DE202009000995U1 - Combined heat storage system - Google Patents
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Abstract
Kombinationswärmespeichersystem bestehend aus mindestens einem Tank (1), der im Erdreich (15) angeordnet ist, einer Wärmepumpe (2), die mit mindestens einem Wärmetauscher (3) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (3) in einem Tank (1) angeordnet ist, einer Pumpe (14) für einen Brunnen (5), die mit dem Tank (1) oder den Tanks verbunden ist, einer Tankpumpe (13), die in dem Tank (1) angeordnet ist, mindestens einem Überlauf (7), der in unteren Bereich des Tankes (1) angeordnet ist und einer Steuerung (12).Combined heat storage system consisting of at least one tank (1) which is arranged in the ground (15), a heat pump (2) which is connected to at least one heat exchanger (3), wherein the heat exchanger (3) in a tank (1) is arranged a pump (14) for a well (5), which is connected to the tank (1) or the tanks, a tank pump (13), which is arranged in the tank (1), at least one overflow (7) in the lower region of the tank (1) is arranged and a controller (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Kombinationswärmespeichersystem sowie ein Verfahren zur Speicherung und Nutzung von Erdwärme mittels eines Kombinationswärmespeichersystems. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Nutzung von alternativen Energien als Energiequelle insbesondere von Gebäuden.The The invention relates to a combination heat storage system and a method for storing and using geothermal energy by means of a combined heat storage system. The invention lies in the field of the use of alternative energies as an energy source especially of buildings.
Bei
der Nutzung von Erdwärme für Wärmepumpenanlagen
ist es Stand der Technik, in dem Erdreich ein Rohrsystem zu installieren,
das von einem Wasser-Frostschutzgemisch (Sole) durchströmt
wird, wie dies beispielsweise bereits in der
Bei
diesen Rohrsystemen spricht man von Kollektoren (z. B. Flachkollektoren,
Spiralkollektoren, etc.) oder Sonden (Tiefensonden). Einen derartigen
Wärmetauscher beschreibt beispielsweise die
Bei der Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle für eine Wärmepumpenanlage ist es Stand der Technik, mittels einer Brunnenpumpe das Grundwasser zu fördern, durch den Wärmetauscher (Verdampfer) der Wärmepumpe zu führen und anschließend durch einen Schluckbrunnen wieder der Grundwasserschicht zuzuführen. Als Variante ist bekannt, dass ein zusätzlicher Wärmetauscher die Energie aus dem Grundwasser an einen Solekreislauf übergibt, welcher durch den Verdampfer der Wärmepumpe strömt.at the use of groundwater as a heat source for a heat pump system is state of the art, by means of a well pump to promote the groundwater, through the Heat exchanger (evaporator) to lead the heat pump and then through a gulp again the Supply groundwater layer. As a variant is known that an additional heat exchanger the energy from the groundwater to a brine circuit passes, which flows through the evaporator of the heat pump.
Bei dieser Technik ist es erforderlich, dass die Brunnenpumpe gleichzeitig mit der Wärmepumpe in Betrieb sein und den erforderlichen Mindestdurchfluss durch den Verdampfer bzw. zusätzlichen Wärmetauscher sicherstellen muss. Dieses bedeutet durch die hohe Leistung und dem damit verbundenen erhöhten Stromverbrauch der Brunnenpumpe eine schlechtere Jahresarbeitszahl der kompletten Anlage.at This technique requires that the well pump simultaneously be in operation with the heat pump and the required Minimum flow through the evaporator or additional Heat exchanger must ensure. This means by the high performance and the associated increased power consumption the well pump a worse annual work count of the complete Investment.
Der Verdampfer bzw. zusätzliche Wärmetauscher steht in direktem Kontakt zum Grundwasser und es besteht die Gefahr, dass durch eine schlechte Wasserqualität oder Schmutzpartikel häufige und aufwendige Wartungsarbeiten erforderlich sind oder gar die Zerstörung des Materials droht. Sollte der Verdampfer zerstört werden, bedeutet das in der Regel einen wirtschaftlichen Totalschaden der Wärmepumpe. Gleiches gilt für Anlagen, bei denen das Grundwasser direkt in den Verdampfer geführt wird und es durch eine Fehlbedienung oder einen technischen Defekt zu einem Gefrieren des Wassers kommt.Of the Evaporator or additional heat exchanger is in direct contact with the groundwater and there is a risk that due to poor water quality or dirt particles frequent and expensive maintenance is required or even the destruction of the material threatens. Should the Evaporators are destroyed, this usually means one total economic loss of the heat pump. The same applies to installations where the groundwater directly into the Evaporator is led and it by a wrong operation or a technical defect comes to a freezing of the water.
