DE3514191A1 - Installation for heat generation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anläge zur Wärmeerzeugung, bestehend aus einer Wärmepumpe, deren Wärmequelle das Erdreich ist, dem mit mindestens einer ins Erdreich verlegten Rohrleitung als Absorberrohr Wärme entzogen wird, wobei in dem Absorberrohr ein Kältemittel fließt und verdampft.The invention relates to a plant for heat generation, consisting of a heat pump whose heat source is the The earth is extracted from the heat with at least one pipe laid in the earth as an absorber pipe is, wherein a refrigerant flows and evaporates in the absorber tube.
Bei einer bekannten Anlage zur Wärmeerzeugung sind Rohre in einer Tiefe bis etwa 1,50 m horizontal im Erdreich verlegt. Es werden mehrere Rohrkreise parallel geschaltet und mit Sole durchflutet. Das von der Wärmepumpe kommende Kältemittel wird in einem Wärmeaustauscher verdampft und entzieht der Sole Wärme, die die Sole dem Erdboden entzogen hat. Dabei ist ein doppelter Wärmeübergang erforderlich, nämlich einerseits vom Erdreich auf die Sole und von der Sole auf das Kältemittel. Der doppelte Wärmeübergang ist jedoch mit thermodynamischen Nachteilen verbunden, die die Kapazität der Wärmepumpe um etwa 3 % pro Kelvin und den Wirkungsgrad um etwa 2 % pro Kelvin erniedrigt. Daher sind auch Anlagen vorgeschlagen worden, bei denen das Kältemittel direkt in die im Erdreich verlegte Rohrleitung geleitet und dort direkt verdampft wird. Eine erhebliche Steigerung der Leistung und des Wirkungsgrades der Wärmepumpe ist die Folge, da der doppelte Wärmeübergang und die zusätzliche Pump- leistung für das Umwälzen der Sole entfällt. Es werden jedoch einfache Kupferrohre für das im Erdboden verlegte Rohrleitungssystem verwendet. Das hat den Nachteil, daß durch Korrosion der Rohre Kältemittel in den Erdboden eindringen kann. Ferner müssen korrodierte Rohre in zeitaufwendiger und kostspieligerIn a known system for generating heat, pipes are horizontally at a depth of up to about 1.50 m Laid in the ground. Several pipe circuits are connected in parallel and flooded with brine. That from the heat pump incoming refrigerant is evaporated in a heat exchanger and removes heat from the brine has withdrawn the brine from the ground. A double heat transfer is required, namely on the one hand from the ground to the brine and from the brine to the refrigerant. However, the double heat transfer is associated with thermodynamic disadvantages, which increase the capacity of the heat pump by around 3% per Kelvin and the efficiency is reduced by about 2% per Kelvin. Systems have therefore also been proposed in which the refrigerant is fed directly into the pipeline laid in the ground and evaporated there directly. A significant increase in the performance and efficiency of the heat pump is the result, since the double heat transfer and the additional pumping power for circulating the brine are eliminated. It however, simple copper pipes are used for the underground piping system. That has the disadvantage that corrosion of the pipes can cause refrigerant to penetrate into the ground. Furthermore must corroded pipes in time consuming and costly
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Weise aus dem Erdreich ausgegraben und neue verlegt werden. Bei unzureichender Dimensionierung der Rohre besteht zudem die Gefahr der Auffrierung. Bei zu großer Dimensionierung der Rohrleitung tritt die Gefahr auf, daß das Kältemittel nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit durch die Rohrleitung geführt wird. Das ist aber notwendig, da Frigen-Kälteanlagen so konzipiert sein müssen, daß das mit dem Kältemittel in Lösung gehende Schmieröl des Kompressors der Wärmepumpe mitgeführt und so zum Kompressor zurückgeführt wird.Ways to be dug out of the ground and new ones laid. If the pipes are insufficiently dimensioned there is also the risk of freezing. If the pipeline is too large, there is a risk of that the refrigerant is not fed through the pipeline at the required speed. That is necessary, however, as Frigen refrigeration systems must be designed in such a way that the refrigerant in Solution-going lubricating oil from the compressor of the heat pump is carried along and thus returned to the compressor will.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß einerseits das Eindringen von Kältemittel und Schmieröl in den Erdboden ausgeschlossen ist und daß andererseits durch die Dimensionierung der Rohre ein einwandfreier Transport von Kältemittel und Schmieröl gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object of designing a system of the type mentioned in such a way that on the one hand the penetration of refrigerant and lubricating oil into the ground is excluded and that on the other hand Thanks to the dimensioning of the pipes, the proper transport of refrigerant and lubricating oil is guaranteed is.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Absorberrohr aus einem mit einer Kunststoff ummantelung umgebenen Kupferrohr besteht, welches von einem in einem zugänglichen Schacht angeordneten Verteiler ausgeht und in einem in dem Schacht angeordneten Sammler endet, wobei der Sammler über eine Gassaugleitung als Rücklaufleitung und der Verteiler über eine Flüssigkeitsleitung als Vorlaufleitung mit der Wärmepumpe verbunden ist, und wobei das Verhältnis von Innendurchmesser zu Länge der Absorberrohre im im Bereich von 14/40.000 bis 16/ 60.000 liegt.This object is achieved according to the invention in that the absorber tube consists of a copper tube surrounded by a plastic sheath, which starts from a distributor arranged in an accessible shaft and in a distributor arranged in the shaft Collector ends, the collector via a gas suction line as a return line and the distributor via a liquid line as a flow line the heat pump is connected, and wherein the ratio of the inner diameter to the length of the absorber tubes in ranges from 14 / 40,000 to 16 / 60,000.
