DE3015347A1

DE3015347A1 - Verfahren und anlage zur beheizung eines gebaeudes

Info

Publication number: DE3015347A1
Application number: DE19803015347
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1980-04-22
Publication date: 1981-10-29

Description

STIEBEL ELTRON GmbH & Co. KG O η Holzminden /Weser '

16.4.1980 Akte 516

Verfahren und Anlage zur Beheizung eines Gebäudes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung eines Gebäudes mittels nur zeitweise verfügbarer Umgebungswärme und mittels eines Energiespeichermediums, das in Verbindung mit Wasser exotherm bzw. endotherm reagiert, wobei das Speichermedium in einem Ladezyklus durch Wasserentzug geladen und in einem Entladezyklus unter Wasserzufuhr auf einen Wärmetauscher entladen wird und zum Wassertransport ein Trägermedium eingesetzt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens,

In der US-PS 3 973 552 ist ein derartiges Verfahren beschrieben. Das Speichermedium besteht aus einem Hydroxid des Magnesium, Kalzium oder Barium. Dieses wird von der Umgebungswärme auf Temperaturen zwischen 300⁰C und 900°C erhitzt, wobei das betreffende Oxid und Wasserdampf entsteht. Der Wasserdampf wird durch ein Trägergas abgeführt und kondensiert in einem Behälter. Zur Ent-

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ladung des Speichers wird von dem Trägergas ein Wassernebel aus dem Behälter dem Speichermedium zugeführt. Die dabei entstehende Wärme wird über den Wärmetauscher genutzt. Die von dem Trägergas zu durchdringende Höhe des Speichermediums soll kO cm nicht übersteigen. Um aus Sonnenenergie stammende Umgebungswärme nutzen zu können, muß das Speichermedium eines parajbolförmigen Reflektors angeordnet sein. An eine Langzeitspeicherung ist hier nicht gedacht. Die Anlage ist so ausgelegt, daß bei Tag Wärme gespeichert wird, die dann nachts abgegeben werden kann.

In der DE-OS 28 53 2^7 sind Speicherverfahren erwähnt, bei denen im Sommer Sonnenenergie zur Wärmeversorgung im Winter gespeichert werden soll. Es ist hierfür ein besonderer Speicheraufbau beschrieben. Dieser soll eine den Ablauf der Wärmeübertragung verhindernde Sinterung des Speichermediums vermeiden und eine hinreichende Wärmeübertragungsgeschwindigkeit gewährleisten. Als Trägermedium für das Wasser bzw. den Wasserdampf eines Salzhydrats wird ein Gas, wie beispielsweise Luft, verwendet, die die Oberflächen des in Formkörpern angeordneten Speichermediums bestreicht.

In der FR-PS 1 015 933 ist als Speichermedium Natriumhydrogenphosphat, Na„ HPOr, erwähnt. Als Trägermedium für den Wassertransport ist Luft vorgesehen.

Es sind auch andere Wärmespeicherverfahren bekannt, bei denen nicht mit einer exothermen bzw. endothermen

+ im Brennpunkt - 3 -

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Reaktion gearbeitet wird. So ist beispielsweise in der DE-OS 28 54 880 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Schmelzwärme eines Mediums zur Speicherung eingesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem der Ablauf der Wärmeübertragung verbessert ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Ladezyklus eine hydrophile Trägerflüssigkeit, deren Verdampfungstemperatur über oder unter der von Wasser liegt, durch das Speichermedium, dem sie Wasser entzieht, und über einen Austreiber geführt wird, in dem unter dem Einfluß der Umgebungswärme Wasser und Trägerflüssigkeit voneinander getrennt werden. Im Ladezyklus, in dem das Wasser des das Speichermedium bildenden Hydrats entzogen werden soll, lagert die hydrophile Trägerflüssigkeit Wasser an. Es ist damit nicht notwendig, das Speichermedium auf eine Temperatur zu bringen, bei der das Wasser des Hydrats verdampft. Darüber hinaus vermischt sich die hydrophile Trägerflüssigkeit mit dem Hydrat in allen Zonen wesentlich besser als ein gasförmiges Trägermedium.

Als hydrophile Trägerflüssigkeit kann beispielsweise 1,4-Dioxan eingesetzt werden, dessen Siedepunkt oberhalb desjenigen von Wasser liegt. Es können jedoch auch andere Trägerflüssigkeiten eingesetzt werden, die aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaft dem Hydrat Wasser entziehen und deren Verdampfungstemperatur von der des Wassers verschieden ist.

