Hő pumpa

A kompressziós hőszivattyú hőáramának (nagy nyilak) és a hűtőközeg (kis nyilak) diagramja (lásd kompressziós hűtőgép ):
1) kondenzátor, 2) fojtószelep, 3) párologtató, 4) kompresszor
Sötétvörös: gázhalmazállapotú, nagynyomású , nagyon meleg
rózsaszín: folyékony, magas nyomás, meleg
kék: folyadék, alacsony nyomás, nagyon hideg
világoskék: gáz halmazállapotú, alacsony nyomás, hideg

A hőszivattyú olyan gép , amely technikai munkát végez, hogy elnyelje a hőenergiát egy alacsonyabb hőmérsékletű tárolóból (általában ez a környezet ), és - a hajtási energiával együtt - hasznos hőként egy magasabb hőmérsékletű fűtésű rendszerben ( szobafűtés ) továbbítja. Az alkalmazott eljárás elvileg a hő- és villamosenergia -folyamat fordítottja , amelyben a hőenergiát magas hőmérsékleten elnyelik, és részben hasznos mechanikai munkákká alakítják, a fennmaradó energiát pedig hulladékhőként , alacsonyabb hőmérsékleten , többnyire a környezetbe vezetik el. . A hőszivattyú elvét hűtésre is használják (mint a hűtőszekrényhez ), míg a „hőszivattyú” kifejezést csak a fűtőegységre használják. A hűtési folyamat során a hasznos energia a hűtendő helyiségből elnyelt hő, amely a hajtási energiával együtt hulladékhőként oszlik el a környezetben.

technikai megvalósítás

1. ábra: Hideggőz -eljárással ellátott hőszivattyú kapcsolási rajza
2. ábra: Az összehasonlítási folyamat Ts diagramja
Hőmérséklet. T U = környezeti hőmérséklet,
T V = elpárologtató hőmérséklete,
T K = kondenzátor hőmérséklete,
T N / H = hasznos / fűtési hőmérséklet

A hőszivattyúkat általában olyan közegekkel működtetik, amelyek alacsony nyomáson elpárolognak a hőellátás után, és újra lecsapódnak, miután a hő felszabadulásával nagyobb nyomásra préselődnek. A nyomást úgy választják meg, hogy a fázisátmenet hőmérsékletei megfelelő távolságra legyenek a hőforrás és a hűtőborda hőmérsékleteitől a hőátadáshoz . Az alkalmazott anyagtól függően ez a nyomás különböző területeken van. Az 1. ábra a folyamathoz szükséges négy komponens kapcsolási rajzát mutatja: párologtató, kompresszor (kompresszor), kondenzátor és fojtószelep, a 2. ábra a folyamatot mutatja a Ts diagramban . Elméletileg lehetséges lenne a kondenzátum működőképességének kihasználása, ha azt egy főmozgató, például egy turbinával alacsonyabb nyomásra terjeszti ki. A folyadék azonban részben elpárologna, és csak kis energianyereség mellett akkora technikai nehézségeket okozna, így az egyszerűség kedvéért itt fojtószelepet használnak (relaxáció állandó teljes entalpiával ).

részletek

Hőszivattyúk esetében a folyadék gázfázisba való átmenetének fizikai hatásait és fordítva alkalmazzák. A propánnak például az a tulajdonsága, hogy egyrészt a nyomástól és a hőmérséklettől függően gáz halmazállapotú vagy folyékony, másrészt gázként összenyomódva felforrósodik, és ellazulva lehűl: normál légnyomáson és hűvös külső hőmérsékleten (pl. 5 ° C) gáz halmazállapotú; ha összenyomja, melegebb lesz, de gáznemű marad. Ha szobahőmérsékletre hűti, folyékony lesz (a nyomás ismét kissé csökken). Ha ellazítja a folyékony propánt, az elpárolog (visszaalakul gázzá), és közben nagyon hideg lesz.

Ezt a hatást kihasználják a hőszivattyúban: a propángázt a kompresszor egy motorral összenyomja, és közben felmelegíti. A forró, sűrített gáz ezután hőjét átadhatja a hőcserélő fűtési rendszerében lévő víznek. A sűrített gáz lehűl és folyékony propánná kondenzálódik (ezért a hőszivattyú hőcserélőjét kondenzátornak nevezik). A tágulási szelepen, fojtószelepen (egyszerű modelleknél a cső szélső keskeny pontja) történő áthaladás során a folyékony propán kitágul, elpárolog és nagyon hideg lesz (jelentősen hidegebb, mint 5 ° C). Ha ezután a hideg gázt egy második hőcserélőn (általában a házon kívül) hagyják áramlani, amelyet kívülről 5 ° C -on tartanak - például a talajvízen vagy a külső levegőn keresztül -, akkor a nagyon hideg gáz felmelegszik 5 ° -ra C és a környezet 1 vagy 2 ° C -kal hűl le. Ily módon a propán ugyanannyi hőt vesz fel a talajvízből vagy a külső levegőből, mint korábban a fűtővíznek. Ezután visszatáplálják a kompresszorba, és a folyamat elölről kezdődik.