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Es werden ein oder mehrere Absorberrohre, die untereinander völlig gleiche Länge haben, parallel geschaltet. Sie enden in einem zugänglichen Schacht und sind dort mit einem Sammler/Verteiler verbunden. Der Sammler/ Verteiler ist durch eine Vor- und Rücklaufleitung mit dem vorzugsweise im Gebäude aufgestellten Wärmepumpenaggregat verbunden. Die Absorberrohre arbeiten nur einwandfrei, wenn ein bestimmtes Verhältnis von Länge zu Innendurchmesser eingehalten wird. Am besten eignet sich ein Rohr mit einem Innendurchmesser von 14 bis 16 mm und einer Länge von 40 bis 60 m. Die effektive Entzugsleistung darf bei Verwendung von z.B. R22 als Kältemittel nur innerhalb der Werte 30 bis 60 W pro laufenden m liegen. Zur Vermeidung des Eindringens von Kältemittel und Öl in das Erdreich ist das Rohr doppelwandig ausgeführt. Eine besonders wirtschaftliche Lösung ist die Ummantelung eines Kupferrohres mit einem Niederdruck-Polyäthylen-Rohr. Niederdruck-Polyäthylen übertrifft hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit sämtliche bekannten Kunststoffe und ist sehr korrosionsbeständig. Im Falle einer Leckage im Kupferrohr infolge von Herstellungsmängeln bläst das austretende Fluid die nur 0,5 bis 0,7 mm starke Polyäthylen-Umhüllung auf und fließt in dem entstandenen Zwischenraum zum Rohrende im BnjnneBsehäebf, kontrolliert ab. Die einzelnen Rohrschlangen werden in einem Mindestabstand von 0,5 m und in einer Tiefe von 0,6 bis 1,5 m im Erdreich verlegt.One or more absorber tubes that are completely equal in length are connected in parallel. They end in an accessible shaft and are there connected to a collector / distributor. The collector/ Distributor is through a supply and return line with the heat pump unit, which is preferably installed in the building tied together. The absorber pipes only work properly if there is a certain ratio of length to inside diameter is adhered to. A pipe with an inner diameter of 14-16 mm and one is best Length from 40 to 60 m. The effective extraction capacity when using e.g. R22 as refrigerant is only allowed lie within the values of 30 to 60 W per running meter. To avoid the ingress of refrigerant and oil the pipe is double-walled in the ground. Sheathing is a particularly economical solution a copper pipe with a low pressure polyethylene pipe. Low pressure polyethylene excels in terms of the thermal conductivity of all known plastics and is very corrosion-resistant. In the event of a leak In the copper pipe as a result of manufacturing defects, the escaping fluid blows the only 0.5 to 0.7 mm thick polyethylene sheath and flows in the resulting space to the end of the pipe in the BnjnneBsehäebf, controlled. the individual pipe coils are placed at a minimum distance of 0.5 m and at a depth of 0.6 to 1.5 m in Laid in the ground.
Die Kältemittelregulierung und -drosselung erfolgt vorteilhafterweise durch ein thermostatisches Expansionsventil mit äußerem Druckausgleich. Die Steueranschlüsse, wie Kapillarrohre, Fühler und Druckausgleich sind dabeiThe refrigerant regulation and throttling takes place advantageously through a thermostatic expansion valve with external pressure compensation. The control connections, such as capillary tubes, sensors and pressure compensation are included
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in der Saugleitung in Störmungsrichtung auf die Wärmepumpe zu angeordnet.in the suction line in the direction of the fault on the heat pump too arranged.
