DE102005036492A1 - Interior space e.g. office space, cooling and heating process for use in building, involves causing circulation guidance of cooled water circulation and heat water circulation by cooling water pump and cold water pump - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Heizen von Innenräumen unter Verwendung eines Peltierelements, wobei das Peltierelement als Wärmepumpe verwendet wird. Innenräume im Sinne der weiteren Ausführungen sind vor allem Büroräume, Verkaufsräume, und vergleichbare Räume, die mit Öl, Gas, Kohle oder Strom geheizt und nach den bisherigen Gegebenheiten nur im Ausnahmefall oder überhaupt nicht gekühlt werden. Weitere Einsatzbereiche sind u. a. Pkw, Nutzfahrzeuge und Schiffe. Mit sehr guter Effizienz wird Solarenergie zum Kühlen bzw. Heizen der Innenräume verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Gerätesystem bzw. den Varianten des Systems erfolgt die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The The invention relates to a method for cooling and heating of interiors under Use of a Peltier element, wherein the Peltier element as a heat pump is used. inside rooms in the sense of further remarks are mainly office space, salesrooms, and comparable rooms, those with oil, Gas, coal or electricity heated and according to previous conditions only in exceptional cases or at all not cooled become. Other applications are u. a. Passenger cars, commercial vehicles and Ships. With very good efficiency, solar energy for cooling or Heating the interiors used. With the device system according to the invention or the variants of the system, the realization of the method according to the invention takes place.
Es ist hinlänglich bekannt, das Solarenergie mittels Photovoltaik in Verbindung mit Stromwandlern für die verschiedensten Anwendungsfälle genutzt wird. Die mit Hilfe der Photovoltaik gewonnene Elektroenergie kann nur mit einem schlechteren Wirkungsgrad genutzt werden, bedingt durch die Stromwandler als Zwischenglied bei der praktischen Verwendung des Stroms für Geräte zum Kühlen oder Heizen. Oft ist mit dem Kühlen oder Heizen auch eine erhebliche Umwälzung der Raumluft verbunden, die häufig störend wirkt. Auch aus hygienischer Sicht sind die zum Stand der Technik gehörenden Geräte weniger zu empfehlen, denn es kommt zu einer Staubaufwirbelung, hier vor allem sehr kleiner Partikel, die beim Reinigen durch Absaugen oft nicht beseitigt werden können.It is sufficient known, the solar energy by means of photovoltaics in conjunction with Current transformers for the most diverse applications is being used. The electrical energy gained with the help of photovoltaic can only be used with a poorer efficiency, conditioned through the current transformers as a link in the practical use of electricity for equipment for cooling or heating. Often with the cooling or heating also involves a significant circulation of indoor air, the common disturbing acts. Also from a hygienic point of view, they are state of the art belonging Less devices recommended, because it comes to a Staubaufwirbelung, here before especially very small particles, which often when cleaning by suction can not be eliminated.
Der Peltiereffekt wird seit vielen Jahren zum Kühlen und Heizen benutzt. Vor allem bei kleineren Kühlgeräten kommen die Peltierelemente zur Anwendung. Die Peltierelemente werden mit Gleichstrom betrieben, wobei das Peltierelement eine Kalt- und eine Warmseite hat mit einer Temperaturdifferenz von ca. 60 °C.Of the Peltier effect has been used for many years for cooling and heating. In front especially with smaller refrigerators the Peltier elements for use. The Peltier elements are with DC operated, the Peltier element a cold and a Warm side has a temperature difference of about 60 ° C.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und die entsprechende Gerätetechnik vorzuschlagen, die es ermöglicht unter Verwendung von Peltierelementen den Wirkungsgrad beim Kühlen/Heizen von Innenräumen zu verbessern. Auf Luftumwälz- systeme soll dabei verzichtet werden. Unter Innenräume im Sinne der weiteren Ausführungen sind in Gebäuden vorzugsweise Büroräume, Gewerberäume, Verkaufsräume und Wohnräume zu verstehen. Weiterhin erstreckten sich die Nutzungsmöglichkeiten auf Kraftfahrzeuge und auch auf Schiffe.It is therefore an object of the invention, a method and the corresponding device technology to propose that makes it possible using Peltier elements the cooling / heating efficiency of interiors to improve. On air circulation Systems should be omitted. Under interiors in the sense the other versions are in buildings preferably offices, warehouses, salesrooms and living rooms to understand. Furthermore, the possibilities of use extended on motor vehicles and also on ships.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken auf den Anspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 8.According to the invention Task solved as follows, being with regard to the fundamental inventive thought up Reference is made to claim 1. The further embodiment of the invention arises from the claims 2 to 8.