A hőszivattyú meghajtásához szükséges energia csökken, vagyis a működés hatékonyabbá válik, annál alacsonyabb a hőmérséklet -különbség a forrás és a mosogató között z. B. a fűtési rendszer előremenő hőmérséklete . Az alacsony hőmérsékletű fűtési rendszerek ennek a követelménynek felelnek meg a legjobban. B. padlófűtést szállított.

A rendszer kialakításától függően a fűtési energiafogyasztás körülbelül 30-50%-kal csökkenthető. Ha napelemmel, háztartási árammal vagy földgázzal kapcsolja össze a hőszivattyút, a szén -dioxid -kibocsátás jelentősen csökkenthető a fűtőolajhoz vagy gázhoz képest.

A megfelelő hőforrás kiválasztása különösen fontos, mert ez határozza meg a hőszivattyú maximális elérhető teljesítménytényezőjét.

„Az éves teljesítménytényező egy hőszivattyú hatékonyságát méri. Leírja a hő formájában hasznos energia és a villamos energia formájában felhasznált kompresszor energia arányát. ”Jó rendszerekben ez az érték nagyobb, mint 5,0 (közvetlen elpárologtató rendszerek). Figyelembe kell azonban venni, hogy az éves teljesítménytényező kiszámításakor sem a másodlagos fogyasztást, sem a tárolási veszteségeket nem veszik figyelembe.

Gazdaságosság: Kisebb lakóépületek fűtésekor a hőszivattyúk elektromos meghajtásúak. Ha gazdasági szempontból hagyományos z fűtővel. B. a gázzal összehasonlítva az éves teljesítménytényező a hőszivattyúk és a gázfűtés közötti üzemeltetési költségek összehasonlítására szolgál. Ha a hőszivattyú villamosenergia -ára (€ / kWh -ban) magasabb, mint a gázár (€ / kWh -ban) megszorozva az éves teljesítmény -együtthatóval, akkor várható, hogy a hőszivattyú áramköltsége magasabb, mint a gázégetés költségeit. Ez vonatkozik a hőszivattyú és az olajmelegítő összehasonlítására is. Ez a számítás nem veszi figyelembe az égési folyamatok és a kapcsolódó globális felmelegedési folyamat által kibocsátott CO 2 mennyiségét , valamint a felszabaduló finom port és az esetleges következményes károkat.

A régebbi, még üzemelő széntüzelésű erőművekben a villamos energia csak egy része nyerhető három rész hőenergiából. A villamos energiával működtetett hőszivattyúk esetében a lehető legnagyobb arányban kell elérni a megújuló forrásokból előállított villamos energiát az elektromos keverékben.

Közvetlen elektromos fűtéssel, például fűtőrudakkal a keletkező hőenergia pontosan megfelel a felhasznált elektromos energiának (COP = 1). Az elektromos energia azonban jóval jobb minőségű, mint az alacsony hőmérsékletű hőenergia, mert hőmotor használatával a hőteljesítménynek csak egy része alakítható vissza elektromos kimenetre.

A hőszivattyú teljesítménymérlege: A COP leírja a hasznosítható hő hányadosát ( piros ) és az ehhez használt elektromos kompresszor teljesítményét ( sárga )

Hőt lehet elszívni a kipufogó levegőből, a külső levegőből, a talajból, a szennyvízből vagy a talajvízből hőszivattyú segítségével. A hőszivattyúhoz felhasznált elektromos energia többszörösét ki lehet vonni a hőforrásból (levegő, föld), és magasabb hőmérsékletre lehet szivattyúzni. Az erőegyensúlyban a hőszivattyút elektromos árammal látják el a kompresszor hajtására és a környezetből kivont hőre. A hőszivattyú kimeneténél a tápellátás egy része magasabb szinten elérhető hőként. A folyamat veszteségeit a teljes folyó egyenlegben is figyelembe kell venni.