Das expandierte Kältemittel wird in einen Verteiler geleitet, der durch nebeneinander angeordnete Venturirohre gebildet ist, die das Kältemittel in Einspritzleitungen mit Abmessungen von z.B. 5 χ 1 mm leiten. Die Einspritzleitungen haben alle gleiche Widerstände, d.h. gleiche Längen.The expanded refrigerant is fed into a distributor, which is made by venturi tubes arranged next to one another which conduct the refrigerant in injection lines with dimensions of e.g. 5 χ 1 mm. The injection lines all have the same resistance, i.e. the same length.
Vorteilhafterweise wird zwischen Expansionsventil und Venturi-Verteiler ein für Kältemittel geeigneter Kugelhahn angeordnet. Dadurch ist es möglich, nach Entleerung der Flüssigkeitsleitung Inspektionen am Expansionsventil durchzuführen. Gleichzeitig bietet er die Möglichkeit der Drosselung des Kältemittelstromes und somit die Anpassung der Expansionsventilleitung an die jeweiligen Verhältnisse, so daß die unerwünschte Erscheinung des Pumpens, auch hunting genannt, unterdrückt werden kann.Advantageously, between expansion valve and Venturi distributor arranged a ball valve suitable for refrigerants. This makes it possible after emptying Perform inspections of the expansion valve on the liquid line. At the same time it offers the possibility the throttling of the refrigerant flow and thus the adaptation of the expansion valve line to the respective Conditions so that the undesirable phenomenon of pumping, also called hunting, can be suppressed.
Der Sammler ist so ausgebildet, daß die zurückkommenden Absorberrohre in einem Sammelrohr münden, wobei der Rasterabstand der einmündenden Rohre 200 bis 300 mm, vorzugsweise 250 mm beträgt. Es ist dabei so angeordnet, daß ein Zurückfließen von Kältemaschinenöl aufgrund der Schwerkraft von einem Kreis in den anderen ausgeschlossen ist. Das Sammelrohr endet in einem Rohrbogen, welcher in einen Nachverdampfer mündet, der vorzugsweise als Röhrenbündel-Wärmeaustauscher ausgebildet ist. Die für den Betrieb des Nachverdampfers erforderliche Wärmequelle bildet das warme, vom Kondensator der Wärmepumpe kommende Kältemittel. Dadurch wird das Kältemittel weiterThe collector is designed so that the returning absorber tubes open into a collecting tube, the Grid spacing of the merging pipes 200 to 300 mm, is preferably 250 mm. It is arranged so that a backflow of refrigerating machine oil due to gravity is excluded from one circle in the other. The collecting pipe ends in a pipe bend, which opens into a post-evaporator, which is preferably designed as a tube bundle heat exchanger. the The heat source required for the operation of the re-evaporator is the warm one from the condenser of the heat pump upcoming refrigerants. This causes the refrigerant to continue
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abgekühlt, bevor es über den Venturi-Verteiler in die Absorberrohre geleitet wird. Die kältetechnisch bedingte Überhitzungsstrecke liegt somit nicht im Absorberrohr, und das Absorberrohr kann voll beaufschlagt werden. Ferner werden auf diese Weise geringe Unterschiede in der Wärmlieferung zu den einzelnen Rohrkreisen ausgeglichen.cooled before it is fed into the absorber pipes via the Venturi distributor. The refrigeration-related one The overheating section is therefore not located in the absorber tube, and the absorber tube can be fully pressurized will. Furthermore, in this way there are slight differences in the heat delivery to the individual pipe circuits balanced.
Zweckmäßigerweise werden die Steueranschlüsse des Expansionsventils in der Saugleitung in Strömungsrichtung nach dem Nachverdampfer angeordnet. The control connections of the expansion valve are expediently arranged in the suction line after the re-evaporator in the direction of flow.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Anlage besteht darin, daß nach dem Kondensator der Wärmepumpe ein Kältemittelsammler angeordnet ist, der Schwankungen in der Füllmenge in den Absorberrohren ausgleicht und bei Reparaturen die gesamte Kältemittelmenge aufnehmen kann.Another advantageous embodiment of the system is that after the condenser of the heat pump a refrigerant collector is arranged, which compensates for fluctuations in the filling quantity in the absorber tubes and can absorb the entire amount of refrigerant during repairs.
