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DE202009005508U1 - Training system heat pump and solar thermal - Google Patents

Training system heat pump and solar thermal Download PDF

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DE202009005508U1 DE202009005508U DE202009005508U DE202009005508U1 DE 202009005508 U1 DE202009005508 U1 DE 202009005508U1 DE 202009005508 U DE202009005508 U DE 202009005508U DE 202009005508 U DE202009005508 U DE 202009005508U DE 202009005508 U1 DE202009005508 U1 DE 202009005508U1
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Abstract

Lehrsystem Wärmepumpe und Solarthermie, dadurch gekennzeichnet, dass das Lehrsystem aus verschiedenen Hauptkomponenten – nachfolgend Schulungsstände (1) genannt – besteht, die unterschiedlich kombiniert und parametriert werden können, um so verschiedene Realsituationen oder Anlagenkonzepte im Bereich der Wärmepumpentechnik und der Solarthermie zu simulieren und damit verschiedene Lernziele zu erreichen.Training system heat pump and solar thermal energy, characterized in that the teaching system consists of various main components - referred to below as training stands (1) - which can be combined and parameterized differently to simulate different real situations or plant concepts in the field of heat pump technology and solar thermal and thus different To achieve learning goals.

Figure 00000001
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Description

Technischer Bereich:Technical part:

Das Lehrsystem ist ein Lehrmittel im Bereich der Wärmepumpentechnik und der Solarthermie.The Teaching system is a teaching tool in the field of heat pump technology and solar thermal energy.

Stand der Technik:State of the art:

Nach dem Informationsstand des Anmelders gibt es bislang kein Lehrsystem im Bereich der Wärmepumpentechnik, bei dem zusammen mit einer Wärmepumpe verschiedene weitere Elemente, wie z. B. ein Gebläsekonvektor, ein Gefäß mit Rohrbündeln, ein Solarthermiemodul, ein Pufferspeicher, eine Hydraulikweiche oder ein Plattenwärmetauscher je nach Lehrziel modular und optional zu unterschiedlichen Gesamtsystemen kombiniert werden können. Somit ist es mit den bestehenden Lehrsystemen im Bereich der Wärmepumpentechnik nicht möglich, unterschiedliche komplexe Wärmepumpenanwendungen zu simulieren.To The information stand of the applicant does not yet have a teaching system in the field of heat pump technology, in the case of a heat pump various other elements, such as. B. a fan coil, a vessel with tube bundles, a Solar thermal module, a cache, a hydraulic switch or a plate heat exchanger depending on the teaching objective modular and optionally combined to different complete systems can be. Thus, it is with the existing training systems in the field of heat pump technology not possible, different complex heat pump applications to simulate.

Mit dem Lehrsystem Wärmepumpe und Solarthermie ist dies möglich.With the training system heat pump and solar thermal, this is possible.

Technische Beschreibung:Technical description:

Das Lehrsystem besteht aus verschiedenen kombinierbaren auf Rädern fahrbaren Schulungsständen.The Teaching system consists of various combinable wheels on wheels Training stands.