Az arány a hőteljesítmény a fűtőkörben az elektromos kompresszor kimeneti szállított nevezik a hatásfok . A teljesítménytényező felső értéke nem léphető túl, és a Carnot -ciklusból származtatható. A teljesítménytényezőt egy próbapadon határozzák meg az EN 14511 szabvány (korábban EN 255) szerint, és csak a megfelelő vizsgálati feltételek mellett érvényes. Az EN 14511 szerint a teljesítményadatot COP -nak (Coefficient Of Performance) is nevezik . A COP a hőszivattyúk minőségi kritériuma, de nem teszi lehetővé a teljes rendszer energetikai értékelését.

A lehető legnagyobb teljesítménytényező és ezáltal a magas energiahatékonyság elérése érdekében a hőforrás hőmérséklete és a hasznos hőmérséklet közötti hőmérséklet -különbségnek a lehető legkisebbnek kell lennie. A hőcserélőket úgy kell megtervezni, hogy a lehető legalacsonyabb hőmérséklet -különbségek legyenek az elsődleges és a másodlagos oldal között.

A hőszivattyú kifejezés azon a tényen alapul, hogy a környezetből származó hőt magasabb használható hőmérsékletre emelik (szivattyúzzák). A hőszivattyú kompresszorral rendelkezik , amelyet elektromos vagy belső égésű motor hajt. A kompresszor magasabb nyomásra préseli a hűtőközeget , ami felmelegszik. A felszabaduló energia a következő, hűtési és cseppfolyósító a hűtőközeg szállítása egy hőcserélőben a hőátadó közeg a fűtőkör, általában víz vagy sós . A hűtőközeg ezt követően kitágul egy tágulási szelepen, és lehűl. A hideg hűtőközeget az elpárologtatóba táplálják (geotermikus szondák, légpárologtató ), és a környezeti hő elnyelésével ( anergia ) gázállapotba kerül.

A hőszivattyú hátránya a berendezésekre fordított lényegesen nagyobb ráfordítás. A hatékony párologtatók (geotermikus szondák, felszíni párologtatók) különösen költségesek a kapcsolódó földmunkák miatt. A beruházások a hagyományos gáz- vagy fűtőolaj -égőkhöz képest lényegesen magasabbak. Másrészt a karbantartás és javítás rendszeres erőfeszítése jelentősen alacsonyabb, például nincsenek tisztítási és kéményseprési költségek.

A Rudolf Plank után Plank -folyamatnak nevezett hőszivattyús folyamatot kombinált hőmotornak is nevezik. A reverzibilis hőmotor határesete a bal oldali Carnot-folyamat .

Hűtőközeg (működő gázok)

1930 -tól a kilencvenes évek elejéig a klór -fluorozott szénhidrogének (CFC -k) voltak az előnyben részesített hűtőközegek. Könnyen kezelhető nyomás alatt szobahőmérsékleten kondenzálódnak. Nem mérgezőek, nem gyúlékonyak és nem reagálnak a szokásos anyagokkal. Azonban, ha a CFC megjelent, károsítják az ózonréteget a légkör, és hozzájárul a ózonlyuk . Ezért a klór -fluorozott szénhidrogének használatát 1995 -ben betiltották Németországban. A helyettesítőként használt fluorozott szénhidrogének (PFC -k) nem károsítják az ózonréteget, de hozzájárulnak az üvegházhatáshoz, és a Kiotói Jegyzőkönyv környezetvédelmi szempontból veszélyesnek minősülnek . A tiszta szénhidrogének, mint például a propán vagy a propilén természetes hűtőközegnek minősülnek , mivel tűzveszélyességük különleges biztonsági intézkedéseket igényel. Szervetlen, nem gyúlékony alternatívákat, például ammóniát , szén-dioxidot vagy vizet is használtak a hőszivattyúkhoz. Sajátos hátrányok miatt ezek a hűtőközegek nem tudtak nagyobb műszaki léptékben érvényesülni. Az ammóniát (NH 3 ) és a szén -dioxidot (CO 2 ) általában ipari hűtőrendszerekben, például hűtőházakban és sörfőzdékben használják. A CO 2 -t fontolóra veszik a fluorozott szénhidrogének helyett a légkondicionáló járművekhez, és már az első gyártók is használják (2017 -től).

Teljesítménymutató és minőségi fokozat

Az ε teljesítménytényező , amelyet az irodalomban hőszivattyú fűtési számának is neveznek, a fűtőkörbe kibocsátott hő és a felhasznált energia hányadosa:

A tipikus 4–5 COP -k esetén a teljesítmény négy -ötszöröse áll rendelkezésre felhasználható hőteljesítményként; a nyereség a kivont környezeti hőből származik.

A teljesítménytényező nagymértékben függ az alsó és a felső hőmérséklettől. A termodinamika második törvénye szerint a hőszivattyú elméletileg maximálisan elérhető teljesítménytényezőjét a Carnot -hatásfok kölcsönhatása korlátozza

A hőmérséklethez az abszolút értékeket kell használni.