Gegenüber der üblichen Nutzung der Solarenergie mit Hilfe der Photovoltaik in Verbindung mit Stromwandlern entfällt bei der direkten Nutzung (ohne Stromwandler) die erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrads. Die üblicherweise mit der Einspeisung in das Stromnetz verbundenen Kosten für die Bauteile entfallen im Vergleich zu der hier vorgestellten direkten Umwandlung der solar erzeugten Gleichspannung und Nutzung von Gleichspannungsverbrauchern.Compared to the usual Use of solar energy with the help of photovoltaics in conjunction With current transformers is eliminated in direct use (without current transformer) the significant deterioration of the Efficiency. The usual associated with the supply to the grid network costs for the components omitted in comparison to the direct conversion presented here the solar generated DC voltage and use of DC consumers.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird zum Kühlen von Innenräumen eine Wasser-/Wasser-Wärmepumpe als Peltierelement verwendet. Die benötigte Energie für ein Peltierelement wird von einem Photovoltaik – Element geliefert. Da das Peltierelement im Betrieb eine warme und eine kalte Seite aufweist, wird auf beiden Seiten das Peltierelement mit einem Wasserwärmetauscher versehen.in the Contrary to the prior art is for cooling of interiors a Water / water heat pump used as Peltier element. The energy required for a Peltier element is from a photovoltaic element delivered. Since the Peltier element in operation a warm and a Cold side, is on both sides with the Peltier element a water heat exchanger Mistake.
Die Raumluft wird nicht direkt mit den Peltier-Wärmetauschern abgekühlt, sondern die Wärmeübertragung der Peltierelemente erfolgt durch Wasserwärmetauscher auf beiden Seiten der Peltierelemente. Dieses erfindungsgemäße Bauteil kann man auch als Peltier-Wärmeaustauscher bezeichnen. Es besteht aus zwei dünnen Metallplatten (Stärke 1 mm bis 2 mm) beidseitig der neben und hintereinander liegenden Peltierlementen. Je eine Kupferblechplatte stellt die Verbindung zur Oberfläche des Peltierelementes her (Sandwichbauweise: Wärmetauscher/Kupferblechplatte/Wärmeleitpaste/Peltierelement/Wärmeleitpaste/Kupferblechplatte/Wärmetauscher). Auf einer der beiden Blechplatten ist Spezialwärmeleitklebstoff einzusetzen. Die zweite Kupferblechplatte erhält Wärmeleitpaste zum Ausgleich der Wärmedehnung als Bindemittel zwischen den Peltierelementen und der Blechtafel.The Room air is not cooled directly with the Peltier heat exchangers, but instead the heat transfer The Peltier elements are made by water heat exchangers on both sides the Peltier elements. This component according to the invention can also be used as Peltier heat exchanger describe. It consists of two thin metal plates (thickness 1 mm up to 2 mm) on both sides of the Peltier elements next to and behind each other. One copper sheet plate connects to the surface of the Peltier element (sandwich construction: heat exchanger / copper sheet metal plate / thermal compound / Peltier element / thermal paste / copper sheet metal plate / heat exchanger). On one of the two sheet metal plates special thermal adhesive is to be used. The second copper sheet plate receives Thermal Compounds to compensate for the thermal expansion as a binder between the Peltier elements and the metal sheet.
Die beispielsweise 4 mm dicken Peltierelemente (z. B. 4 cm × 4 cm) werden auf einer Blechplatte in einer Reihe von 9 Stück hintereinander aufgeklebt. Eine zweite Reihe wird direkt neben der ersten Reihe befestigt. Damit entsteht eine rechteckige Tafel von ca. 8 cm Breite und 32 cm Länge, die 18 Peltierelemente zu einem Modul verbindet.The for example 4 mm thick Peltier elements (eg 4 cm × 4 cm) be on a metal plate in a row of 9 pieces in a row glued. A second row will be right next to the first row attached. This creates a rectangular panel of about 8 cm wide and 32 cm in length, which connects 18 Peltier elements to one module.
Die Wärmeabgabe erfolgt an der Warmseite über einen Austauscher, welcher das Wasser zu einem Rückkühler führt, über dessen Gestaltung und Platzierung später noch nähere Hinweise gegeben werden. Nach entsprechender Wärmeabgabe schließt sich der Kreislauf durch Rückführung des in der Temperatur abgesenkten Wassers in den Kühler an der Warmseite des Peltierelements.The heat takes place on the warm side an exchanger, which leads the water to a recooler, about its design and placement later even closer Hints will be given. After appropriate heat release closes the circulation by recycling the in the temperature lowered water in the cooler on the warm side of the Peltier element.