Ferner kann bei sogenannten halbhermetischen Kompressoren in der Saugleitung vor dem Kompressor ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet sein. Der Flüssigkeitsabscheider verhindert Schübe von Kältemittel, insbesondere beim Anfahren des Kompressors. Um den Wirkungsgrad der Anlage weiter zu steigern, wird in Saugrichtung hinter dem Flüssigkeitsabscheider ein weiterer Wärmeaustauscher, ein sogenannter Sauggas-Wärmeaustauscher angeordnet. Dadurch dampfen im umlaufenden Schmieröl enthaltene Kältemittel aus.Furthermore, with so-called semi-hermetic compressors, a liquid separator can be installed in the suction line upstream of the compressor be arranged. The liquid separator prevents bursts of refrigerant, especially when Starting the compressor. In order to further increase the efficiency of the system, is behind the in the suction direction Liquid separator another heat exchanger, a so-called suction gas heat exchanger, is arranged. As a result, refrigerants contained in the circulating lubricating oil evaporate.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt und näher erläutert.The invention is illustrated and explained in more detail below with reference to a drawing.
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Es zeigenShow it
Figur 1 prinzipielle Darstellung der Gesamtanlage, Figure 1 basic representation of the entire system,
Figur 2 im Brunnenschacht angeordnete Aggregate der Anlage.FIG. 2 units of the system arranged in the well shaft.
Wie Figur 1 zeigt, besteht die Anlage im wesentlichen aus einer im Gebäude angeordneten Wärmepumpe 1. In der Wärmepumpe 1 sind in Strömungsrichtung des Kältemittels hintereinander ein Kompressor 2 und ein Kondensator 3 angeordnet, dem ein Kältemittelsammler 4 nachgeschaltet ist. In Strömungsrichtung vor dem Kompressor 2 ist ein Sauggas-Wärmeaustauscher 5 vorgesehen, dem wiederum ein Flüssigkeitsabscheider 6 vorgeschaltet ist. Außerhalb des Gebäudes sind im Erdboden Absorberrohre 7 verlegt, die von einem genormten Brunnenschacht 8 ausgehen und auch in diesen münden. Das von der Wärmepumpe 1 kommende abgekühlte und verflüssigte Kältemittel wird mit Hilfe eines Venturi-Verteilers 9 über Einspritzleitungen in die Absorberrohre 7 eingeleitet. Das in den Absorberrohren 7 verdampfte Kältemittel wird in einen Sammler 10, der ebenfalls im Brunnenschacht 8 angeordnet ist, gesammelt und über einen Rohrbogen 11 in einen als Nachverdampfer 12 ausgebildeten Röhrenbündel-Wärmeaustauscher geleitet, von wo es über eine Saugleitung 13 zum Flüssigkeitsabscheider 6 strömt und von dort durch den Sauggas-Wärmeaustauscher 5 zur Wärmepumpe 1. Das im Kondensator 3 verflüssigte Kältemittel wird über den als Puffer ausgebildeten Kältemittelsammler 4 durch eine Leitung 14 zum Wärmeaustauscher 5 zurückgeleitetAs Figure 1 shows, the system consists essentially of a heat pump arranged in the building 1. In the Heat pumps 1 are a compressor 2 and a condenser 3 one behind the other in the flow direction of the refrigerant arranged, which is followed by a refrigerant collector 4. In the direction of flow upstream of the compressor 2 is a Suction gas heat exchanger 5 is provided, which in turn is preceded by a liquid separator 6. Outside of of the building absorber pipes 7 are laid in the ground, which start from a standardized well shaft 8 and also flow into these. The cooled and liquefied refrigerant coming from the heat pump 1 is with the help a Venturi distributor 9 is introduced into the absorber tubes 7 via injection lines. That in the absorber pipes 7 evaporated refrigerant is in a collector 10, which is also arranged in the well shaft 8, collected and via a pipe bend 11 in a tube bundle heat exchanger designed as a re-evaporator 12 from where it flows via a suction line 13 to the liquid separator 6 and from there through the suction gas heat exchanger 5 to the heat pump 1. The refrigerant liquefied in the condenser 3 is over the refrigerant collector 4, designed as a buffer, is passed back through a line 14 to the heat exchanger 5