Zentrales Element des Lehrsystems ist der

  • • Schulungsstand S5 mit einem Wärmepumpensystem (siehe Zeichnung 5): Solewärmepumpe (Zeichnung 5, Pos. 1) mit Heizleistung 6 kW, Pel = 1,2 kW. Mit allen Sicherheitseinrichtungen im elektrischen und hydraulischen Bereich; den hydraulischen und elektrischen Anschlüssen, Temperatur- und Druckanzeigen im Kälte- und Heizkreis; den Umwälzpumpen, Spül- und Fülleinrichtungen und den Ventilen. Mit Elektrischen Sicherheits-Schaltgeräten und Sensoranschlüssen für den Wärmepumpenbetrieb; einer steckbaren elektrischen Sicherheitskette; einer elektrischen Messwerterfassung für Leistung, Energie, Spannung, Strom, Phasenfaktor, Drehfeld und Blindleistung; Stromversorgungsanschlüssen für Hilfsstromkreise. Mit Manometer in Nieder- und Hochdruckteil. Mit Anzeige der Temperaturen im Kältekreis nach dem Verdampfer, dem Verichter, dem Verflüssiger, dem Expansionsventil und den Pressostaten. An allen Armaturen können zur fachlichen Zuordnung magnetische Bezeichnungsschilder befestigt werden.
Central element of the teaching system is the
  • • Training stand S5 with a heat pump system (see drawing 5): Brine heat pump (drawing 5, pos. 1 ) with heating power 6 kW, P el = 1.2 kW. With all safety devices in the electrical and hydraulic area; the hydraulic and electrical connections, temperature and pressure indications in the cooling and heating circuit; circulating pumps, flushing and filling equipment and valves. With electrical safety switchgear and sensor connections for heat pump operation; a pluggable electrical safety chain; electrical measurement acquisition for power, energy, voltage, current, phase factor, rotating field and reactive power; Power supply connections for auxiliary circuits. With pressure gauge in low and high pressure part. With indication of the temperatures in the refrigeration circuit after the evaporator, the condenser, the condenser, the expansion valve and the pressostat. Magnetic nameplates can be attached to all fittings for technical assignment.

Weitere Schulungsstände sind zum Zeitpunkt der Antragsstellung:

  • • Schulungsstand S1 mit Behälter und integrierten Rohrbündeln (Rohrwickeln), zur Simulation einer Erdwärmequelle oder eines Heizkörpers/Fußbodenheizung (siehe Zeichnung 1). Mit Wärmemengenzählern und Sensonren (Zeichnung 1, Pos. 1) und mit Bypassventil (Zeichnung 1, Pos. 2). Mit 3 Kreisen aus Metall-Verbundrohrwickeln DN 15 mit den Längen 10 m, 20 m und 30 m. Mit je einem Durchflussanzeiger (Zeichnung 1, Pos. 3) und einem Drosselventil (Zeichnung 1, Pos. 4) je Rohrwickel. Mit einem Behälter (Zeichnung 1, Pos. 5) mit Fassungsvermögen ca. 200 Liter als Wasserspeicher, mit Bodenablaufventil. Der Nutzung entsprechend wird dieser Stand entweder rechts von der Wärmepumpe als Wärmesenke oder links von der Wärmepumpe als Wärmequelle angeschlossen. Bei einer Heizkreisumkehr können die beiden Sensoren des Wärmemengenzählers ausgetauscht werden. Die Wärmemengenzähler werden für Wassermengen von ca. 1500 m3/h gewählt.
  • • Schulungsstand S2 mit Gebläsekonvektoren zum Ansaugen oder zum Ausblasen von Luft entsprechend einer Wärmequelle oder einer Wärmesenke (siehe Zeichnung Nr. 2). Mit Wärmemengenzählern und Sensoren (Zeichnung 2, Pos. 1). Mit 2 Gebläsekonvektoren (Zeichnung 2, Pos. 2), einzeln absperrbar mit Getriebeventilen und mit 4 umschaltbaren Leistungsstufen: m/tLuft = ca. 400–1000 m3/h; Heizleistung ca. 6–12 kW bei 75/65/20°C; Kühlleistung ca. 3–6 kW bei 7/12/27°C. Der Nutzung entsprechend wird dieser Stand entweder rechts von der Wärmepumpe als Wärmesenke oder links von der Wärmepumpe als Wärmequelle angeschlossen. In Verbindung mit der Wärmepumpe arbeitet der Schulungsstand mit einem Solezwischenkreis der auch mit einem Wasser-Glykolgemisch betrieben wird. Alle Armaturen sind deshalb glykolfest und kondens-wasserfest.
  • • Schulungsstand S3 mit Solarthermieanlage mit Kompaktinstallation und Reglung (siehe Zeichnung 3) als Sonnenwärme-Quelle. Mit Flachkollektor oder mit Vakuum-Röhrenkollektor, auswechselbar (Zeichnung 3, Pos. 1). Mit Sonnensimulation, bestehend aus 6 Stück 500 Watt Halogen-Strahlern gleichmäßig über die Absorberflächen verteilt (Zeichnung 3, Pos. 2). Mit Solarregler (Zeichnung 3, Pos. 3), Speicherfühler (Zeichnung 3, Pos. 4), Solepumpe (Zeichnung 3, Pos. 5) und Spül- und Fülleinrichtung (Zeichnung 3, Pos. 6). Mit Elektroanschluss für die Sonnensimulation (Zeichnung 3, Pos. 7), Regler (Zeichnung 3, Pos. 8) und Datenauswertung (Zeichnung 3, Pos. 9). Ein handelsüblicher Flachkollektor oder ein Vakuum-Röhrenkollektor sind hier einsetzbar mit einem praxisnahen Anschlussset aus einer Umwälzpumpe, einem Differenztemperaturregler, den notwendigen Sensoren und einer Datenauswertung mit Ertragserfassung. Die Sicherheitsarmaturen und die Füll- und Spüleinrichtung sind fest installiert
  • • Schulungsstand S4 als Koppelbauteil mit Trennspeicher (Pufferspeicher), Plattenwärmetauscher und Hydraulikweiche (siehe Zeichnung 4). Mit Plattenwärmetauscher auf der Vorderseite (Zeichnung 4, Pos. 1) und Hydraulikweiche auf der Rückseite (Zeichnung 4, Pos. 2). Mit Pufferspeicher parallel oder in Reihe nutzbar, ca. 160 Liter (Zeichnung 4, Pos. 3), mit Rohrbündelwärmetauscher (Zeichnung 4, Pos. 4), mit fest montierter Dämmung (Zeichnung 4, Pos. 5). Mit diesem Schulungsstand können sowohl einzelne Hydraulikversuche durchgeführt als auch die Integration in ein Komplettsystem realisiert, untersucht und vermessen werden.
Further training stands are at the time of the application:
  • • Training stand S1 with container and integrated tube bundles (tube windings), to simulate a geothermal source or a radiator / underfloor heating (see drawing 1). With heat meters and sensors (drawing 1, pos. 1 ) and with bypass valve (drawing 1, pos. 2 ). With 3 circles of metal composite tubes DN 15 with the lengths 10 m, 20 m and 30 m. With one flow indicator each (drawing 1, pos. 3 ) and a throttle valve (drawing 1, pos. 4 ) per tube winding. With a container (drawing 1, item 5) with capacity approx. 200 liters as a water tank, with floor drain valve. According to use, this stand is connected either to the right of the heat pump as a heat sink or to the left of the heat pump as a heat source. With a heating circuit reversal, the two sensors of the heat quantity meter can be exchanged. The heat meters are chosen for water volumes of approx. 1500 m 3 / h.
  • • Training station S2 with fan coil units to draw in or blow out air according to a heat source or a heat sink (see drawing no. 2). With heat meters and sensors (drawing 2, pos. 1 ). With 2 fan convectors (drawing 2, pos. 2 ), individually lockable with gear valves and with 4 switchable output stages: m / t air = approx. 400-1000 m 3 / h; Heating power approx. 6-12 kW at 75/65/20 ° C; Cooling capacity approx. 3-6 kW at 7/12/27 ° C. According to use, this stand is connected either to the right of the heat pump as a heat sink or to the left of the heat pump as a heat source. In conjunction with the heat pump, the training stand works with a brine intermediate circuit which is also operated with a water-glycol mixture. All fittings are therefore glycol-proof and water-resistant.
  • • Training stand S3 with solar thermal system with compact installation and control (see drawing 3) as solar heat source. With flat collector or with vacuum tube collector, interchangeable (drawing 3, pos. 1 ). With solar simulation, consisting of 6 pieces 500 watt halogen spotlights evenly distributed over the absorber surfaces (drawing 3, pos. 2 ). With solar controller (drawing 3, pos. 3 ), Storage tank sensor (drawing 3, pos. 4 ), Brine pump (drawing 3, pos. 5 ) and rinsing and filling device (drawing 3, pos. 6 ). With electrical connection for the solar simulation (drawing 3, pos. 7 ), Controller (drawing 3, pos. 8th ) and data evaluation (drawing 3, pos. 9 ). A commercially available flat collector or a vacuum tube collector can be used here with a practical connection set consisting of a circulating pump, a differential temperature controller, the necessary sensors and a data analysis with yield recording. The safety fittings and the filling and flushing device are permanently installed
  • • Training stand S4 as coupling component with separation storage (buffer storage), plate heat exchanger and hydraulic switch (see drawing 4). With plate heat exchanger on the front (drawing 4, pos. 1 ) and hydraulic switch on the back (drawing 4, pos. 2 ). With buffer storage in parallel or in series usable, approx. 160 liters (drawing 4, pos. 3 ), with tube bundle heat exchanger (drawing 4, pos. 4 ), with permanently mounted insulation (drawing 4, pos. 5 ). With this training stand, individual hydraulic tests can be carried out as well as the integration into a complete system realized, examined and measured.

