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Temperaturregelung bei einer
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Absorptionswärmepumpenanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Regelung der Solltemperatur am ausgang eines Hauptwärmetauschers bei einer Absorptionswärmepumpenanlage,
die einen Verdampfer, einen Kondensator, einen Absorber, einen von einem Brenner
beheizten Aus treiber und eine Lösungsmittelpumpe zwischen dem Absorber und dem
Austreiber umfaßt, wobei die arme Lösung primärseitig durch den Hauptwärmetauscher
geführt ist.
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Eine Absorptionswärmepumpenanlage, die die obengenannten Bauteile
aufweist, ist in der Patentanmeldung P 28 03 118.7 (DE-OS 28 03 118) beschrieben.
Im Wärmepumpenbetrieb wird im Verdampfer einem Kühlmittel Wärme zugeführt. Diese
Wärme wird der armen Lösung eines Lösungsmittels im llauptwärmetauscher entzogen.
Der llauptwärmetauscher ist
Wärmeverbrauchern vorgeschaltet. Mit
dem Verfahren zur Regelung der Wärmeübertragung befaßt sich die DE-OS 28 03 118
nicht. Es ist ausgeführt, daß bei einem außentemperaturabhängigen, nicht ausreichenden
Verdampferdruck, der Kältemittelkreislauf abgeschaltet und der Lösungslcreislauf
als Wärmeträgeranlage genutzt wird.
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Dies ist bei Außentemperaturen der Fall, die beispielsweise kleiner
als - 40C sind.
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Wie bei anderen Heizungsanlagen, so ist es auch bei einer Absorptionswärmepumpenanlage
erwünscht, die Vorlauf-Solltemperatur im Nutzkreislauf entsprechend der Außentemperatur
zu wählen. Bei niedrigeren Außentemperaturen ist eine höhere Vorlauf-Solltemperatur
erwünscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung der Vorlauf-Solltemperatur
des Nutzkreislaufes bei einer Absorptionswärmepumpenanlage der genannten Art vorzuschlagen,
wobei dieses Regelverfahren so ablaufen soll, daß sich ein möglichst geringer Primärenergieverbrauch
des Brenners ergibt.
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Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Austreibertemperatur
durch Regelung des Brenners konstant gehalten wird, daß die von der Lösungsmittelpumpe
geförderte Lösungsmittelmenge in Abhängigkeit von der Solltemperatur gesteuert wird
und daß die Zulaufmenge der armen Lösung zum Absorber über ein einstellbares Drosselventil
der geförderten Lösungsmittelmenge entsprechend eingestellt wird.
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Die Konstanthaltung der Austreibertemperatur ist gUnstig, da damit
optimale Austreibungsverhältnisse in jedem Wärmepumpenbetriebszustand erreicht werden.
Die Anpassung an die jeweilige Solltemperatur erfolgt dadurch, daß über die Lösungsmittelpumpe
die jeweils umlaufende Lösungsmittelmenge gesteuert wird. Sind höhere Temperaturen
erwünscht, fördert die Lösungsmittelpumpe eine größere Lösungsmittelmenge als dann,
wenn eine niedrigere Solltemperatur erreicht werden soll. Eine größere geförderte
Lösungsmittelmenge führt zu einer entsprechend stärkeren Erwärmung des IIauptwärmetauschers
und damit zu einer entsprechenden Erhöhung der Vorlauftemperatur im Nutzkreislauf.
Da die umlaufende Lösungsmittelmenge nicht allein von der Lösungspumpe abhängt,
sondern auch durch das zwischen dem Hauptwärmetauscher und dem Absorber liegende
Drosselventil bestimmt ist, wird das Drosselventil entsprechend der geförderten
Lösungsmittelmenge verstellt.
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Eine derartige Regelung führt dazu, daß in allen Betriebszuständen,
in denen die Anlage als Wärmepumpe arbeitet, die vom Verdampfer aus der Umgebung
aufgenommene Wärmemenge weitestgehend auf den Nutzkreislauf übertragen wird und
daß der Öl- oder Gasverbrauch des Brenners klein ist. Darüber hinaus ist eine derartige
Regelung auch einfach aufzubauen.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird das Drosselventil
in Abhängigkeit von dem jeweiligen Niveau des Lösungsmittels im Austreiber gesteuert.
Damit ist
direkt von der die Solltemperatur verkörperndenSteuergröße
nur die Lösungsmittelpumpe anzusteuern. Die die Solltemperatur verkörpernde Steuergröße
wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur und der tatsächlichen Vorlauftemperatur
im Nutzkreislauf ermittelt.