Die Kühlfunktion erfolgt über den kalten Wasserwärmeaustauscher, welcher abgekühltes Wasser einem Kühlelement zuführt. Dieses Kühlelement bewirkt über entsprechende Strahlung den Kühleffekt im Innenraum. Nach zwangsläufiger Aufwärmung beim Kälte abstrahlen gelangt das Wasser in den kalten Wasserwärmeaustauscher an der kalten Seite des Peltierelements zurück. Diese Kühlung von Personen durch Strahlung ist wesentlich behaglicher, als die Kühlung mit üblichen Klimaanlagen auf Luftbasis.The cooling function over the cold water heat exchanger, which cooled water a cooling element supplies. This cooling element causes over corresponding radiation the cooling effect in the interior. After inevitable warming in the cold The water gets into the cold water heat exchanger on the cold side of the Peltier element back. This cooling of persons by radiation is much more comfortable, than the cooling with conventional air conditioning systems.
Es ergeben sich energetische Vorteile in der Einsparung der Energieträger, die üblicherweise für die Kühlung verwendet werden.It Energetic advantages result in the saving of the energy carriers, which usually for the cooling be used.
Es ist hervorzuheben, dass eine Heizung von Innenräumen nach dem gleichen Prinzip erfolgt, wie die Kühlung. Durch Umpolen am Peltierelement wird die Warmseite zur Kaltseite und die Kaltseite zur Warmseite. Der Wärmepumpenprozess wird lediglich umgekehrt. Praktisch erfolgt diese Umkehrung durch Umschaltung der Polarität am Peltierelement (Plus/Minus werden vertauscht).It It should be emphasized that a heating of interiors on the same principle takes place, as the cooling. By reversing the polarity at the Peltier element, the warm side becomes the cold side and the cold side to the warm side. The heat pump process is just reversed. In practice, this reversal occurs by switching the polarity on the Peltier element (plus / minus are swapped).
Das Peltierelement bildet immer zusammen mit einem Wärmeaustauscher an jeder Seite einen kompakten Wärmeaustauscher-Peltierelement-Block.The Peltier element always forms together with a heat exchanger on each side a compact heat exchanger Peltier element block.
Selbstverständlich ist eine Reihenschaltung dieses Blocks zur Steigerung der Kühl-/Heizleistung möglich.Of course it is a series connection of this block to increase the cooling / heating power possible.
Anders als beim Kühlbetrieb für den Aufenthaltsbereich entspricht jedoch der zeitliche Verlauf der Leistungsanforderungen im Heizbetrieb nicht so ideal der Energiebereitstellung durch die Sonne. Der Tagesgang der Sonne auf die Fensterflächen entspricht weitgehend dem Verlauf der Kühllast eines Raumes, weil ein Großteil der Kühllast durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen wird.Unlike the cooling mode for the occupied area, however, the time course of the power requirements in the heating mode does not correspond so ideally to the provision of energy by the sun. The daily movement of the sun on the windows ent speaks largely the course of the cooling load of a room, because much of the cooling load is caused by the sun's rays.
Der Heizbedarf eines Raumes läuft entgegengesetzt ab. Die eindringende Sonnenwärme/Sonnenstrahlung vermindert den Wärmebedarf eines Raumes. Es handelt sich um solare Wärmegewinne. Nachdem die Sonne nicht mehr auf die Fassade oder die Fenster scheint entfallen die solaren Wärmegewinne. Zu diesem Zeitpunkt steht jedoch auch keine Antriebsenergie für die Deckung des Heizbedarfs im Raum zur Verfügung.Of the Heating demand of a room is running opposite. The invading solar heat / solar radiation decreases the heat requirement a room. These are solar heat gains. After the sun no longer on the façade or the windows seems to be eliminated solar heat gains. At this time, however, there is no drive energy for the cover of the heating demand in the room.
Die Folgerung aus den zeitlich verschobenen Kurven der Leistungsbereitstellung und des Heizleistungsbedarfs ist der zwingende Einsatz von Energiespeichersystemen. Da die Sonnenenergie durch Photovoltaikelemente in Gleichstrom umgewandelt wird, können hierfür übliche Auto- oder Motorradbatterien als Energiespeicher/Puffer eingesetzt werden. Nach dem Entfall der Sonnenstrahlung auf die Fenster steigt im Winter der Heizbedarf im Raum an. Ab diesem Zeitpunkt kann die in der Batterie gespeicherte Energie wieder entnommen werden und das Peltierelement wird mit dem zuvor gespeicherten Gleichstrom versorgt. Die Umschaltung auf den Heizbetrieb wird am Peltierelement mit einem Thermoschalter/Raumthermostat vorgenommen. In jedem Raum wird über die individuell einstellbare Wunschtemperatur am Raumthermostat festgelegt, ob geheizt oder gekühlt wird. Es werden keine weiteren Energien in Form von Stromzuführung oder Heizwärme benötigt.The Conclusion from the time-delayed curves of the service provision and the heating power requirement is the mandatory use of energy storage systems. As solar energy is converted into direct current by photovoltaic elements If this is the case, or motorcycle batteries are used as energy storage / buffer. After the elimination of solar radiation on the windows rises in winter the heating demand in the room. From this point in the battery can stored energy can be removed again and the Peltier element is supplied with the previously stored DC power. Switching on the heating operation is at the Peltier element with a thermo switch / room thermostat performed. In every room is over the individually adjustable desired temperature on the room thermostat whether heated or cooled becomes. There are no other energies in the form of power supply or heating needed.
Die Kühl- bzw. Kaltwasserpumpen zur Realisierung der Kreislaufförderung und Messinstrumente werden ebenfalls wie das Peltierlement mit photovoltaisch erzeugtem Gleichstrom betrieben.The Cooling or Cold water pumps for the realization of the circulation promotion and measuring instruments become also like the Peltierlement with photovoltaic generated direct current operated.
Abgesehen von der Klimatisierung mit dem neuen System bei Kraftfahrzeugen und Schiffen (darauf wird in den Ausführungsbeispielen eingegangen) war gemäß bisheriger Beschreibung der Anlagenaufbau nur auf einzelne Räume als kleinste Einheit bezogen.apart from air conditioning with the new system on motor vehicles and ships (this will be discussed in the embodiments) according to previous Description of the system layout only for individual rooms smallest unit.
Eine Fortführung des Konzeptes auf ein komplexes Gebäude macht eine Energiebilanz erforderlich. Häufig treten über den Jahreszyklus gleichzeitig Heiz- und Kühllasten im Gebäude auf. Das neuartige System erlaubt in Verbindung mit einem Zweirohrsystem (wie bei der konventionellen Warmwasserheizung) den Abtransport der Wärme von Räumen, die gekühlt werden, zu Räumen, die geheizt werden müssen. Das im zu kühlenden Raum installierte Peltierelement nutzt den Heizkreislauf zur Rückkühlung auf der heißen Seite und hebt damit das Temperaturniveau im Heizsystem an. In Räumen mit Heizbedarf wird die Energie aus dem Heizungskreislauf vom Peltierelement entnommen und auf der Raumseite durch den Wärmepumpenbetrieb auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärmeabgabe erfolgt durch die Heiz/Kühlelemente im Raum und deckt damit den Wärmebedarf. Das kombinierte Heiz-, Rückkühlsystem wird bei Temperaturen von 40°C bis 60°C im Winter liegen, während im Sommer bei 60°C bis 80 °C. Damit eignet es sich ständig für die Rückkühlung von zu kühlenden Räumen und gleichzeitig können sogar handelsüblich Niedertemperaturheizkörper von Nebenräumen angeschlossen werden.A continuation the concept of a complex building makes an energy balance required. Often come over the annual cycle at the same time heating and cooling loads in the building. The novel system allows in conjunction with a two-pipe system (as in conventional hot water heating) the removal the heat of rooms, the cooled be, to rooms, which have to be heated. That in the to be cooled Space installed Peltier element uses the heating circuit for recooling the hot ones Page and thus raises the temperature level in the heating system. In rooms with Heating demand is the energy from the heating circuit of the Peltier element removed and on the room side by the heat pump operation to a higher temperature level brought. The heat output done by the heating / cooling elements in the room and thus covers the heat requirement. The combined heating and cooling system is at temperatures of 40 ° C up to 60 ° C lying in the winter while in summer at 60 ° C up to 80 ° C. This makes it suitable all the time for the Recooling of to be cooled clear and at the same time even commercially available Low temperature radiators from adjoining rooms be connected.
Das Niveau der Energieerzeugung über das Photovoltaikfeld liegt unter 30 V Gleichstrom für die Peltierelemente und die Pumpen (in den Räumen). Die Photovoltaikelemente können bei großen Gebäuden außer an der Fassade auch auf dem Dach angeordnet werden. Es ist dann jedoch eine Gleichspannungsverkabelung bis in die einzelnen Räume erforderlich, um die Peltierelemente mit Spannung zu versorgen.The Level of energy production over the photovoltaic field is below 30 V DC for the Peltier elements and the pumps (in the rooms). The Photovoltaic elements can at big buildings except on the facade can also be arranged on the roof. It is then However, a DC wiring required in the individual rooms, to supply the Peltier elements with voltage.
Gleichfalls ist auch die Entnahme der Versorgungsspannung aus dem allgemeinen Stromnetz über einen Transformator möglich.Likewise is also the removal of the supply voltage from the general Power grid over a transformer possible.
Bei dezentraler Photovoltaik aus den jeweiligen äußeren Sonnenschutzlamellen entfällt die aufwendige Verkabelung im Gebäude.at decentralized photovoltaic from the respective outer solar shading deleted the complex wiring in the building.
Das kombinierte Heiz-, Rückkühlsystem benötigt zentrale Pumpen im jeweiligen Kreislauf. Bei größeren Gebäuden ist je Stockwerk ein Kreislauf mit einer Pumpe vorzusehen. Der Energieaustausch verläuft dann nur in der horizontalen Ebene. Mehrere Stockwerke sollten nur bei kleinen Gebäuden miteinander in einem System eingebunden werden. Der Volumenstromabgleich wird sonst aufwendig. In der Regel sollte jedoch der Ausgleich der Wärme in einem Stockwerk wegen der verschiedenen Himmelsrichtungen ausreichen.The combined heating, cooling system needed central pumps in the respective circuit. For larger buildings, there is a cycle per floor to provide with a pump. The energy exchange then proceeds only in the horizontal plane. Several floors should only be at small buildings be integrated with each other in a system. The volume flow adjustment is otherwise expensive. In general, however, should the balance of Heat in one floor due to the different directions.
Das Systemwasser wird ständig in Zirkulation gehalten. Erst in extremen Wintern muss zusätzlich Wärme in den Heizkreislauf zugeführt werden. Zu diesem Zweck werden Gleichspannungsheizpatronen in jedem Stockwerkskreislauf eingesetzt. Die gepufferte Solarenergie wird zur Stromenergiezuführung für die Heizpatronen herangezogen.The System water is constantly kept in circulation. Only in extreme winters has additional heat in the Heating circuit supplied become. For this purpose, DC heating cartridges in each Floor circulation used. The buffered solar energy will to the power supply for the Heating cartridges used.
Bei Gebäuden mit Solarenergie aus Photovoltaikelementen an den Fassaden oder vor den Fenstern ist der Wärmepumpenbetrieb über das raumweise vorhandene Peltierelement möglich. Die Stromenergie muss zuvor gepuffert werden, damit diese auch in der Nacht als Antriebsenergie für Peltier-Wärmepumpe bereit steht.at buildings with solar energy from photovoltaic panels on the facades or Outside the windows, the heat pump operation is about the room by room existing Peltier element possible. The power must be buffered beforehand so that it can also be used in the night as drive energy for Peltier heat pump is ready.
Das neue komplexe Heiz-, Kühlsystem benötigt ein multifunktionales Zweirohrsystem im Gebäude, bei dem alle Räume miteinander über lediglich zwei wasserführende Leitungen vernetzt werden. Räume mit Wärmeüberschuss (durch starke Sonneneinstrahlung) werden über ein Peltierelement gekühlt. Die abgegebene Wärme wird in das Rohrsystem eingelei tet und dient zur Beheizung von Räumen mit Wärmebedarf (fehlende Sonneneinstrahlung). Dort wird die Energie aus dem Rohrsystem vom Peltierelement entnommen und auf ein höheres Niveau gebracht. Die Wärmeabgabe erfolgt durch die Heizelemente an der Decke.The new complex heating and cooling system be a multifunctional two-pipe system in the building, in which all rooms are networked with each other via only two water-bearing pipes, is necessary. Rooms with excess heat (due to strong sunlight) are cooled by a Peltier element. The heat released is introduced into the pipe system and serves to heat rooms with heat demand (lack of solar radiation). There, the energy from the pipe system is taken from the Peltier element and brought to a higher level. The heat is dissipated by the heating elements on the ceiling.
Der Wärmepumpenprozess wird lediglich umgekehrt. Erreicht wird diese Umkehrung durch Umschaltung der Polarität, d. h. Plus/Minus wird am Peltierelement vertauscht.Of the heat pump process is just reversed. This reversal is achieved by switching the polarity, d. H. Plus / minus is interchanged at the Peltier element.
In großen Zeiträumen des Winterhalbjahres ist der Heizbetrieb in Räumen erforderlich, wenn diese nicht der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Ebenso kann auch an kühlen Sommertagen ein Heizbedarf in Räumen entstehen, wenn keine direkte Sonneneinstrahlung vorliegt. Der Tagesgang der Sonne auf die Fensterflächen entspricht weitgehend dem Verlauf der Kühllast eines Raumes, weil ein Großteil der Kühllast durch die Sonneneinstrahlung hervorgerufen wird.In huge periods During the winter months, the heating in rooms is required, if this not exposed to direct sunlight. Likewise also cool Summer days a heating demand in rooms arise when there is no direct sunlight. The daily routine the sun on the windows largely corresponds to the course of the cooling load of a room, because much of the cooling load caused by the sunlight.