Durch unterschiedliche Kombinationen und Parametrierungen der Schulungsstände können verschiedene Realsituationen und Anlagenkonzepte von Wärmepumpenanwendungen simuliert werden.By Different combinations and parameterizations of the training stands can be different Real situations and plant concepts of heat pump applications simulated become.

Die Versuchsaufbauten im Bereich der Wärmepumpentechnik mit diesem Lehrsystem bestehen – entsprechend realen Wärmepumpenanwendungen – aus einem Quellenkreis und einem Heizkreis. Im Quellenkreis wird Wärme entnommen und im Heizkreis wird die dem Quellenkreis entnommene Wärme abgegeben.The Test setups in the field of heat pump technology with this Teaching system exist - accordingly real heat pump applications - from one Source circle and a heating circuit. Heat is taken from the source circuit and in the heating circuit, the heat taken from the source circuit is released.

Anwendungsbeispiel:Example of use:

  • Wärmequelle: UmgebungsluftHeat source: ambient air
  • Wärmesenke: Heizkörper/FußbodenheizungHeat sink: Radiators / floor heating

Figure 00040001
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Die Umgebungsluft wird am Gebläsekonvektor (Schulungsstand S2) mit Umgebungstemperatur angesaugt. Diese Umweltenergie wird im Quellenkreis der Wärmepumpe (Schulungsstand S5) aufgenommen. Im Verdampfer der Wärmepumpe wird ihr die Wärme entzogen und über den Heizkreis an die drei Rohrbündel (Schulungsstand S1) weitergeleitet, die bei diesem Versuch eine Fußbodenheizung oder einen Heizkörper simulieren können. Die bei diesem Prozess gleichzeitig entstehende Kälte wird über das Gebläse (Schulungsstand S2) abgegeben.The Ambient air is at the fan coil (Training level S2) sucked in with ambient temperature. This environmental energy is in the source circuit of the heat pump (Training level S5). In the evaporator of the heat pump she will feel the warmth withdrawn and over the heating circuit to the three tube bundles (training stand S1) passed, which in this experiment a floor heating or a radiator can simulate. The simultaneous cold produced during this process is transmitted via the fan (Training level S2).

Ein entscheidender technischer Lösungsschritt ist hier die Einschaltung eines Solezwischenkreises. Normalerweise wird der Kältekreis der Wärmepumpe direkt durch den Gebläsekonvektor geführt, der damit die Funktion des Verdampfers übernimmt. Im schulischen Experimentierbetrieb ist eine Auftrennung des Kältekreises wegen der Sicherheitsvorgaben für die Kältemittel nicht möglich. Eine Lösung ist hier die Einschaltung eines Solezwischenkreises weil damit das Wärmepumpensystem (S5) als Einheit erhalten bleibt und für viele weitere Versuchsanordnungen nutzbar wird!A decisive technical solution step here is the activation of a brine intermediate circuit. Normally, the refrigerant circuit of the heat pump is led directly through the fan coil, which thus assumes the function of the evaporator. In school experimental operation a separation of the refrigerant circuit is not possible because of the safety requirements for the refrigerant. One solution here is the use of a brine intermediate circuit because it keeps the heat pump system (S5) as a unit and for many Further test arrangements can be used!