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Die hydrophile Trägerflüssigkeit transportiert Wasser des Hydrats in den Austreiber. Diesem wird beispielsweise über einen Sonnenkollektor erwärmte Luft mit einer Temperatur, die unterhalb der Verdampfungstemperatur der Trägerflüssigkeit liegt, zugeführt. Es wird dabei Wasser ausgetrieben. Die vom Wasser befreite Trägerflüssigkeit wird anschließend dem Speichermedium zugeführt.Liegt die Verdampfungstemperatur der Trägerflüssigkeit unter der des Wassers, so wird die Trägerflüssigkeit im Austreiber verdampft und an anderer Stelle kondensiert, während das im Austreiber zurückbleibende Wasser anderweitig abgeführt werden muß.

Da die zum Speichermedium zurückfließende Trägerflüssigkeit zwangsläufig durch die Umgebungswärme mehr oder weniger erwärmt ist, wird vorzugsweise diese Wärme auf die zum Austreiber strömende, wasserenthaltende Trägerflüssigkeit übertragen. Es ist damit die wasserenthaltende Trägerflüssigkeit vor dem Eintritt in den Austreiber vorgewärmt.

Bei einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens führt vorzugsweise ein erster Kreislauf über den Wärmetauscher und ein zweiter Kreislauf über den Austreiber.

Weitere Vorteile bestehen darin, daß die hydrophile Trägerflüssigkeit gegenüber einem gasförmigen Trägermedium größere Wassermengen zu binden vermag und Luft gegenüber bessere Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Zeichnung zeigt eine Anlage schematisch, anhand der der Verfahrensablauf beschrieben wird.

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Es ist ein Speicherbehälter 1 für das Speichermedium vorgesehen. Dem Speicherbehälter 1 ist einerseits ein Entladekreislauf 2 und andererseits ein Ladekreislauf parallelgeschaltet. Beide Kreisläufe 2 und 3 sind für den Flüssigkeitstransport ausgelegt. Dem Speicherbehälter 1 ist eine Umwälzpumpe 4 und im Rücklaufpunkt der beiden Kreisläufe 2 und 3 ein umschaltbares Dreiwegeventil 5 vorgeschaltet.

Im Entladekreislauf 2 liegt ein Wärmetauscher 6 primärseitig, an dessen Sekundärseite 7 Wärmeverbraucher eines Gebäudes, wie beispielsweise Raumheizkörper, angeschlossen sind. Außerdem ist im Entladekreislauf 2 ein Beimisch— ventil 8 angeordnet, durch das dem Entladekreislauf 2 Wasser aus dem Leitungsnetz zuführbar ist.

Im Ladekreislauf 3 ist ein Austreiber 9 angeordnet. Dieser weist einen Raum 10 auf, in den über Düsen 11 eine Vorlaufleitung 12 des Ladekreislaufes 3 mündet. Der Raum 10 ist mit einem Lufteinlaß 13 und einem Luftabzug 14 versehen. Unten im Austreiber 9 ist ein Sammelbecken 15 vorgesehen, das über eine Rücklaufleitung 16 des Ladekreislaufes 3 mit dem Dreiwegeventil 5 verbunden ist. Zwischen der Vorlaufleitung 12 und der Rücklaufleitung 16 ist ein Wärmewechsler 17 angeordnet,

In dem Speicherbehälter 1 ist ein Speichermedium 18 untergebracht, das mit Wasser ein Hydrat bildet. Als Speichermedium ist vorzugsweise Na HPO, vorgesehen. Es kann auch Na OH oder KOH verwendet werden. Als Träger-

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flüssigkeit zum Wassertransport, insbesondere im Ladekreislauf 3» ist beispielsweise 1,^-Dioxan verwendet. Es handelt sich dabei um ein Lösungsmittel mit hydrophilen Eigenschaften,dessen Verdampfungstemperatur über der von Wasser liegt.

An den Lufteinlaßstutzen 13 ist eine Wärmequelle angeschlossen, die aus der Umgebung, beispielsweise von einem Sonnenkollektor, warme, trockene Luft liefert. Die Luft soll dabei so trocken und warm sein, daß das mit der Trägerflüssigkeit durch die Düsen 11 in den Raum 10 eingestäubte Wasser durch den Luftabzug 1^ abgeführt wird, so daß diesen feuchte Luft verläßt. Die Temperatur der Luft soll nicht so hoch sein, daß die Trägerflüssigkeit verdampft.