Als weitere Möglichkeit sind Kollektorsysteme bekannt, die als Erdkollektorsysteme in die Grundwasser führende Schicht eingebaut werden. Dort werden in der Regel Spiralkollektoren aus PE- oder Edelstahlwellrohr installiert. Diese Variante ist jedoch mit vertretbarem Aufwand nur bei oberflächennahen Grundwasserschichten möglich. Außerdem sind mehrere Kollektoren erforderlich, die eine entsprechend große Fläche auf dem Grundstück beanspruchen. Durch die hohe Anzahl der Kollektoren steigt auch die Menge der Sole in dem System. Da diese jedoch üblicherweise ein Frostschutzmittel enthält, besteht im Falle einer Leckage die Gefahr, dass eine größere Menge dieses Mittels direkt in das Grundwasser gelangen kann.When Another possibility is known collector systems, the as earth collector systems in the groundwater leading layer to be built in. There are usually spiral collectors PE or stainless steel corrugated pipe installed. This variant is however with reasonable effort only at shallow groundwater layers possible. In addition, several collectors are required the one correspondingly large area on the property claim. Due to the high number of collectors also increases the amount of brine in the system. But these are usually contains antifreeze, in case of leakage the danger of having a larger amount of this remedy can get directly into the groundwater.
Die
In
der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden oder zu minimieren und eine optimierte Anlage sowie ein effizientes Verfahren bereitzustellen, die einfach und kostengünstig zu betreiben ist.The The object of the invention is to overcome the disadvantages of Prior art to avoid or minimize and optimized To provide plant as well as an efficient process that is simple and is inexpensive to operate.
Die Aufgabe wird durch die Angabe eines Kombinationswärmespeichersystems gemäß Anspruch 1 sowie eines Verfahrens zur Nutzung von Erdwärme mittels eines Kombinationswärmespeichersystems gemäß Anspruch 5 gelöst. Die Unteranspruche 2 bis 4 und 6 bis 11 geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.The Task is by specifying a combined heat storage system according to claim 1 and a method of use of geothermal energy by means of a combination heat storage system solved according to claim 5. The dependent claims 2 to 4 and 6 to 11 give further advantageous embodiments to the invention.
Das erfindungsgemäße Kombinationswärmespeichersystem besteht aus mindestens einem Tank, der im Erdreich angeordnet ist, einer Wärmepumpe, die mit mindestens einem Wärmetauscher verbunden ist, wobei der Wärmetauscher in einem Tank angeordnet ist, einer Pumpe für einen Brunnen, die mit dem Tank oder den Tanks verbunden ist, einer Tankpumpe, die in dem Tank angeordnet ist, mindestens einem Überlauf, der in unteren Bereich des Tankes angeordnet ist sowie einer Steuerung.The inventive combination heat storage system consists of at least one tank located in the ground, a heat pump with at least one heat exchanger is connected, wherein the heat exchanger arranged in a tank is a pump for a well that is connected to the tank or the Tanks connected to a tank pump, which is located in the tank is, at least one overflow, in the lower area the tank is arranged and a controller.
Das Kombinationswärmespeichersystem dient optimal als Wärmetauscherverfahren zur Nutzung von Grundwasser als Energiequelle für eine Wärmepumpenanlage und zusätzlicher Gewinnung von weiterer Erdwärme. Bevorzugt besteht die einfache Möglichkeit der zusätzlichen Nutzung von Regenwasserwärme, Wärme aus der Abluft-Wärmerückgewinnung, Solarthermie, Abwasserwärme, Oberflächenwasserwärme, See-, Meer- und Flusswasserwärme zur Optimierung der gesamten Wärmepumpenanlage durch Minimierung des erforderlichen Platzbedarfes, der erforderlichen Brunnenleistung sowie der eingesetzten Pumpen, um somit eine verbesserte Jahresarbeitszahl zu erreichen und eine einfache und kostengünstige Wartung der Anlage sicherzustellen.The Combined heat storage system serves optimally as a heat exchanger process for the use of groundwater as an energy source for a Heat pump system and additional extraction of further geothermal energy. Preferably, there is the easy way the additional use of rainwater heat, Heat from exhaust air heat recovery, Solar thermal, sewage heat, surface water heat, See, sea and river water heat to optimize the entire Heat pump system by minimizing the required Required space, the required well output and the used Pumping, so as to achieve an improved annual work rate and to ensure easy and inexpensive maintenance of the plant.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kombinationswärmespeichersystems sieht vor, dass der Wärmetauscher als Spiralrohr ausgebildet ist und vorzugsweise aus Edelstahl besteht. Der Edelstahl-Spiralrohr-Wärmetauscher besitzt eine große Übertragungsfläche, so dass die verwendete Rohrlänge wesentlich geringer ist als bei einem glattem Rohr oder einem Erdkollektor. Dadurch kann die Menge des Frostschutzmittels in der Sole gering gehalten werden. Die Gefahr einer Verschmutzung und verminderten Durchfluss wie bei einem Plattenwärmetauscher besteht nicht. Die Wartung und Reinigung der Anlage ist unkompliziert.A advantageous embodiment of the combination heat storage system provides that the heat exchanger is designed as a spiral tube is and preferably made of stainless steel. The stainless steel spiral tube heat exchanger has a large transfer area, so that the tube length used is much lower than with a smooth pipe or a ground collector. This allows the Amount of antifreeze in the brine be kept low. The risk of pollution and reduced flow as in a plate heat exchanger does not exist. The maintenance and Cleaning the system is straightforward.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tank als Regenwassertank oder Zisterne ausgebildet ist.A preferred variant of the invention is characterized in that the tank is designed as a rainwater tank or cistern.