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und von dort über die Leitung 15 zum Nachverdampfer Aus dem Nachverdampfer 12 fließt das Kältemittel über ein thermostatisches Expansionsventil 16 und einen nachgeschalteten Kugelhahn 17 in den Venturi-Verteiler 9, der das flüssige Kältemittel wieder in die Absorberrohre 7 leitet. Die Absorberrohre 7 bestehen aus Kupferand from there via line 15 to the re-evaporator. The refrigerant overflows from the re-evaporator 12 a thermostatic expansion valve 16 and a downstream ball valve 17 in the Venturi distributor 9, which guides the liquid refrigerant back into the absorber tubes 7. The absorber tubes 7 are made of copper
18 und sind mit einer Niederdruck-Polyäthylen-Ummantelung18 and come with a low-pressure polyethylene jacket
19 umgeben. In Strömungsrichtung des verdampften Kältemittels hinter dem Nachverdampfer 12 sind die Steueranschlüsse für das Expansionsventil 16 der Saugleitung 13 angeordnet. Es sind dies die Kapillarrohre 20, der Druckausgleicher 21 und der Fühler 22. Um Wartungsarbeiten am Kompressor 2 und am Kondensator 3 ausführen zu können, sind in die Kältemittelleitung 13 jeweils vor und hinter dem Kompressor 2 bzw. Kondensator 3 Ventile 23 angeordnet, mit denen die Leitung 13 abgesperrt werden kann.19 surrounded. The control connections are located downstream of the post-evaporator 12 in the direction of flow of the evaporated refrigerant arranged for the expansion valve 16 of the suction line 13. These are the capillary tubes 20, the Pressure equalizer 21 and sensor 22. To carry out maintenance work on compressor 2 and condenser 3 are in the refrigerant line 13 in front of and behind the compressor 2 or condenser 3 valves 23 are arranged with which the line 13 can be shut off.
Die Anlage arbeitet wie folgt: Durch die Wärmepumpe wird das flüssige Kältemittel über den Venturi-Verteiler 9 in die Absorberrohre 7 geleitet. Es durchströmt die im Erdboden verlegten Absorberrohre 7. Dabei verdampft das Kältemittel infolge der Aufheizung durch den als Wärmespeicher dienenden Erdboden. Das verdampfte Kältemittel gelangt am Ende der Absorberrohre 7 in den Sammler 10. Über den Bogen 11 wird das Kältemittel in den Nachverdampfer 12 geleitet, dessen Wärmequelle das von der Wärmepumpe 1 zurückströmende, verflüssigte, aber noch warme Kältemittel ist. Eventuell noch im verdampften Kältemittel enthaltene Flüssigkeit wird zum Schutz des Kompressors 2 in dem Flüssigkeitsabscheider 6 abgeschieden, wonach das weiterströmende Gas den Wärmeaustauscher 5 durchströmt,The system works as follows: The heat pump transfers the liquid refrigerant to the Venturi distributor 9 passed into the absorber tubes 7. It flows through the absorber pipes 7 laid in the ground. The refrigerant evaporates as a result of the heating by the ground serving as a heat store. That evaporated refrigerant reaches the end of the absorber tubes 7 in the collector 10. Via the bend 11 is the refrigerant is passed into the re-evaporator 12, the heat source of which is the one flowing back from the heat pump 1, is liquefied but still warm refrigerant. Possibly still contained in the evaporated refrigerant Liquid is separated in the liquid separator 6 to protect the compressor 2, whereupon the gas flowing on flows through the heat exchanger 5,
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dessen Wärmequelle ebenfalls das vom Kondensator 3 zurückströmende Kältemittel ist. Auf diese Weise gelangt lediglich dampfförmiges Kältemittel zum Kompresseor 2 und von dort zum Kondensator 3. Zum Ausgleich der Kältemittelversorgung der Absorberrohre fließt das verflüssigte Kältemittel erst über den Sammler 4 zurück zum Verteiler, wobei wie beschrieben das Kältemittel als Wärmequelle für den Wärmeaustauscher 5 und den Nachverdampfer 12 dient.whose heat source also flows back from the condenser 3 Refrigerant is. In this way, only refrigerant in vapor form reaches the compressor 2 and from there to the condenser 3. To compensate for the supply of refrigerant to the absorber pipes, the liquefied material flows The refrigerant only returns to the distributor via the collector 4, with the refrigerant as a heat source as described for the heat exchanger 5 and the re-evaporator 12 is used.
Claims (11)
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| DE19853514191 DE3514191A1 (en) | 1985-04-19 | 1985-04-19 | Installation for heat generation |
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Publications (1)
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| DE3514191A1 true DE3514191A1 (en) | 1986-10-23 |
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Country Status (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |