AT410135B

AT410135B - Kühlanlage

Info

Publication number: AT410135B
Application number: AT0154199A
Authority: AT
Original assignee: Gautsch Hermann
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2003-02-25
Also published as: ATA154199A; DE20102546U1

Description

AT 410 135 B

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einer Kältemaschine, die einen über einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer führenden Kältemittelkreislauf umfaßt, wobei der Verdampfer mit einem Kühlkreis zur Kühlung eines Kälteverbrauchers und der Kondensator mit einem Heizkreis zum Heizen eines Wärmeverbrauchers Zusammenwirken und Kühl- und Heizkreis einen gemeinsamen Wärmeträger aufweisen.

Solche Kühlanlagen werden in verschiedensten Ausführungen vielfältig genutzt, beispielsweise in Kaufhäusern zum Kühlen von Verkaufsvitrinen und zum klimatisieren der Verkaufsräume, welche Kühlanlagen aber nicht nur über ihren Kühlkreis die gewünschten Kühltemperaturen liefern, sondern mit der Abwärme ihrer Kältemaschine über einen entsprechenden Heizkreis zu Heizzwecken, meist zur Warmwasseraufbereitung, genutzt wird. Dabei könnten durchaus die Kühl- und Heizkreise der Kältemaschine direkt in den Kältemittelkreislauf eingebunden und der Verdampfer als Wärmetauscher im Bereich des Kälteverbrauchers bzw. der Kondensator als Wärmetauscher im Bereich des Wärmeverbrauchers angeordnet sein, doch empfiehlt sich aus baulichen, wirtschaftlichen und umwelttechnologischen Gründen, den Kühlmittelkreislauf der Kältemaschine in sich geschlossen zu führen und eigene den Verdampfer bzw. Kondensator des Kältemittelkreislaufes beaufschlagende Kühl- bzw. Heizkreise auszulegen, wodurch einerseits die Kältemaschine als kompakte, handelsübliche Baueinheit zur Verfügung steht, mit verhältnismäßig geringen Kältemittelmengen das Auslangen gefunden wird und anderseits für die Kühl- und Heizkreise unbedenkliche Wärmeträger, wie Sole, ersetzbar sind und für die Auslegung und Installation der Kühl- und Heizkreise entsprechend große Freiheiten bestehen.

Die Kühlanlagen müssen auf die zu erwartende größte Kühlleistung ausgelegt sein, so daß die Kältemaschine in Sommerzeiten auf Vollast fährt, um das geforderte Kälteniveau zur Kühlung des Kälteverbrauchers abzudecken, wobei allerdings das dabei anfallende Abwärmeangebot den Wärmebedarf des zu heizenden Wärmeverbrauchers beträchtlich übersteigt und einen entsprechenden Energieverlust mit sich bringt. In Winterzeiten wiederum wird die Kältemaschine wesentlich weniger beansprucht und braucht vielfach nur im Teillastbereich zu arbeiten, was aber auch die entstehende Abwärme verringert, die den gesteigerten Wärmebedarf eines Wärmeverbrauchers nicht mehr abdecken kann und die Notwendigkeit mit sich bringt, eine eigene, vom Kältemittelkreislauf unabhängige Heizvorrichtung zum Heizen des Wärmeverbrauchers zu installieren.

Eine Klimaanlage mit geregelter Kopplung von Solarkollektoren und Wärmepumpen ist aus der DE 197 14 679 A bekannt, wobei als Wärmequelle auf der Verdampferseite der Wärmepumpe ein Erdkollektor und zur Wirkungsgradsteigerung ein Sonnenkollektor vorgesehen sind. Diese bekannte Anlage kann entweder als Wärmepumpen- oder als Kühlanlage betrieben werden, indem der Kältekreis intern umgeschaltet wird. Die Anlage kann aber nicht gleichzeitig als Wärmepumpenanlage und als Kühlanlage betrieben werden.

Die US 5 388 419 zeigt eine Wärmepumpe mit mehreren Kältekreisen zur Wirkungsgradverbesserung, wobei die Wärmepumpe auch hier intern umschaltbar ist und als Kühlanlage genutzt werden kann, Eine gleichzeitige Entwicklung und Entnahme von Wärme und Kälte ist ebenfalls nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die bestens an den Winter- und Sommerbetrieb angepaßt ist und neben der erforderlichen Kühlleistung im Sommer auch eine ausreichende Abwärme im Winter für den Betrieb eines leistungsstarken Heizkreises zur Verfügung stellt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein zusätzlicher wahlweise an den Kühl- bzw. Heizkreis anschließbarer Kollektorkreis vorgesehen ist, der vorzugsweise einen Erdkollektor aufweist.

Durch den zusätzlichen Kollektorkreis ist es möglich, die Kältemaschine auf einem annähernd gleichbleibenden, der Auslegung entsprechenden Leistungsniveau zu halten und damit einen entsprechend hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Der Kollektorkreis erlaubt es nämlich, beispielsweise in Sommerzeiten mit hoher Kühlleistung und einem Überangebot an Abwärme, diese Abwärme über den Erdkollektor zu speichern und die überschüssige Wärmeenergie auf der Kondensatorseite der Kältemaschine durch den Erdkollektor rückzukühlen. Im Winter hingegen wird bei zu kleiner Kühllast für die Kältemaschine der Erdkollektor zusätzlich als Energiequelle für die Verdampferbeaufschlagung genützt, so daß die Kältemaschine wiederum auf Vollast arbeitet. Aufgrund dieses Vollastbetriebes der Kältemaschine wird kondensatorseitig auch soviel Abwärme frei, daß ein 2

AT 410 135 B hochleistungsfähiger Heizkreis mit entsprechender Heizleistung entsteht, der in den meisten Fällen zusätzliche Heizvorrichtungen überflüssig macht. Führt der Kühl- und/oder Heizkreis über einen dem jeweiligen Kreis zugehörigen Pufferspeicher, an den auch der Kollektorkreis angeschlossen ist, läßt sich ohne Schwierigkeiten im Normalfall Kälte- und Wärmebedarf im Gleichgewicht halten und lediglich zur Spitzenabdeckung der Kollektorkreis zuschalten.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Kühlkreis eine den Kälteverbraucher umgehende, direkt in den zugehörigen Pufferspeicher führende Zweigleitung aufweist, da sich so die Kühlleistung des Kühlkreises zur Kühlung des Kälteverbrauchers rationell durch Umschalten auf die Zweigleitung bzw. durch Zu- und/oder Abschalten der Zweigleitung regeln läßt. in der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Kühlanlage in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kühlanlage ist der Kälteverbraucher 1 in einen Kühlkreis 2 mit einer Kältemaschine 3 eingebunden, die als Wärmepumpe ausgebildet ist und einen Kältemittelkreislauf 4 mit einem Kompressor 5, einen Kondensator 6, ein Expansionsventil 7 und einen Verdampfer 8 umfaßt. Im Wärmeaustausch mit dem Kondensator 6 steht ein Wärmeträger für einen Heizkreis 9, dessen Wärmeverbraucher 10 über eine Heizungspumpe 11 mit dem über den Kondensator 9 erwärmten Wärmeträger versorgt wird, und zwar in vorteilhafter Weise über einen Pufferspeicher 12. Die mit vollen Linien gezeichnete Anordnung des Kondensators 6 innerhalb des Pufferspeichers 12 stellt zwar eine günstige Ausführungsform dar, doch kann der Pufferspeicher 12 auch an einen außerhalb des Pufferspeichers 12 vorgesehenen, beispielsweise mit der Kältemaschine 3 eine Baueinheit bildenden Kondensator angeschlossen werden, wie dies in der Zeichnung durch den strichpunktiert eingezeichneten Kondensator 6a angedeutet wird, von dem dann Anschlußleitungen zum Pufferspeicher 12 ausgehen. Ähnlich dem Heizkreis 9 umfaßt auch der Kühlkreis 2 einen Pufferspeicher 13, der jedoch an den Verdampfer 8 der Kältemaschine 3 angeschlossen ist, so daß der Wärmeträger für den Kühlkreis 2, beispielsweise Sole, mittels einer Kältepumpe 14 über diesen Pufferspeicher 13 gepumpt wird. Je nach dem Kältebedarf wird der Kälteverbraucher 1 mit dem über den Verdampfer 8 der Kältemaschine 3 abgekühlten Wärmeträger beaufschlagt, wobei der Wärmeträgerstrom über ein Umschaltventil 15 entweder dem Kälteverbraucher 1 oder über eine Zweigleitung 16 unmittelbar dem Pufferspeicher 13 zugeführt werden kann.

Zum Unterschied zu bekannten Kühlanlagen dieser Art ist ein zusätzlicher Kollektorkreis 17 vorgesehen, der wahlweise an den Kühlkreis 2 oder den Heizkreis 9 angeschlossen werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Umschaltventil 18 vorgesehen, über das entweder der Pufferspeicher 13 des Kühlkreises 2 oder der Pufferspeicher 12 des Heizkreises 9 mit dem Kollektorkreis 17 verbunden wird, der den dann beiden Kreisen 2 und 9 gemeinsamen Wärmeträger über eine Kollektorpumpe 19 durch einen Erdkollektor 20 pumpt.

Durch diesen zusätzlichen Kollektorkreis 17 wird es beispielsweise in der warmen Jahreszeit möglich, das zufolge eines hohen Kältebedarfs und eines niedrigen Wärmebedarfs bedingte Wärmeüberangebot im Bereich des Kondensators 6 abzubauen und über den Erdkollektor zu speichern, wobei die damit verbundene Energieableitung aus dem Bereich des Kondensators 6 zu einem vorteilhaften Vollastbetrieb der Kältemaschine 3 mit hohem Wirkungsgrad führt. Ist im Gegensatz dazu z. B. in der kalten Jahreszeit der Wärmebedarf größer als das durch den Kältebedarf bedingte Wärmeangebot der Kältemaschine 3, so kann der Kühlkreis 2 an den Kollektorkreis 17 angeschlossen werden, um durch eine zusätzliche Erwärmung des Wärmeträgers im Bereich des Pufferspeichers 13 die zusätzliche Energie zur Abdeckung des größeren Wärmebedarfs bereitstellen zu können. Über den Verdampfer 8 wird das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes 4 auf eine höhere Ausgangstemperatur erwärmt, was entsprechend höhere Temperaturen im Bereich des Kondensators 6 zur Folge hat. Auch in diesem Fall können die im Bereich der Kältemaschine 3 zu-und abgeführten Wärmemengen durch den Kollektorkreis 17 vorteilhaft aneinander angeglichen werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, anhand dessen lediglich das Prinzip einer erfindungsgemäßen Kühlanlage erläutert wurde. So wäre es beispielsweise möglich, ohne einen Pufferspeicher 12 bzw. 13 auf der Seite des Kühlkreises 2 oder des Heizkreises 9 auszukommen, wenn in diesen Bereichen mit einer im wesentlichen 3

Claims

AT 410 135 B konstanten Wärmebelastung gerechnet werden kann, so daß in diesem Fall die Abdeckung von Lastspitzen über die Pufferspeicher überflüssig wird. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kühlanlage mit einer Kältemaschine, die einen über einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer führenden Kältemittelkreislauf umfaßt, wobei der Verdampfer mit einem Kühlkreis zur Kühlung eines Kälteverbrauchers und der Kondensator mit einem Heizkreis zum Heizen eines Wärmeverbrauchers Zusammenwirken und Kühl- und Heizkreis einen gemeinsamen Wärmeträger aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher wahlweise an den Kühl- bzw. Heizkreis (2 bzw. 9) anschließbarer Kollektorkreis (17) vorgesehen ist, der vorzugsweise einen Erdkollektor (20) aufweist.
2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühl- und/oder Heizkreis (2 bzw. 9) über einen dem jeweiligen Kreis zugehörigen Pufferspeicher (12 bzw. 13) führt, an den auch der Kollektorkreis (17) angeschlossen ist.
3. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreis (2) eine den Kälteverbraucher (1) umgehende, direkt in den zugehörigen Pufferspeicher (13) führende Zweigleitung (16) aufweist. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 4