Geht man davon aus, daß im Speicher das Hydrat vorliegt, dieser also entladen ist und geladen werden soll, dann wird die Umwälzpumpe k eingeschaltet und das Dreiwegeventil 5 so geschaltet, daß der Ladekreislauf 3 in Betrieb ist. Es wird dabei durch die Lösung im Speicherbehälter 1 Trägerflüssigkeit gefördert. Diese entzieht der Lösung aufgrund ihrer hydrophilen Eigenschaften Wasser. Trägerflüssigkeit mit angelagertem Wasser wird in den Raum 10 eingestäubt. Dort wird das Wasser von der zugeführten Warmluft aufgenommen und durch den Luftabzug 1^ abgeführt. Die Trägerflüssigkeit gelangt in das Sammelbecken 15. Die von der Trägerflüssigkeit aufgenommene Wärme der Warmluft wird an die Vorlaufleitung abgegeben, was die Wasseraustreibung begünstigt. Die Trägerflüssigkeit gelangt dann wieder in das Speicher-

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medium 18, wo sie sich erneut mit diesem vermischt und Wasser aufnimmt. Die Trägerflüssigkeit zirkuliert so im Ladekreislauf 3 bis die Warmluftzufuhr endet oder dem Hydrat das Wasser entzogen ist, wobei dann das Speichermedium wasserfrei, bzw. wenigstens weitgehend wasserfrei, d.h. geladen ist.

Um die dem Speichermedium entziehbare Wärme zur Gebäudeheizung zu nutzen, wird das Dreiwegeventil 5 umgeschaltet, und über das Beimischventil 8 Wasser zugeführt. Das Wasser gelangt unter Hydratbildung in das Speichermedium 18 und reagiert mit diesem. Dabei erwärmt sich der Inhalt des Speicherbehälters 1. Die entstehende — warme - Lösung wird dem Wärmetauscher 6 zugeführt und von dort an die Verbrauchsstellen geführt. Dieser Kreislauf kann sich fortsetzen bis der Speicher 1 entladen ist.

Auch bei der Entladung des Speichermediums bindet die Trägerflüssigkeit, soweit sie sich im Speicherbehälter befindet, Wasser. Dies ist jedoch unschädlich, da ohne weiteres Wasser in einer Menge zugeführt werden kann, die zur vollständigen Hydratbildung führt.

Durch das beschriebene Verfahren und die beschriebene Anlage sind wesentliche Forderungen, die an Langzeitspeicher für die Gebäudebeheizung gestellt werden, erfüllt. So liegt die Umkehrtemperatür der chemischen Reaktion im

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Bereich zwischen 30 C und 100 C. Die Energiedichte des Speichers, die räumliche Dichte des Speichermaterials und das Speichervermögen für Wasser ist groß. Bei dem

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Ladevorgang kann das Speichermedium nicht verbacken. Es wird auch nicht von der Trägerflüssigkeit mit genommen.. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch. Es ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit gegeben.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele. So kann beispielsweise das bei der Entladung des Speichers zuzuführende Wasser auch direkt in den Speicherbehälter 1 eingesprüht werden.

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Claims

1 6.4.19 Patentansprüche

1.) Verfahren zur Beheizung eines Gebäudes mittels nur zeitweise verfügbarer Umgebungswärme und mittels eines Energiespeichermediums, das in Verbindung mit Wasser exotherm bzw. endotherm reagiert, wobei das Speichermedium in einem Ladezyklus durch Wasserentzug geladen und in einem Entladezyklus unter Wasserzufuhr auf einen Wärmetauscher entladen wird und zum Wassertransport ein Trägermedium eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladezyklus eine hydrophile Trägerflüssigkeit, deren Verdampfungstemperatur über oder unter der von Wasser liegt, durch das Speichermedium, dem sie Wasser entzieht, und über einen Austreiber geführt wird, in dem unter dem Einfluß der Umgebungswärme Wasser und Trägerflüssigkeit voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Austreiber von Umgebungswärme erwärmte Luft zugeführt wird, deren Temperatur unter oder über der Verdampfungstemperatur der Trägerflüssigkeit liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladezyklus dem dem Austreiber zugeführten Medium Wärme aus der zum Speichermedium geführten Trägerflüssigkeit zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladezyklus dem Speichermedium Frischwasser beigemischt wird.

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5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägerflüssigkeit 1,4-Dioxan eingesetzt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium Natriumhydrogenphosphat eingesetzt ist.

7. Heizungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Speicher (i) ein erster Kreislauf (2) über den Wärmetauscher (6) und ein zweiter Kreislauf (3) über den Austreiber (9) geführt ist.

8. Heizungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kreislauf (2) dem Wärmetauscher (6) ein Beimischventil (8) zur Zuführung von Wasser nachgeschaltet ist.

9. Heizungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Kreislauf (3) zwischen einer Vorlaufleitung (12) und einer Rücklaufleitung (16) ein Wärmewechsler (17) vorgesehen ist.

10. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauf leitung (12) des zweiten Kreislaufes (3) über Düsen (ii) in einen Raum (1O) mündet, welcher im Gegenstrom von von der Umgebungswärme erwärmter Luft durchströmt ist.

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11. Heizungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammelbecken (15) für die rücklaufende Trägerflüssigkeit vorgesehen ist.

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