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In getrennten Regelkreisen wird über das Niveau des Lösungsmittels
im Austreiber das Drosselventil gesteuert und die Austreibertemperatur konstant
gehalten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels und den Unteransprüchen. Die
Figur zeigt eine Absorptionswärmepumpenanlage mit Regelung schematisch, wobei die
flegelleitungen strichliert dargestellt sind.
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Als Arbeitsmedium für die Absorptionswärmepumpenanlage eignet sich
beispielsweise das Stoffpaar Difluormonochlormethan und Tetraäthylenglycoldimethyläther.
Die thermische Stabilität, geringe Korrosivität und Toxizität diescs Stoffpaares
gewnhrleisten einen dauerhaften und sicheren Einsatz. Hinzu kommt eine große Siedepunlçtdifferenz
zwischen den beiden Medien. Das eine der genannten Medien ist als Kältemittel und
das andere als Lösungsmittel eingesetzt.
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Ein Austreiber 1 ist von einem Brenner 2 beheizt, der von Luft und
Brennstoff, wie Öl oder Gas, gespeist ist.
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Dem Austreiber wird durch eine Rohrleitung 3 kältemittelreiches
Lösungsmittel
zugeführt. Die Temperatur dieser reichen Lösung wird möglichst konstant und möglichst
hoch, im Beispielsfalle bei 176 C, gehalten. Es sind hierfür zwei Temperaturfühler
4 und 5 vorgesehen, über die die Brennstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr zum Brenner
2 gesteuert wird.
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Den Aus treiber 1 verläßt Kältemitteldampf, der einen: Kondensator
6 zugeführt wird. Das kondensierte Kältemittel strömt über einen Wärmewechsler 7
zu einem Verdampfer 8, in dem es aus der Umgebung Wärme aufnimmt.
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Der den Verdampfer 8 verlassende Kältemitteldampf wird über den Wnrmewechsler
7 einem Strahlapparat 9 zugeführt und gelangt von diesem zu einem Absorber 10. Der
Strahlapparat 9 ist außerdem direkt über ein Ventil 6 mit dem Kondensator 6 verbunden.
Ist das Ventil 6' geöffnet, dann strömt ein Teil des Kältemitteldampfes als Treibdampfstrom
in den Strahlapparat, so daß sich der Verdampfungsdruck erniedrigt und sich gleichzeitig
der Druck des dem Absorber 10 zugeführten Kältemittels erhöht.
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Den Austreiber 1 verläßt außer dem erwähnten Kältemitteldampf kältemittelarmes
Lösungsmittel. Diese arme Lösung wird über ein Zweiwegeventil 11 einem Wärmewechsler
12 zugeführt. Sie gelangt von dort über einen llauptwärmetauscher 13, ein verstellbares
Drosselventil 14 und ein weiteres Zweiwegeventil 15 in den Absorber 10. Im Wärmepumpenbetrieb
absorbiert die arme Lösung im Absorber 10 Kältemittel. An den Absorber 10 ist eine
Lösungsmittelpumpe
16 angeschlossen, die kältemittelreiches Lösungsmittel
durch den Wärmewechsler 12 dem Aus treiber 1 zuführt. An das Zweiwegeventil 11 ist
ein Bypass 17 angeschlossen, der den Wärmewechsler 12 umgeht. Sekundärseitig ist
an den Hauptwärmetauscher 13 ein Nutzwärmekreislauf 18 angeschlossen, in dem Wärmeverbraucher
19 liegen. Im Vorlauf des Nutzwärmekreislaufes 18 ist ein Temperaturfühler 20 angeordnet.
Dem Rücklauf ist die Sekundärseite des Kondensators 6 bei 21 und außerdem ein Rauchgaskühler
22 des Austreibers 1 bei 23 zugeschaltet.
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Der Temperaturfühler 20 des Nutzwasservorlaufes ist mit einer Steuereinrichtung
24 verbunden, an die ein Außentemperaturfühler 25 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung
24 ist über eine Steuerleitung 26 mit der Lösungsmittelpumpe 16 verbunden. In der
Steuereinrichtung 24 wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur die
zur Beheizung der Heizkörper 19 notwendige Solltemperatur festgelegt. Außerdem wird
diese Solltemperatur mit der vom Temperaturfühler 20 erfaßten Temperatur verglichen.
Ist die Differenz zwischen Ist-und Solltemperatur klein, dann wird die Lösungsmittelpumpe
16 so angetrieben, daß sie eine kleinere Lösungsmittelmenge fördert, als dann, wenn
diese Differenz größer ist.
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Geht man davon aus, daß der Verdampfer 8 primärseitig von Luft mit
der Außentemperatur beaufschlagt ist, dann läßt sich ein Wärmepumpenbetrieb bis
etwa - 40C aufrechterhalten.