Besonders vorteilhaft ist die Weiter- bzw. Wiederverwendung von gereinigten Öl- und/oder Gastanks.Especially advantageous is the further or reuse of purified oil and / or gas tanks.
Das Kombinationswärmespeichersystem dient vorteilhaft als Wärmetauscherverfahren zur Nutzung von Grundwasser als Energiequelle für eine Wärmepumpenanlage mit zusätzlicher Gewinnung von Erdwärme und der weiteren Möglichkeit der Nutzung von Regenwasserwärme, Wärme aus Abluft-Wärmerückgewinnung, Solarthermie, Abwasserwärme, Oberflächenwasserwärme, See-, Meer- und Flusswasserwärme zur Optimierung der Steuerung der gesamten Wärmepumpenanlage durch Minimierung des erforderlichen Platzbedarfes, der erforderlichen Brunnenleistung sowie der eingesetzten Pumpen, um somit eine verbesserte Jahresarbeitszahl zu erreichen und eine einfache und kostengünstige Wartung der Anlage sicherzustellen.The Combined heat storage system is advantageously used as a heat exchanger method for the use of groundwater as an energy source for a Heat pump system with additional extraction of Geothermal and the further possibility of use of rainwater heat, heat from exhaust air heat recovery, solar thermal, Sewage heat, surface water heat, See, sea and river water heat to optimize the control the entire heat pump system by minimizing the required Required space, the required well output and the used Pumping, so as to achieve an improved annual work rate and a simple and inexpensive maintenance of the plant sure.
Die Vorteile des Kombinationswärmespeichersystems gegenüber einem Erdkollektor besteht in dem geringerem Platzbedarf, der Einsetzbarkeit auch in Wasserschutzgebieten, der Nutzbarmachung von Zusatzwärme des Grundwassers sowie Zusatzwärme aus Regenwasser, Solar, Abluft, Gewässern. Es liefert höhere Eingangstemperaturen für die Wärmepumpe und weist eine höhere Jahresarbeitszahl auf.The Advantages of the combined heat storage system compared a ground collector is in the smaller footprint, the usability also in water conservation areas, the utilization of additional heat of groundwater and additional heat from rainwater, solar, Exhaust air, waters. It provides higher input temperatures for the heat pump and has a higher one Annual work figure.
Gegenüber einer Grundwasserwärmepumpe hat das Kombinationswärmespeichersystem Vorteile, da eine deutlich geringere Grundwasserfördermenge benötigt, ein Betrieb ohne Trenntauscher ermöglicht wird und eine einfache Wartung sowie hohe Betriebssicherheit erreicht wird. Des Weiteren ist Zusatzwärme aus dem Erdreich sowie aus Regenwasser, Solar, Abluft, und Gewässern nutzbar. Auch hier sind die höheren Eingangstemperaturen für Wärmepumpe sowie die höhere Jahresarbeitszahl der Anlage vorteilhaft.Across from a groundwater heat pump has the combination heat storage system Advantages, as a significantly lower groundwater production required, allows operation without separation exchanger is achieved and easy maintenance and high reliability becomes. Furthermore, additional heat from the soil as well from rainwater, solar, exhaust air, and waters usable. Again, the higher inlet temperatures are for Heat pump and the higher annual work rate the system advantageous.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.embodiments The invention will be explained below with reference to the drawings.