Es kann auf aufwendige Regelungen weitgehend verzichtet werden, weil das System selbstständig raumweise den Wärmebedarf und Kühlbedarf regelt. Bei der Kühlung entfällt sogar das komplette Kälterohrverteilsystem (inkl. der Rohrkältedämmung). Je nach Größe des Objektes und des Verglasungsanteils der Fassade kann es im Sommer notwendig werden, die anfallende Abwärme über Rückkühler abzuführen. Das Rückkühlsystem (gleichzeitig Heizsystem) soll durch die Peltierelemente nicht überheizt werden, damit die Leistungsfähigkeit der Wärmeaufnahme ständig erhalten bleibt. Das ist jedoch nicht bei dezentraler raumweiser Rückkühlung über den integrierten Wärmetauscher im äußeren Sonnenschutz notwendig, weil hier keine Überhitzung stattfinden kann.It can be largely dispensed with elaborate arrangements, because the system independently room by room the heat demand and cooling requirements regulates. When cooling deleted even the complete cold ear distribution system (including the pipe insulation). Depending on the size of the object and the glazing proportion of the facade may be necessary in summer to dissipate the waste heat generated by the recooler. The Cooling System (simultaneously heating system) should not be overheated by the Peltier elements be, thus the efficiency the heat absorption constantly preserved. However, this is not decentralized room by room Recooling over the integrated heat exchanger in the outer sunscreen necessary, because there is no overheating here can take place.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert werden. Die Figuren zeigen:The Invention will be explained below with reference to several embodiments. The figures show:
- 11
- PeltierelementPeltier element
- 22
- Wärmeaustauscher an der kalten Seite des Peltierelementsheat exchangers on the cold side of the Peltier element
- 33
- Wärmeaustauscher an der warmen Seite des Peltierelementsheat exchangers on the warm side of the Peltier element
- 44
- warmer Wasserwärmeaustauscher/Rückkühlerwarm Water heat exchanger / drycoolers
- 55
- kalter Wasserwärmeaustauscher/Kühlbaffelcold Water heat exchanger / chilled beam
- 66
- KühlwasserpumpeCooling water pump
- 77
- KaltwasserpumpeCold water pump
- 88th
- Photovoltaikelementphotovoltaic element
- 99
- Gebäudewandbuilding wall
- 1010
- Verkabelung für Gleichstromcabling for direct current
- 1111
- TaupunktreglerTaupunktregler
- 1212
- Beleuchtung mit Gleichstromlighting with direct current
Die nachfolgend verwendeten
Bezugszeichen beziehen sich auf
- 1313
- Heiz- und Rückkühlwasserpumpeheating and recooling water pump
- 1414
- Regelventilcontrol valve
- 1515
- Heiz- und Rückkühlwasserverteilerheating and recooling water distributor
Das Peltierelement in
1. Ausführungsbeispiel1st embodiment
Am
Peltierelement
Unter
Verwendung der Kaltwasserpumpe
Mit
Hilfe der Kühlwasserpumpe
2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment
Die
Erläuterungen
zum 1. Ausführungsbeispiel
gelten hier sinngemäß. Es sind
jedoch
Wie
vorher schon gesagt, bilden das Peltierelement
Ein
Taupunktregler gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist mit dem Positionszeichen
Im
Hinblick auf die Anordnung der Photovoltaikelemente
3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment
Es
wird auf die
Bei sehr kalter Witterung muss zusätzlich Wärme dem Heizkreislauf zugeführt werden und überschüssige Wärme kann bei heißer Witterung sinnvollanderweitig genutzt werden (thermische Kälteerzeugung).at very cold weather must additionally heat the Heating circuit supplied can be and excess heat can at hotter Weather can be reasonably used elsewhere (thermal refrigeration).
Abgesehen von den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen, die das Kühlen und Heizen von Innenräumen nach dem neuen System mit sich bringt, kann zusammenfassend gesagt werden, dass übliche Heizkesselanlagen (Heizzentrale mit Heizkesseln, Schornstein, Öllager oder Gasanschluss bzw. Fernwärmeanschluss mit Wärmeaustauschern) und übliche Kompressionskälteanlagen mit Rückkühlsystemen entfallen.apart from the technical and economic benefits that cooling and Heating of interiors According to the new system can be summed up be that usual Boiler systems (heating system with boilers, chimney, oil storage or Gas connection or district heating connection with heat exchangers) and conventional compression refrigeration systems with recooling systems omitted.
4. Ausführungsbeispiel4th embodiment
Eine Wasser/Wasser Wärmepumpe als Peltierelement wird in einem Kraftfahrzeug ein gebaut.A Water / water heat pump as a Peltier element is built in a motor vehicle.
Die benötigte Antriebsenergie in Form von Gleichstrom wird von einem Photovoltaik-Element auf dem Autodach (auch Kühlerhaube oder Kofferraumdeckel möglich) geliefert. Das Sonnenlicht wird in Gleichstrom umgewandelt und direkt an das Peltierelement geleitet.The needed Drive power in the form of direct current is provided by a photovoltaic element on the car roof (also cooler hood or trunk lid possible) delivered. The sunlight is converted into direct current and direct directed to the Peltier element.
Das Peltierelement hat an der Warmseite einen Wasserwärmetauscher. Die Wärmeabgabe am warmen Wärmetauscher erfolgt über einen Wasser/Glykolkreislauf zu einem Rückkühler. Der Rückkühler besteht aus Blechtafeln mit eingelassenen Rohrregistern.The Peltier element has a water heat exchanger on the hot side. The heat output on the warm heat exchanger over a water / glycol cycle to a recooler. The recooler consists of metal sheets with recessed tube registers.
Diese Blechtafeln sind sehr dünn und werden auf dem Autodach neben den Photovoltaikelementen angebracht (streifenförmig). Ebenso kann der Kofferraumdeckel oder die Motorhaube für die Platzierung genutzt werden. Als konventionelle Alternative ist eine Wärmeabgabe (Rückkühlung) über den Wasserkreislauf auch an einen Luft/Wasserwärmetauscher im Motorraum möglich.These Metal sheets are very thin and are placed on the car roof next to the photovoltaic panels (Strip-shaped). Likewise, the trunk lid or the hood for placement be used. As a conventional alternative is a heat release (Recooling) over the Water cycle also possible to an air / water heat exchanger in the engine compartment.
Die Kühlfunktion erfolgt über den kalten Wasserwärmetauscher am Peltierelement. Ein zweiter Wasser/Glykolkreislauf bringt das abgekühlte Wasser an die Blechtafeln unter dem Kraftfahrzeugdach. Diese Blechtafeln haben eingepresste kleine Röhrchen und geben die gesamte Kühlung über Strahlung von oben an die angestrahlten Oberflächen ab. Der Kfz.-Himmel wird wie üblich mit Stoffen bespannt. Diese Kühlung von Personen ist wesentlich behaglicher als die üblichen Klimaanlagen auf Luftbasis. Auch aus hygienischer Sicht ist diese Technik wegen der geringen Staubaufwirbelung vorteilhaft.The cooling function takes place via the cold water heat exchanger on the Peltier element. A second water / glycol cycle brings the cooled water to the metal sheets under the vehicle roof. These metal sheets have pressed small Tube and give the entire cooling via radiation from above to the illuminated surfaces. The car sky is covered as usual with fabrics. This cooling of people is much more comfortable than the usual air conditioning systems. Also from a hygienic point of view, this technique is advantageous because of the low dust upset.
5. Ausführungsbeispiel5th embodiment
Es erfolgt die Darlegung der Erfindung anhand einer durchgängigen praktisch realisierbaren Konzeption im Zusammenhang mit der zugehörigen hydraulischen Schaltung für die Heiz- und Kühlfunktion.It the explanation of the invention with reference to a continuous practical feasible conception related to the associated hydraulic Circuit for the heating and cooling function.
a) Aufbau Peltier-Wärmetauscher-Modula) Construction Peltier heat exchanger module
Die neue Konzeption beruht auf alt bekannte physikalische Zusammenhänge am Peltierelement. Erst in Verbindung mit modernen Wasserwärmetauschern werden hohe Leistungszahlen der Wärmeübertragung an den Peltier-Wärmetauschern ermöglicht.The new concept is based on well-known physical relationships on the Peltier element. First in conjunction with modern water heat exchangers are high performance figures the heat transfer at the Peltier heat exchangers allows.
Eine weitere Voraussetzung sind geringe Temperaturunterschiede zwischen den Wärmeübertragungsplatten.A Another requirement is low temperature differences between the heat transfer plates.
Das Optimum für eine große Kühlleistung bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme liegt bei einer etwa 20-prozentigen Auslastung gegenüber der Nennspannung des Peltierelementes. Im Heizfall wird die vorhandene Auslegung aus dem Kühlfall direkt mit umgekehrter Polarität genutzt. Die Leistungszahl im Heizfall liegt um 1,0 über der Leistungszahl beim Kühlfall. D. h. die elektrisch zugeführte Energie wird gemeinsam mit der thermisch entzogenen Energie aus dem Kühlkreislauf dem Heizkreislauf zugeführt.The Optimum for a big cooling capacity at low electrical power consumption is about 20 percent utilization compared the rated voltage of the Peltier element. When heating, the existing Design from the cooling case directly with reversed polarity used. The coefficient of performance in the heating case is 1.0 above the Coefficient of performance in cooling case. Ie. the electrically supplied Energy goes out together with the thermally extracted energy the cooling circuit supplied to the heating circuit.