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0 0 Im Bereich der Außentemperatur zwischen 0 C und - 4 C wäre an
sich der Druck im,4bsorber 10 so niedrig, daß ein Wärmepumpenbetrieb nicht mehr
wirtschaftlich wäre. Es ist deshalb am Absorber 10 ein Druckfühler 27 angeordnet,
der dann, wenn der Absorberdruck einen Grenzwert unter-0 schreitet, was beispielsweise
bei etwa 0 C der Fall sein kann, den als Verdichter arbeitenden Strahlapparat 9
dadurch einschaltet, daß über eine Steuerleitung 28 das Ventil 6' geöffnet wird,
so daß über den Strahlapparat 9 der Absorberdruck erhöht und der Verdampfungsdruck
im Verdampfer 8 erniedrigt wird.
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Steigt der Wärmebedarf der Heizkörper 19, wird über die Steuereinrichtung
24 bzw. die Lösungsmittelpumpe 16 die von dieser geförderte Lösungsmittelmenge erhöht.
Ein Abfall der Temperatur der reichen Lösung im Aus treiber 1 tritt dabei nicht
ein, da über die Temperaturfühler 4 und 5 die Brennerleistung entsprechend vergrößert
wird.
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Damit steigt im Austreiber 1 das Niveau, d.h. der FUllstand der armen
Lösung. Über eine entsprechende Abtasteinrichtung wird über eine'Steuerleitung das
verstellbare Drosselventil 14 so verstellt, daß es eine entsprechend größere Lösungsmittelmenge
zum Absorber 10 durchläßt. Dementsprechend wird einerseits auf den Nutzwärmekreislauf
18 mehr Wärme übertragen. Andererseits kann die vergrößerte arme Lösungsmittelmenge
auch mehr Kältemittel absorbieren, so daß insgesamt der verstärkte Wärmebedarf durch
eine entsprechend verstärkte, umlaufende Lösungsmittelmenge gedeckt wird.
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Bei abnehmendem Wärmebedarf gilt das Umgekehrte. Es wird daim die
umlaufende Lösungsmittelmenge entsprechend verringert.
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0 Bei Außentemperaturen unter - 4 C ist ein 1färmepumpenbetrieb der
Anlage unwirtschaftlich. Es wird deshalb bei 0 Außentemperaturen unter - 4 C von
der Steuereinrichtung 24 die Anlage über die Leitung 29 auf Direktheizung umgeschaltet.
In diesem Fall wird die notwendige Wärmeenergie allein vom Brenner 2 geliefert.
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Über die Leitung 29 wird bei Temperaturen unter - 40C das Zweiwegeventil
11 so umgeschaltet, daß der Wärmewechsier 12 umgangen wird. Das Zweiwegeventil 15
wird in diesem Fall so umgeschaltet, daß der Absorber 10 nicht Kältemittel absorbiert,
sondern das umlaufende Ifisunramitte1 direkt zur Lösungsmittelpumpe 16 gelangt.
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iiber die Leitung 29 wird außerdem das Ventil6' geöffnet und der Kondensator
6 über ein Ventil 30 primärseitig gesperrt. Der Kältemittelkreislauf ist damit abgeschottet.
Er ist nicht mehr Außeneinflüssen ausgesetzt, führt Jedoch auch nicht zu wesentlichen
Verlusten. Das Lösungsmittel strömt in diesem Falle nur als Wärmeträger durch die
Aggregate 1, 13, 10, 16 und 12. Nach wie vor bleibt die konstante Austreibertemperatur
aufrechterhalten. Die Regelung erfolgt auch in diesem Falle über die Steuerung der
umlaufenden Lösungsmittelmenge; mittels der Steuereinrichtung 2 und der Lösungsmittelpumpe
16 sowie der das Drosselventil 14 steuernden Niveauregelung oder bei
vorab
qewahlter, konstanter Lösungsmittelförderung, wobei die Vorlauftemperaturregelung
vom Brenner als einziqes Stellglied vorgenommen wird. Im letzteren Fall arbeitet
die Anlage mit verminderten Austreibertemperaturen.
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0 Bei Temseraturen unter -4 C wird über die Steuerleitung 29 auch
ein dem Verdampfer 8 vorgeschaltetes Geblase abgeschaltet. Falls der Verdampfer
mittels einer Pumpe primärseitig von Wasser beaufschlagt ist, wird diese Pumpe abgeschaltet.
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Steigen die AuRentemperaturen wieder an, wird die Wärmepumpenanlage
auf Wärmepumpenbetrieb zurückgeschaltet.
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Im Rahmen der Frfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele.
So könnte beissielsweise über die Leitung 26 das Drosselventil 14 direkt so angesteuert
werden, daß es eine der Fördermenge der Lösungspumpe entsprechende Lösungsmittelmenge
vom Ausganq des Austreibers 1 iiber den Hauptwarmetauscher 13 zum Absorber 10 durchläßt.
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