A hőszivattyú minőségi szintje a tényleges teljesítményszám, amely az ideális teljesítményszámhoz kapcsolódik az alkalmazott hőmérsékleti szinteken. A következőképpen számítják ki:

A gyakorlatban 0,45 és 0,55 közötti hőszivattyús fokozatokat érnek el.

Mintaértékek

A hőszivattyú alsó hőmérséklete 10 ° C (= 283,15 K), a hasznos hő pedig 50 ° C -on (= 323,15 K) kerül átadásra. Egy ideális reverzibilis hőszivattyús eljárással, a Carnot -folyamat fordítottjával a teljesítmény együtthatója 8,1 lenne. Ezen a hőmérsékleti szinten 4,5 -ös teljesítménytényező érhető el. Egy energiaegység -exergiával , amelyet műszaki munkaként vagy elektromos áramként vezetnek be, 3,5 egység anergia szivattyúzható a környezetből a magas hőmérsékletre, így 4,5 energiaegység használható fel hőként 50 ° -os fűtési előremenő hőmérsékleten C. ( 1 egység exergia + 3,5 egység anergia = 4,5 egység hőenergia ).

Általánosságban azonban figyelembe kell venni az exergetikus erőmű hatékonyságát és a hálózati átviteli veszteségeket, amelyek összességében körülbelül 35%-os hatékonyságot érnek el. A szükséges 1 kWh exergia 100/35 × 1 kWh = 2,86 kWh elsődleges energiabevitelt igényel. Ha a primer energiát nem az erőműben használják fel, hanem közvetlenül a helyszínen használják fel fűtésre, akkor 95% -os égési hatékonyság 2,86 kWh × 95% = 2,71 kWh hőenergiát eredményez.

A fenti példára hivatkozva, ideális esetben (teljesítménytényező = 4,5) a felhasznált tüzelőanyag -entalpia 1,6 -szorosa hőenergiává alakítható fűtő hőszivattyúval, és 0,95 -szerese a hagyományos fűtéssel használt tüzelőanyag -entalpiának . Nagyon kedvező körülmények között a kerülőerőmű → elektromos → hőszivattyú 1,65 -ször nagyobb hőmennyiséget érhet el a közvetlen égéshez képest.

A COP = 6,8 értéket érik el a próbapadon 10 ° C talajvízhőmérséklet és 35 ° C hasznos hőmérsékleti érték mellett. A gyakorlatban azonban az év során ténylegesen elérhető teljesítményérték, az éves teljesítménytényező (JAZ), beleértve a veszteségeket és az erőátvitelt is, csak 4,2. Levegő / víz hőszivattyúk esetén az értékek jelentősen alacsonyabbak, ami csökkenti a primer energiaigény csökkenését. Kedvezőtlen körülmények között - például fosszilis tüzelőanyagokból származó árammal - több primer energia fogyasztható, mint hagyományos fűtéssel. Az ilyen elektromos fűtés sem klímavédelmi, sem gazdasági szempontból nem hatékony.

A JAZ> 3 hőszivattyú energiahatékonynak tekinthető. Egy tanulmány szerint azonban a 2008 -as villamosenergia -keverék már megtakarítja a 2 -es JAZ -ből származó széndioxid -kibocsátást, a megújuló energiák további bővítésével és a régebbi erőművek korszerűbb és hatékonyabb cseréjével , a megtakarítási potenciállal, beleértve a meglévőket is hőszivattyúk, tovább növekszik.

Adatlapokat

A különböző hőszivattyús termékek adatlapjain a teljesítményparaméterek a közeghez, a forráshoz és a célhőmérséklethez kapcsolódnak; például:

  • W10 / W50: COP = 4,5,
  • A10 / W35: fűtőteljesítmény 8,8 kW; COP = 4,3,
  • A2 / W50: fűtőteljesítmény 6,8 kW; COP = 2,7,
  • B0 / W35: fűtőteljesítmény 10,35 kW; COP = 4,8,
  • B0 / W50: fűtőteljesítmény 9 kW; COP = 3,6,
  • B10 / W35: fűtőteljesítmény 13,8 kW; COP = 6.1

Számos mért COP érték után a WPT aljzaton. Az olyan specifikációk, mint a W10 / W50, jelzik a két közeg bemeneti és kimeneti hőmérsékletét. W jelentése víz, A levegő és B sóoldat , mögötte lévő szám a ° C -os hőmérséklet. A B0 / W35 például a hőszivattyú működési pontja, ahol a sóoldat bemeneti hőmérséklete 0 ° C és a víz kimeneti hőmérséklete 35 ° C.

Osztályozás

az eljárás után
a hőforrás után
hő felhasználása után
a munkamódszer szerint

Különféle fizikai hatások használhatók a hőszivattyúban. A legfontosabbak a következők:

az építéstechnikában

A hőszivattyúkat gyakran használják az épület fűtésére szolgáló víz melegítésére ( hőszivattyús fűtés ) és a melegvíz biztosítására . A hőszivattyúk önmagukban is használhatók, más típusú fűtéssel kombinálva, valamint táv- és helyi fűtési rendszerekben . Ez utóbbihoz tartozik z. B. a hideg helyi fűtés . A következő kombinációk gyakoriak (rövidítések zárójelben):

Tervek

14 000 kW -os abszorpciós hőszivattyú ipari hulladékhő felhasználására egy osztrák távfűtőműben.
A kompressziós hőszivattyú
a párolgási entalpia fizikai hatását használja fel . Hűtőközeg kering benne egy körben, amelyet kompresszor hajt, felváltva folyékony és gáz halmazállapotú halmozódási állapotot.
Az abszorpciós hőszivattyú
a reakcióhő fizikai hatását használja fel két folyadék vagy gáz keverésekor. Oldószeres körrel és hűtőkörrel rendelkezik. Az oldószert többször feloldják vagy kilökik a hűtőközegben.
Az adszorpciós hőszivattyú
szilárd oldószerrel, az "adszorbenssel" működik, amelyre a hűtőközeg adszorbeálódik vagy deszorbálódik. Hőt adunk a folyamathoz a deszorpció során, és eltávolítjuk az adszorpció során. Mivel az adszorbens nem keringtethető egy ciklusban, a folyamat csak akkor futhat megszakítás nélkül, ha ciklikusan vált az adszorpció és a deszorpció között.

Elektromos meghajtású kompressziós hőszivattyú

Párologtató belseje levegő-víz hőszivattyúban

Az elektromos meghajtású kompressziós hőszivattyú a hőszivattyúk fő alkalmazása, a hűtőközeget zárt körben vezetik. Egy kompresszor beszívja, összenyomja és a kondenzátorba táplálja. A kondenzátor egy hőcserélő, amelyben a kondenzációs hő folyadékba kerül - például melegvíz körbe vagy a helyiség levegőjébe. A cseppfolyósított hűtőközeget ezután egy tágulási eszközbe (kapilláriscső, termikus vagy elektronikus tágulási szelep) táplálják. A hűtőközeget az adiabatikus tágulás lehűti. A szívónyomást a tágulási eszköz a hőszivattyú kompresszorának szállítási sebességével kombinálva úgy állítja be, hogy a hűtőközeg telített gőzének hőmérséklete a környezeti hőmérséklet alatt legyen. Az elpárologtatóban a hő így a környezetből a hűtőközegbe kerül, és a hűtőközeg elpárolgásához vezet. Hőforrásként használható a környezeti levegő vagy a sóoldat, amely elnyeli a hőt a talajból. Az elpárolgott hűtőközeget ezután a kompresszor szívja be. A fent leírt példából látható, hogy az elektromos meghajtású hőszivattyú használata a feltételezett hőmérsékleti szinten nem tesz lehetővé lényegesen magasabb hőhatást a hagyományos közvetlen fűtéshez képest. Az arány javul az elektromos meghajtású hőszivattyú javára, ha a magas hőmérsékletű hulladékhőt alacsonyabb hőforrásként lehet használni, vagy a geotermikus energiát magas hőmérsékleten lehet használni megfelelő geotermikus kollektorral .

Hőszivattyú olaj- vagy gázmotoros hajtással

Lényegesen nagyobb hőhatás érhető el, ha a primer energiát gázként vagy olajként lehet használni egy motorban, hogy technikai munkát végezzen a hőszivattyús kompresszor közvetlen meghajtására. A motor exergetikus hatásfokával 35% -kal és a motor hulladékhőjének 90% -os kihasználásával 1,8 teljes hőhatás érhető el. Figyelembe kell venni azonban a közvetlen fűtéshez képest jelentkező jelentős többletkiadásokat, amit a jelentősen magasabb beruházási és fenntartási költségek indokolnak. Vannak azonban olyan gázhőszivattyúk a piacon (20 kW -os fűtési / hűtési kapacitástól felfelé), amelyek 10.000 órás szervizintervallummal (a motor normál karbantartási munkái) és 30.000 üzemóránként üzemelnek az olajcsere során, és így hosszabb karbantartási időközök, mint a kazánrendszereknél. Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy a motoros meghajtású gázhőszivattyúk bizonyos gyártói sorozatgyártásban gyártják ezeket, amelyek élettartama Európában több mint 80 000 üzemóra. Ez a helyzet a kifinomult motorkezelésnek, az alacsony fordulatszámnak és az optimalizált eszközfolyamatoknak köszönhetően.

Az épületek fűtésére szolgáló hőszivattyúk részletes leírása

sztori

Kétlépcsős dugattyús kompresszor a Saline Bex-ben 1877-ben / Wirth 1955 /
1968: Klemens Oskar Waterkotte első központi hőszivattyús egysége Németországban

A hőszivattyú története a gőztömörítő gép kifejlesztésével kezdődött. Hűtőgépnek vagy hőszivattyúnak nevezik, a szállított vagy eltávolított hő felhasználásától függően. Hosszú ideig a cél az volt, hogy mesterségesen jégképzést hozzanak létre hűtési célokra. Az Egyesült Államokból származó Jacob Perkins volt az első, aki 1834 -ben sikeres gépet tudott építeni. Már tartalmazta a modern hőszivattyú négy fő összetevőjét: egy kompresszort, egy kondenzátort, egy párologtatót és egy tágulási szelepet.

Lord Kelvin már 1852 -ben megjósolta a hőszivattyút, amikor felismerte, hogy "fordított hőmotor" fűtésre használható. Rájött, hogy egy ilyen fűtőberendezés a környezetből (levegőből, vízből, talajból) történő hőelvezetésnek köszönhetően kevesebb primer energiát igényel, mint a hagyományos fűtés. De körülbelül 85 év telik el, mire az első helyiségfűtési hőszivattyú üzembe lép. Ebben az időszakban az úttörők funkcionális modelljeit megbízhatóbb és jobban megtervezett gépek váltották fel a gyorsan fejlődő tudományos behatolás alapján, különösen Carl von Linde és az ipari termelés fejlődése alapján. A hűtőgépeket és rendszereket ipari termékekké és ipari méretekben gyártották. 1900 -ra már rendelkezésre állt a fagylaltgyártás, valamint később az élelmiszerek és italok közvetlen hűtésére vonatkozó alapvető hűtési technológia újítások nagy része. A hőszivattyús technológia erre is építhet később.

Az 1875 előtti időszakban a hőszivattyúkat először gőzkompresszióra (nyílt hőszivattyús eljárás) alkalmazták a sóművekben, nyilvánvaló előnyeik a fa és a szén megtakarításában. 1857 -ben Peter von Rittinger osztrák mérnök volt az első, aki egy kis kísérleti üzemben megpróbálta megvalósítani a gőztömörítés gondolatát. Feltehetően Rittinger ebensee-i kísérletei inspirálták, Antoine-Paul Piccard a Lausanne- i Egyetemről és JH Weibel mérnök a genfi ​​Weibel-Briquet cégtől Svájcban építették a világ első igazán működő gőztömörítő rendszerét kétlépcsős kompresszorral . 1876 . Ezt az első svájci hőszivattyút 1877 -ben a Bex sóműben szerelték fel . 1900 körül a hőszivattyúk egyes mérnökök elképzelései maradtak. A svájci Heinrich Zoelly volt az első, aki elektromos hajtású hőszivattyút javasolt geotermikus energiával hőforrásként. Erre 1919 -ben megkapta az 59350 számú svájci szabadalmat. De a technika állása még nem volt kész elképzeléseire. Körülbelül húsz év telt el az első műszaki megvalósításig. Az Egyesült Államokban 1930 -tól építettek ki klímaberendezéseket a helyiségek hűtésére és további helyiségek fűtési lehetőségeit. A helyiségfűtés hatékonysága azonban szerény volt.

Az első világháború alatt és után Svájc nagyon nehéz energiaimportban szenvedett, és ezt követően bővítette vízerőműveit. A második világháború előtti időszakban és különösen annak idején , amikor a semleges Svájcot teljesen körülvették a fasiszta uralom alatt álló országok, a szénhiány ismét komoly problémává vált. Az energiatechnológiában elért vezető pozíciójuknak köszönhetően a svájci Sulzer , Escher Wyss és Brown Boveri vállalatok 1937 és 1945 között körülbelül 35 hőszivattyút építettek és állítottak üzembe. A fő hőforrások a tóvíz, a folyóvíz, a talajvíz és a hulladékhő voltak. Különösen figyelemre méltó a hat történelmi hőszivattyú Zürich városából, 100 kW -tól 6 MW -ig terjedő hőteljesítménnyel. Nemzetközi mérföldkő az Escher Wyss által 1937/38 -ban épített hőszivattyú a zürichi városháza fatüzelésű kályháinak cseréjére . A zaj és a rezgések elkerülése érdekében egy nemrég kifejlesztett forgódugattyús kompresszort használtak. Ez a történelmi hőszivattyú 63 évig fűtötte a városházát 2001 -ig. Csak akkor váltották fel egy új, hatékonyabb hőszivattyúval. Az említett vállalatok 1955 -ig további 25 hőszivattyút építettek. Az 1950 -es és 1960 -as években folyamatosan csökkenő olajárak ezután drámai csökkenéshez vezettek a hőszivattyúk értékesítésében. Ezzel szemben a gőztömörítő üzletág sikeres maradt. Más európai országokban a hőszivattyúkat csak szórványosan használták egyidejű hűtéssel és fűtéssel (pl. Tejüzemek). 1968-ban Klemens Oskar Waterkotte valósította meg Németországban az első földhöz kapcsolt hőszivattyút egy családi házhoz alacsony hőmérsékletű padlófűtéssel kombinálva .

Az 1973 -as olajembargó és az 1979 -es második olajválság az olaj árának akár 300%-os emelkedéséhez vezetett . Ez a helyzet óriási hasznot hozott a hőszivattyús technológiának. Igazi hőszivattyú -fellendülés volt. Ennek azonban hirtelen véget vetett a kis hőszivattyús szektor túl sok hozzá nem értő beszállítója, és az 1980 -as évek vége felé az olaj árának következő esése. Az 1980 -as években számos gáz- és dízelmotoros hőszivattyút is építettek. Azonban nem jártak sikerrel. Néhány év működés után túl gyakori meghibásodásokkal és túl magas karbantartási költségekkel kellett megküzdeniük. Ezzel szemben a nagyobb hőteljesítmény területén a kombinált hő- és erőművek kombinációja a hőszivattyúkkal, az úgynevezett „teljes energiarendszerek”. 1986-ban a Sulzer-Escher-Wyss 19,2 MW teljes energiarendszert valósított meg 170% -os kihasználtsággal az ETH-Lausanne-ban Lucien Borel és Ludwig Silberring koncepciója alapján . A Sulzer-Escher-Wyss , mint a világ legnagyobb hőszivattyús rendszere, amelynek hőforrása tengervíz volt, 1984-1986 között 180 MW hőszivattyús rendszert szállított 6 darab 30 MW hőszivattyús egységgel. A hőforrások körét kibővítették, és beépített csővezetékekkel, szennyvízzel, alagút-szennyvízzel és alacsony hőmérsékletű fűtőhálózatokkal rendelkező termoaktív építőelemeket is tartalmaznak.

1985 -ben fedezték fel az Antarktiszon található ózonlyukat . 1987 -ben a Montreali Jegyzőkönyv globális összehangolt intézkedés volt a CFC hűtőközeg szigorú megszüntetésére. Ez világméretű vészhelyzeti programokhoz és az ammónia hűtőközegként való újjászületéséhez vezetett . Az R-134a klórmentes hűtőközeget mindössze négy év alatt fejlesztették ki és használták fel . Európában szintén elősegítették a gyúlékony szénhidrogének, például a propán és az izobután hűtőközegként történő használatát. Emellett a szén -dioxid egyre inkább felhasználásra kerül. 1990 után a hermetikus tekercskompresszorok elkezdték felváltani a dugattyús kompresszorokat. A kis hőszivattyúk kevésbé terjedelmesek és alacsonyabb hűtőközeg -tartalommal rendelkeztek. A kis hőszivattyúk piaca azonban még megkövetelt egy bizonyos „öntisztító hatást” és összehangolt kísérő intézkedéseket a minőségbiztosítás előtt, mielőtt a sikeres újraindítás a nyolcvanas évek vége felé lehetséges lett volna.

Miután kis hőszivattyúkban leküzdötték az „égett gyermekeffektust”, a hőszivattyús fűtés gyorsan terjedni kezdett 1990 -ben. Ez a siker a technikai fejlődésen, a nagyobb megbízhatóságon, a csendesebb és hatékonyabb kompresszorokon, valamint a jobb irányításon alapul - de nem kevésbé a jobban képzett tervezőkön és szerelőkön, a minimális követelményekre vonatkozó jóváhagyási pecséteken és nem utolsó sorban a hatalmas áron csökkentés. A költséghatékonyabb invertereken és a bonyolultabb folyamatmenedzsmenten keresztüli teljesítményszabályozásnak köszönhetően a hőszivattyúk nagy energiahatékonysággal képesek megfelelni a felújítási piac követelményeinek.

Lásd még

irodalom

  • Hermann Recknagel, Ernst-Rudolf Schramek, Eberhard Sprenger: Zsebkönyv a légkondicionáló technológia fűtéséhez. 76. kiadás. Oldenbourg, München 2014, ISBN 978-3-8356-3325-4 .
  • Maake-Eckert: Pohlmann Taschenbuch der Kältetechnik. CF Müller, Karlsruhe 2000, ISBN 978-3-7880-7310-7 .
  • Marek Miara és mtsai: Hőszivattyúk - fűtés - hűtés - környezeti energia felhasználása. BINE-Fachbuch, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8167-9046-4 (alapismeretek a rendszertervezésre, megfigyelési tapasztalatokra, jelenlegi technológiára összpontosítva).
  • Klaus Daniels: Épülettechnika, Útmutató építészeknek és mérnököknek. VDF , Zürich 2000, ISBN 3-7281-2727-2 .
  • A megújuló energiákból származó hő, költségmegtakarítás - az életminőség javítása - a környezet védelme. Prospektus a Német Energiaügynökségtől , Berlin, 02/2007, 33–36. Oldal ( online PDF 46 oldal, 2,6 MB ).
  • Thorsten Schröder, Bernhard Lüke: Hőforrások hőszivattyúkhoz. Dortmundi könyv, Dortmund 2013, ISBN 978-3-9812130-7-2 .
  • Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher: Megújuló energiák Ausztriában. Alapismeretek, rendszertechnika, környezetvédelmi szempontok, költségelemzések, lehetőségek, felhasználás. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0839-4 .
  • Jürgen Bonin: Kézikönyv hőszivattyúk. Tervezés és projekttervezés. Kiadja a DIN , Beuth, Berlin / Bécs / Zürich 2012, ISBN 978-3-410-22130-2 .

web Linkek

Egyéni bizonyíték

  1. ↑ a b c d A megújuló energiákból származó hő, költségmegtakarítás - az életminőség javítása - a környezet védelme , a Deutsche Energie -Agentur GmbH (dena) brosúrája (www.dena.de) 2007.02.02., 33–36.
  2. ↑ a b Landolt Börnstein, Új sorozat VIII / 3C, kulcsszó: Hőszivattyúk, 608–626.
  3. ↑ A hőszivattyúk éves teljesítménytényezője .
  4. ↑ Energiatakarékosság az épületekben: a legmodernebb; Trends, a Google Könyvekben , 161. oldal, hozzáférés: 2016. augusztus 16.
  5. ↑ A hőszivattyú energia-gazdasági értékelése az épületfűtésben ( emlékezés 2018. március 5-én az Internet Archívumban )
  6. ↑ Cert-book
  7. ^ A b c d e Zogg M.: A hőszivattyú története - Svájci hozzájárulások és nemzetközi mérföldkövek, Federal Office of Energy, Bern 2008. ( admin.ch [letöltve: 2020. augusztus 4]).
  8. ^ Thomson W.: Az épületek fűtésének és hűtésének gazdaságosságáról a levegőáram segítségével. In: A Filozófiai Társaság folyóirata. 3. szám, 1852, 269-272.
  9. ↑ Wolfinger U.: 125 év Linde - krónika, Linde AG, Wiesbaden 2004. ( vhkk.org [PDF; hozzáférés: 2020. augusztus 4.]).
  10. ^ Thevenot K. "A hűtés története az egész világon, International Institute of Refrigeration, Paris 1979."
  11. ↑ Wirth E.: A hőszivattyú fejlődésének történetéből, Schweizerische Bauzeitung 1955, 73. kötet, 52. szám, 647-650. ( e-periodica.ch [hozzáférés: 2020. augusztus 4.]).
  12. ^ Zogg M.: History of Heat Pumps - Swiss Contributions and International Milestones, Swiss Federal Office of Energy, Berne 2008. ( admin.ch [letöltve: 2020. augusztus 4]).
  13. ↑ Waterkotte, K. (1968): talaj-víz hőszivattyús rendszer egy házhoz . ETA elektrowärme int. 30 / A, 39–43. Oldal, Essen.
  14. ↑ Pelet X., D. Favrat, A. Voegeli: A 3,9 MW -os ammónia hőszivattyúkkal kapcsolatos tapasztalatok - Tizenegy éves működés utáni állapot. In: a Műhely folyóirata IEA Annex 22, Gatlinburg, TN, USA, okt. 2-3, 1997.
  15. ^ Zehnder M., D. Favrat, E. Zahnd, J. Cizmar, D. Trüssel: Hőszivattyú közbenső befecskendezéssel tekercskompresszorokban, zárójelentés, Federal Office of Energy, Bern 2000. ( admin.ch [hozzáférés augusztus 4 -én , 2020]).