Die Versuchsanleitung zum Lehrsystem Wärmepumpe und Solarthermie beinhaltet unter Anderem

  • – Technische Beschreibung und Funktionsbeschreibung
  • – Beschreibung/Anleitung zu den Versuchsdurchführungen
  • – Aufgaben
  • – Lösungen zu den Aufgaben
und ist ein integrierter Bestandteil des LehrsystemsThe experiment instructions for the teaching system heat pump and solar thermal includes among others
  • - Technical description and functional description
  • - Description / instructions for the experimental procedures
  • - Tasks
  • - Solutions to the tasks
and is an integral part of the teaching system

Claims (7)

Lehrsystem Wärmepumpe und Solarthermie, dadurch gekennzeichnet, dass das Lehrsystem aus verschiedenen Hauptkomponenten – nachfolgend Schulungsstände (1) genannt – besteht, die unterschiedlich kombiniert und parametriert werden können, um so verschiedene Realsituationen oder Anlagenkonzepte im Bereich der Wärmepumpentechnik und der Solarthermie zu simulieren und damit verschiedene Lernziele zu erreichen.Training system heat pump and solar thermal energy, characterized in that the teaching system consists of various main components - referred to below as training stands (1) - which can be combined and parameterized differently to simulate different real situations or plant concepts in the field of heat pump technology and solar thermal and thus different To achieve learning goals. Schulungsstand allgemein, gilt für alle Schulungsstände des Lehrsystems ist dadurch gekennzeichnet, er auf einem fahrbaren Gestell montiert ist und zusammen mit anderen Schulungsständen des Lehrsystems kombiniert werden kann. Die Schulungsstände werden über Rohrleitungen miteinander verbunden, die mit Wasser oder anderen Flüssigkeiten gefüllt werden, über welche die Wärmeströme von der Wärmequelle zur Wärmesenke transportiert werden.Training level in general, applies to all training levels of the Lehrsystems is characterized, he on a mobile frame is mounted and together with other training stands of the Teaching system can be combined. The training stands are over pipelines connected to each other with water or other liquids filled be over which the heat flows from the heat source to the heat sink be transported. Schulungsstand S1, Erdwärme oder Fußbodenheizung (siehe Zeichnung Nr. 1 – wird nachgereicht) ist durch einen Behälter mit innenliegenden unterschiedlich langen Rohrbündeln gekennzeichnet. Der Behälter wird mit Wasser oder mit einer anderen Flüssigkeit gefüllt. Über die den Behälter durchströmenden Rohrleitungen wird bei Verwendung als Quellkreis Wärme entzogen. In diesem Fall dient der Schulungsstand als Wärmequelle. Bei der Verwendung im Heizkreis wird Wärme hinzugeführt. Jetzt arbeitet der Schulungsstand als Wärmesenke und stellt einen Heizkörper oder eine Fußbodenheizung dar.Training stand S1, geothermal or underfloor heating (see drawing No. 1 - will later) is different by a container with inside long tube bundles characterized. The container will filled with water or with another liquid. About the the container flowing through Pipes are deprived of heat when used as the source circuit. In this case, the training stand serves as a heat source. When using in the heating circuit becomes heat add out. Now the training stand works as a heat sink and puts a radiator or a floor heating represents. Schulungsstand S2, Gebläsekonvektor (siehe Zeichnung Nr. 2 – wird nachgereicht) ist durch einen Gebläsekonvektor gekennzeichnet, der bei Verwendung im Quellkreis Umgebungsluft als Wärmequelle ansaugt, der dann die Wärme entzogen wird. Dies geschieht mit einem Solezwischenkreis, der die Umgebungswärme vom Gebläsekonvektor zur Wärmepumpe leitet. Bei Verwendung im Heizkreis gibt der Gebläsekonvektor Wärme an die Umgebung ab und arbeit hierbei als Warmluftgebläse.Training stand S2, fan coil (see drawing No. 2 - will supplied later) is characterized by a fan coil, when used in the source circuit ambient air as a heat source sucks, then