Es
zeigt
In
Die
Nutzung eines Tanks
Der
Edelstahl-Spiralrohr-Wärmetauscher
Die
Gefahr einer Verschmutzung und verminderten Durchfluss wie bei einem
Plattenwärmetauscher besteht nicht. Die Wartung und Reinigung
der Anlage kann unkompliziert und ohne größeren
Montageaufwand durchgeführt werden, da sich der Edelstahl-Spiralrohr-Wärmetauscher
Die
Grundwasserversorgung des Tanks
Die
Brunnenpumpe
Durch
die soletemperaturabhängige Ansteuerung der Brunnen- und
Tankpumpe
Das überschüssige
Wasser im Tank
Die
Versickerung
In
diesem Beispiel wird Regenwasser aus der Dachentwässerung
Durch
die nicht dargestellte Einleitung von Seewasser, Flusswasser etc.
stehen viele kostenlose Naturwärmequellen zur Verfügung,
die helfen, die Betriebszeiten für die Brunnenpumpe
Die
Sole kann – wie beispielhaft dargestellt – zusätzlich
durch ein System der Abluftwärmerückgewinnung
In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein typischen Bestandsbau (Baujahr ca. 1900) mit einem Heizkörpersystem mit Vorlauftemperatur 50°C, einer Warmwasserbereitung für 4 Personen. Der Wärmeenergiebedarf des Gebäudes beträgt 56199 KWh/a, der Heizleistungsbedarf ca. 24 KW.In This embodiment is a typical Inventory (year of construction ca. 1900) with a radiator system with flow temperature 50 ° C, a water heating for 4 people. The heat energy requirement of the building is 56199 KWh / a, the heating power requirement is about 24 KW.
Die
beispielhafte Wärmepumpenanlage
-
1 Tank: 2 × Regenwassertank 2500 Liter -
2 Wärmepumpe: Hochtemperaturwärmepumpe (R134a); Heizleistung bei B0/W35 25,2 KW -
3 Wärmetauscher: 2 × Edelstahl-Spiralrohr DN25, Rohrlänge 50 m -
4 Soleleitung: PE-Rohr DN32, Länge 2 × 20 m -
5 Grundwasserbrunnen Tiefe 20 m mit Pumpe14 : Leistung 0,37 KW -
6 Grundwassereinlauf -
7 Überlauf -
8 Oberflächennahe Versickerung durch Sickertunnel -
9 Einleitung Dachentwässerung ca. 150 m2 Dachfläche -
12 Steuerung mit zwei Temperaturwächtern -
13 Tankpumpe: 2 × Tauchpumpen, Leistung pro Pumpe 0,22 KW
-
1 Tank: 2 × rainwater tank 2500 liters -
2 Heat pump: high temperature heat pump (R134a); Heating power at B0 / W35 25.2 KW -
3 Heat exchanger: 2 × stainless steel spiral pipe DN25, pipe length 50 m -
4 Brine pipe: PE pipe DN32, length 2 × 20 m -
5 Groundwater well depth 20 m with pump14 : Power 0.37 KW -
6 Groundwater inflow -
7 overflow -
8th Near-surface seepage through seepage tunnel -
9 Introduction roof drainage approx. 150 m 2 roof area -
12 Control with two temperature monitors -
13 Tank pump: 2 × submersible pumps, power per pump 0.22 KW
Dieses
Kombinationswärmespeichersystem funktioniert wie folgt:
Erkennt
die Steuerung
Detects the controller
Die
Steuerung
Sinkt
die Soletemperatur in Folge des Energieentzuges aus den Tanks
Sinkt
dennoch die Soletemperatur auf Grund der verbrauchten und nicht
in genügendem Maße nach fließender Wärmeenergie
in die Tanks
Sowie
die Soletemperatur wieder auf Ihre jeweils eingestellten Werte ansteigt,
werden sowohl die Brunnen- als auch die Tankpumpen
Gleiches
gilt für das Abschalten der Wärmepumpe
Die
Jahres-Betriebszahlen der Gesamtanlage mit Kombinationswärmespeichersystem
lauten wie folgt:
- 11
- Tanktank
- 22
- Wärmepumpeheat pump
- 33
- Edelstahl-Spiralrohr-WärmetauscherStainless steel spiral tube heat exchanger
- 44
- Soleleitungbrine line
- 55
-
Grundwasserbrunnen
mit Pumpe (
14 )Groundwater well with pump (14 ) - 66
- GrundwassereinlaufGroundwater inflow
- 77
- Überlaufoverflow
- 88th
- Versickerunginfiltration
- 99
- Dachentwässerungroof drainage
- 1010
- Abluftanlage mit Wärmerückgewinnungair conditioning with heat recovery
- 1111
- Solarkollektorsolar collector
- 1212
- Steuerungcontrol
- 1313
- Tankpumpetank pump
- 1414
- Brunnenpumpewell pump
- 1515
- Erdreichsoil
- 1616
- Gebäudebuilding
- 1717
- Revisionsschachtinspection chamber
- 1818
- Pufferspeicherbuffer memory
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 202006005592 U1 [0009] - DE 202006005592 U1 [0009]
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
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|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
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|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |