung von Substrat, insbesondere von Klärschlamm, die eine mit solarer Energie beaufschlagbare Trocknungsfläche (3) aufweist, auf die das zu trocknende Substrat aufbringbar ist, und eine Heizeinrichtung (8) zur Beheizung des zu trocknenden Substrats aufweist, wobei die Heizeinrichtung (8) mindestens ein Rohr (6) besitzt, durch das ein Heizmedium leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (8) als thermische Solaranlage (81) ausgebildet ist, die mindestens einen Solarkollektor (9) besitzt, durch den die zur Erwärmung des in dem mindestens einen Rohr (6) befindlichen Heizmediums benötigte Energie erzeugbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (8) einen Wärmespeicher (14) besitzt, der über einen Primärkreislauf (10) mit dem mindestens einen Solarkollektor (9) verbunden ist.
3. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) einen Sekundärkreislauf (12) zur Versorgung des mindestens einen Rohres (6) mit dem erwärmten Heizmedium besitzt.
4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (10) und der Sekundärkreislauf (12) durch einen Wärmetauscher (13) gekoppelt sind.
5. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Heizmedium durchströmbaren Rohre (6) in mehrere getrennte mit dem Heizmedium beaufschlagbare Segmente (6a - 6e) unterteilt sind.
6. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens ein hallenartiges Gebäude (2a, 2b) aufweist, das über der Trocknungsfläche (3) angeordnet ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebäude (2a, 215) gewächshausartig ausgebildet ist.
8. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden (3a, 3b) des Gebäudes (2a, 2b) die Trocknungsfläche (3) ausbildet.
9. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium eine Flüssigkeit ist.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Heizmedium ein Frostschutzmittel beigefügt ist.
11.Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhr zum Wärmespeicher (14) und/oder zu dem mindestens einen Rohr (6) durch eine Temperaturdifferenz-Messung geregelt wird.
12. Verfahren zur solaren Trocknung von Substrat, insbesondere von Klärschlamm, bei dem das auf einer Trocknungsfläche (3) befindliche Substrat mit solarer Energie beaufschlagt und durch eine Heizeinrichtung (8) beheizt wird, indem zu dem zu trocknenden Substrat ein dieses wärmebeaufschlagendes, erwärmtes Heizmedium geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine als thermische Solaranlage (81) ausgebildete Heizeinrichtung (8) verwendet wird, durch welche die zur Erwärmung des Heizmediums erforderliche Energie gewonnen wird.
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