the heat is withdrawn. This is done with a brine intermediate circuit, which the Ambient heat from Fan to the heat pump passes. When used in the heating circuit, the fan coil is used Heat on the environment from and work here as a hot air blower. Schulungsstand S3, Solarthermie (siehe Zeichnung Nr. 3 – wird nachgereicht) ist durch eine komplette Solarthermieanlage gekennzeichnet, mit der über eine Sonnensimulation durch Halogenscheinwerfer alle Funktionen der Solarthermie dargestellt und vermessen werden können. Mit dem Schulungsstand S3 kann zusätzlich Wärmeenergie vor oder nach der Wärmepumpe eingekoppelt werden zur Untersuchung der Wechselwirkung des Wärmepumpensystem mit der Solarthermieanlage. Damit kann beispielsweise untersucht werden, ob es effizienter ist, die Solarthermie bei Wärmepumpensystemen in den Quellkreis oder in den Heizkreis zu integrieren.Training stand S3, solar thermal (see drawing No. 3 - will Subsequent) is characterized by a complete solar thermal system, with the over a solar simulation by halogen lights all functions the solar thermal can be displayed and measured. With the training level S3 can additionally Thermal energy before or after the heat pump be coupled to investigate the interaction of the heat pump system with the solar thermal system. This can for example be investigated whether it is more efficient, solar thermal in heat pump systems to integrate into the source circuit or into the heating circuit. Schulungsstand S4, Pufferspeicher mit Hydraulikweiche und Plattenwärmetauscher (siehe Zeichnung Nr. 4 – wird nachgereicht) ist durch einen Pufferspeicher, eine Hydraulikweiche und einen Plattenwärmetauscher gekennzeichnet, die in unterschiedliche Anlagekonzepte des Lehrsystems integriert werden können, um so die Wechselwirkungen unterschiedlicher Komponenten und Parametrierungen zu untersuchen und zu bewerten.Training stand S4, buffer tank with hydraulic switch and plate heat exchangers (see drawing no. 4 - will supplied later) is through a buffer, a hydraulic switch and a plate heat exchanger characterized in different investment concepts of the teaching system can be integrated so the interactions of different components and parameterizations to examine and evaluate. Schulungsstand S5, Wärmepumpe (siehe Zeichnung Nr. 5 – wird nachgereicht) ist durch die Wärmepumpe als zentralem Element des Lehrsystems sowie den Steuerungseinheiten für die weiteren Komponenten des Lehrsystems gekennzeichnet. Maßgebliche Komponenten dieses Schulungsstands sind neben der Wärmepumpe ein fest montierter Kältekreis mit Manometern und Thermometern zur messtechnischen Erfassung der physikalischen Vorgänge im Kältekreis, Nieder- und Hochdruckpressostaten, Wärmemengenmessgeräten und Umwälzpumpen. Zur elektrische Steuerung und Regelung der Sicherheitsfunktionen sind alle elektrischen Komponenten des Lehrsystems in einer steckbaren Sicherheitskette elektrisch eingebunden. Die Messung aller elektrischen Werte erfolgt in einem Energiemonitor mit einer Datenauskopplung.Training stand S5, heat pump (see drawing no. 5 - to be submitted later) is characterized by the heat pump as the central element of the training system and the control units for the other components of the training system. In addition to the heat pump, the main components of this training stand are a permanently installed cooling circuit with pressure gauges and thermometers for measuring the physical processes in the cooling circuit, low-pressure and high-pressure compressors, heat meters and circulating pumps. For electrical control and regulation of the safety functions, all electrical components of the teaching system are electrically integrated in a pluggable safety chain. The measurement of all electrical who te takes place in an energy monitor with a data decoupling.
DE202009005508U 2009-04-11 2009-04-11 Training system heat pump and solar thermal Expired - Lifetime DE202009005508U1 (en)

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