AT410971B

AT410971B - Verfahren und vorrichtung zur klimatisierung von bauwerken

Info

Publication number: AT410971B
Application number: AT0803299A
Authority: AT
Inventors: Peter Ing Freunschlag
Original assignee: Tech Buero Freunschlag
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2003-09-25
Also published as: ATA803299A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Bauwerken, bei dem durch eine Kältemaschine ein Kühlmedium gekühlt wird, das Verbrauchern zugeführt wird, wobei dann, wenn ein geringer Kältebedarf vorliegt, die Kälteenergie des Kühlme- diums über einen Wärmetauscher an eine Flüssigkeit abgegeben wird, welche einem Sprinklerbecken zugeführt wird, und dann, wenn ein erhöhter Kältebedarf vorliegt, die Kälteenergie der Flüssigkeit dem Kühlmedium zugeführt wird.

Bekannte Sprinklerbeckenkühlanlagen bestehen aus einer Kältemaschine, einem Wärmetauscher, einem Sprinklerbecken und Versorgungsleitungen zu den Verbrauchern. Zwischen den Verbrauchern, der Kältemaschine und dem Wärmetauscher befindet sich ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf, während zwischen dem Wärmetauscher und dem Sprinklerbecken ein offener Wasserkreislauf besteht. Der Wasservorrat im Sprinklerbecken wird üblicherweise auch als Löschwasserreservoir benützt.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird die von der Kältemaschine erzeugte Kälteenergie primär den Verbrauchern zugeführt. Sobald der Bedarf der Verbraucher an Kälteenergie zurückgeht, wird diese Kälteenergie in einem Sprinklerbecken zwischengespeichert, um bei Bedarf wieder dem Verbraucher zugeführt zu werden.

Die US 4 019 338 A zeigt eine Heizungs-und Kühlvorrichtung, bei der ein Schwimmbecken als Wärmespeicher verwendet wird. In ähnlicher Weise beschreibt die DE 25 21 773 eine Heiz- oder Kühleinrichtung, die ein Löschbecken zur Wärmespeicherung einsetzt.

Die Nachteile von bekannten Sprinklerbeckenkühlanlagen bestehen darin, dass sie einen sehr hohen Energiebedarf aufweisen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Sprinklerbeckenkühlanlage zu entwickeln, welche bei geringeren Investitions- und Betriebskosten arbeitet und dennoch höhere Ausbeuten an Kälteenergie erzielt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Aufrechterhaltung einer Temperaturschichtung in dem Sprinklerbecken sowohl die Zufuhr kalter Flüssigkeit zum Sprinklerbecken als auch die Entnahme kalter Flüssigkeit vom Sprinklerbecken jeweils in den bzw. aus dem unteren Bereich des Sprinklerbeckens erfolgt.

Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemässe Vorrichtung so betrieben, dass die Zufuhr kalter Flüssigkeit in das Sprinklerbecken im wesentlichen bei Nacht erfolgt, während die Entnahme kalter Flüssigkeit aus dem Sprinklerbecken im wesentlichen bei Tag erfolgt.

Dadurch kann die Kälteenergie mit günstigerem Nachtstrom erzeugt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Grössenordnung der Kältemaschine wesentlich geringer ausfallen kann.

So wird z. B. für eine Kleinanlage, welche auf 500 kW ausgelegt wird, eine Kältemaschine eingesetzt, die ihrerseits lediglich 350 kW Kälteleistung erbringt. Die fehlenden 150 kW werden aus dem Sprinklerbecken zugeführt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist bevorzugt so konzipiert, dass gegenüber herkömmlichen Anlagen ein Vielfaches an Kälteenergie in dem Sprinklerbecken gespeichert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass im Sprinklerbecken während der Zuführung oder während der Abziehung von Kälteenergie mindestens zwei Wasserschichten mit unterschiedlichen Temperaturen vorhanden sind, wobei die Temperaturdifferenz zwischen der obersten und der untersten Schicht bis zu 13 C beträgt, und wobei die unterste, kälteste Wasserschicht bis auf 1 C herab gekühlt wird.

Damit kann erreicht werden, dass die Anlage bis zu 2, 16 mal mehr Kälteenergie mit gleichem Energieaufwand speichern kann, als herkömmliche Anlagen gleicher Grössenordnungen. Dies erfordert zudem Mittel, welche eine Fliessrichtungsumkehr ermöglichen.

Um eine Vermischung des kälteren Wassers mit dem wärmeren Wasser zuverlässig zu vermeiden, werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Sprinklerbeckenkühlanlage im Bodenund im Deckenbereich des Sprinklerbeckens eine Vielzahl von Düsen angeordnet, wobei deren Flächenverteilung und deren Ausströmmenge dergestalt vorbestimmt sind, dass eine Durchmischung von Wasserschichten mit unterschiedlichen Temperaturen weitestgehend vermieden wird.

Eine geringe Durchmischung lässt sich in der Praxis zwar nie gänzlich vermeiden, jedoch ist es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich, bei den relativ grossen Beckenflächen von etwa 45 m2 oder mehr eine Temperaturschichtung zu erzeugen. Dies wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, dass die Wasseraustrittsgeschwindigkeit bei den einzelnen Düsen kleiner als 0, 1 m/sec ist.

In einer besonders vorteilhaften Weise werden dazu die Düsen entlang einer Versorgungs-

leitung so voneinander beabstandet, dass eine gleichmässige Ausströmung an allen Düsen allein durch den Druckverlust in der Versorgungsleitung bewirkt wird.

Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Bauwerken mit einer Kältemaschine zur Erzeugung von Kälteenergie, die mit Verbrauchern verbunden ist, einem Wärmetauscher, der in dem Kühlkreislauf der Kältemaschine angeordnet ist und an den Kälteenergie abgegeben werden kann oder aus dem Kälteenergie entnommen werden kann, und einem Sprinklerbecken das über einem Flüssigkeitskreislauf mit dem Wärmetauscher in Verbindung steht, um Kälteenergie aufzunehmen oder abzugeben.

Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um eine Temperaturschichtung im Sprinklerbecken aufrecht, die so ausgebildet sind, dass sowohl die Zufuhr kalter Flüssigkeit zum Sprinklerbecken als auch die Entnahme kalter Flüssigkeit vom Sprinklerbecken jeweils in den bzw. aus dem unteren Bereich des Sprinklerbeckens erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur näher erläutert.

Die dargestellte Sprinklerbeckenkühlanlage besteht aus zwei Sprinklerbecken 1 und 2, welche sowohl im Bereich der Beckendecke 3 als auch im Bereich des Beckenbodens 4 an Versorgungsleitungen 5 eine Vielzahl von Düsen 6 aufweisen. Diese Versorgungsleitungen 5 münden über Leitungen 7, welche mit einer Einrichtung 8 zur Fliessrichtungsumkehr verbunden sind, in einem Wärmetauscher 9.

Ein weiterer Flüssigkeitskreislauf verbindet den Wärmetauscher 9 mit einer Kältemaschine 10 und dem Verbraucher 11.

Die Fliessrichtungen im Nachtbetrieb sind durch unterbrochene Linien dargestellt. Die gekühlte Flüssigkeit aus der Kältemaschine wird ausschliesslich zum Wärmetauscher geleitet, wo die Kälteenergie auf das Speichermedium geleitet wird, welches seinerseits dem Beckenboden zufliesst. Aus dem Deckenbereich des Beckens wird wärmeres Wasser abgeleitet und fliesst zum Wärmetauscher. Nach Abzug der Kälteenergie strömt die Kühlflüssigkeit aus dem Wärmetauscher zurück zur Kältemaschine.

Im Tagbetrieb fliesst die Kühlflüssigkeit sowohl von der Kältemaschine als auch vom Wärmetauscher zum Verbraucher. Hierbei wird die Fliessrichtung zwischen Wärmetauscher und Sprinklerbecken umgedreht, d. h., das kalte Wasser am Beckenboden wird zum Wärmetauscher geführt, während das wärmere Wasser aus dem Wärmetauscher dem Deckenbereich des Beckens zufliesst.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Klimatisierung von Bauwerken, bei dem durch eine Kältemaschine (10) ein Kühlmedium gekühlt wird, das Verbrauchern (11) zugeführt wird, wobei dann, wenn ein ge- ringer Kältebedarf vorliegt, die Kälteenergie des Kühlmediums über einen Wärmetauscher (9) an eine Flüssigkeit abgegeben wird, welche einem Sprinklerbecken (1,2) zugeführt wird, und dann, wenn ein erhöhter Kältebedarf vorliegt, die Kälteenergie der Flüssigkeit dem Kühlmedium zusätzlich zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrecht- erhaltung einer Temperaturschichtung in dem Sprinklerbecken (1,2) sowohl die Zufuhr kalter Flüssigkeit zum Sprinklerbecken (1,2) als auch die Entnahme kalter Flüssigkeit vom
Sprinklerbecken (1,2) jeweils in den bzw.

aus dem unteren Bereich des Sprinkierbeckens (1,2) erfolgt.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr kalter Flüssigkeit in das Sprinklerbecken (1,2) im wesentlichen bei Nacht erfolgt, während die Entnahme kalter Flüssigkeit aus dem Sprinklerbecken (1,2) im wesentlichen bei Tag erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- fuhr kalter Flüssigkeit zum Sprinklerbecken (1,2) als auch die Entnahme kalter Flüssigkeit vom Sprinklerbecken (1,2) so gesteuert wird, dass im Sprinklerbecken (1,2) stets minde- stens zwei Wasserschichten mit unterschiedlichen Temperaturen vorhanden sind, wobei die Temperaturdifferenz zwischen der untersten und der obersten Schicht bis zu 13 C beträgt, und wobei die unterste, kälteste Wasserschicht bis auf 1 C herab gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhal- <Desc/Clms Page number 3> tung der Temperaturschichtung im Sprinklerbecken (1,2) beim Wechsel von der Zufuhr kalter Flüssigkeit zur Entnahme kalter Flüssigkeit durch die Umkehrung der Fliessrichtung bewirkt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr und die Entnahme der Flüssigkeit zum bzw. vom Sprinklerbecken (1,2) über eine Vielzahl von Düsen (6) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Was- seraustrittsgeschwindigkeit bei den einzelnen Düsen (6) kleiner als 0, 1 m/sec ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (6) entlang einer Versorgungsleitung (5) so voneinander beabstandet sind, dass eine gleichmässige Ausströmung an allen Düsen (6) allein durch den Druckverlust in der Ver- sorgungsleitung (5) bewirkt wird.

8. Vorrichtung zur Klimatisierung von Bauwerken mit einer Kältemaschine zur Erzeugung von Kälteenergie, die mit Verbrauchern (11) verbunden ist, einem Wärmetauscher (9), der in dem Kühlkreislauf der Kältemaschine angeordnet ist und an den Kälteenergie abgegeben werden kann oder aus dem Kälteenergie entnommen werden kann, und einem Sprinkler- becken (1,2) das über einem Flüssigkeitskreislauf mit dem Wärmetauscher (9) in Verbin- dung steht, um Kälteenergie aufzunehmen oder abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um eine Temperaturschichtung im Sprinklerbecken (1,2) auf- recht, die so ausgebildet sind, dass sowohl die Zufuhr kalter Flüssigkeit zum Sprinklerbe- cken (1,2) als auch die Entnahme kalter Flüssigkeit vom Sprinklerbecken (1,2) jeweils in den bzw. aus dem unteren Bereich des Sprinklerbeckens (1,2) erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden- und im Decken- bereich (3, 4) des Sprinklerbeckens (1,2) eine Vielzahl von Düsen (6) angeordnet sind, wobei deren Flächenverteilung und deren Ausströmmenge dergestalt vorbestimmt sind, dass eine Beschickung mit bzw. Entnahme von Kälteenergie ohne wesentliche Durchmi- schung der Wasserschichten erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Umschaltung der Fliessrichtung der Flüssigkeit vorgesehen ist, in Abhängigkeit davon, ob dem Sprinklerbecken (1,2) kalte Flüssigkeit zugeführt oder entnommen wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einrichtung zur Umschaltung der Fliessrichtung der Flüssigkeit in den Rohrleitungen zwi- schen dem Wärmetauscher (9) und dem Sprinklerbecken (1,2) befindet.