Die Leistungszahl variiert nach den wechselnden Temperaturverhältnissen in den beiden Wasserkreisläufen (beidseitig der Peltierelemente). Bei geringen Temperaturunterschieden zwischen beiden Wasserkreisläufen ist die übertragene Energie auf die Warmseite am höchsten. Basis der Betrachtung ist die eingesetzte elektrische Antriebsleistung der Peltierelemente.The The coefficient of performance varies according to the changing temperature conditions in the two water circuits (on both sides of the Peltier elements). At low temperature differences between both water cycles is the transferred one Energy highest on the warm side. The basis for consideration is the electrical drive power used the Peltier elements.
Dazu wird die Eigenschaft der Peltierelemente genutzt: eine Seite abzukühlen und die andere Seite gleichzeitig zu erwärmen. Die hohe Energiedichte an der Oberfläche des Peltierelementes verlangt nach einer hohen spezifischen Wärmekapazität des strömenden Mediums in den beidseitigen Wärmetauschern. Wasser bietet die besten Eigenschaften für den Wärmeübergang und die Wärmeableitung auf der relativ kleinen Oberfläche des Peltierelementes.To the property of Peltier elements is used: a side to cool down and to warm the other side at the same time. The high energy density on the surface of the Peltier element requires a high specific heat capacity of the flowing medium in the two-sided heat exchangers. Water offers the best properties for heat transfer and heat dissipation the relatively small surface of the Peltier element.
b) Heizfunktion Peltier-WärmeaustauscherModulb) Heating function Peltier heat exchanger module
Wie schon gesagt, führt die Umkehrung der Polarität von der Spannungsversorgung an den Peltierelementen zur Umkehrung des thermischen Prozesses an den beiden Wärmeübergangsflächen.As already said, leads the reversal of polarity from the power supply to the Peltier elements for inversion the thermal process at the two heat transfer surfaces.
Die ehemalige kalte Wärmetauscherplatte, die im Kühlfall für den Wärmeentzug des Raumes verantwortlich war, übernimmt die Heizfunktion für den Raum und wird zur warmen Platte. Die ehemalige warme Platte wird nun nicht mehr als Rückkühlwärmetauscher genutzt, sondern übernimmt die Zuführung der Wärmeenergie aus dem äußeren Heizmittelkreislauf (Rückkühlkreislauf im Raumkühlfall) wird durch die Peltierelemente abgekühlt. Die entzogene Energie aus dem äußeren Heizkreislauf wird durch elektrische Energie auf ein höheres Niveau gehoben und auf der Warmseite mit etwa 35°C an den Raumkreislauf abgegeben.The former cold heat exchanger plate, the in the cooling case for the heat extraction the room was responsible the heating function for the Room and becomes a warm plate. The former warm plate will not anymore as a recooling heat exchanger used, but takes over the feeder the heat energy from the outer heating medium circuit (Cooling cycle in room cooling) cooled by the Peltier elements. The extracted energy from the external heating circuit is raised to a higher level by electrical energy the warm side at about 35 ° C delivered to the spatial circulation.
Es müssen an der Decke höhere Übertemperaturen (große Temperaturdifferenz) zur Raumtemperatur gefahren werden, weil bei kalter Außentemperatur die Kältestrahlung von den Außenflächen zum Raum ausgeglichen werden müssen.It have to on the ceiling higher temperatures (size Temperature difference) are moved to room temperature, because at cold outside temperature the cold radiation from the outer surfaces to the Room must be balanced.
Die Oberflächentemperatur der Deckenelemente (Deckenstrahlplatten) führt zur Wärmeabgabe an den Raum und damit zur Abkühlung des Raumheizkreises.The surface temperature The ceiling elements (radiant ceiling panels) leads to heat dissipation to the room and thus to cool down of the space heating circuit.
c) Kühlfunktion Peltier-Wärmetauscher Modulc) Cooling function Peltier heat exchanger module
Die Temperatur im Rückkühlkreislauf ist entscheidend für die Funktion und die Effektivität des Kühlprozesses. Die Leistungszahl kennzeichnet die Effektivität des Kühlprozesses. Nur bei geringen Temperaturdifferenzen (etwa 10 Grad bis 15 Grad zwischen der Warm- und Kaltseite der Peltierelemente) beträgt die erreichbare Leistungszahl mehr als 2,0 im Kühlfall. Hierzu ist eine kontinuierliche Wärmeabfuhr am Wärmetauscher auf der Warmseite der Peltierelemente notwendig, um den ständigen Wärmeentzug auf der Kaltseite der Peltierelemente sicherzustellen. Die Kaltseite der Peltierelemente ist über den angebauten Wärmetauscher mit einem geschlossenen Wasserkreislauf zu Deckenkühlelementen verbunden (Pumpenkaltwasserkreislauf). Der Wärmeentzug für den Raum erfolgt vorwiegend über Strahlung. Das Pumpenkaltwasser in den Deckenkühlelementen heizt sich dadurch um etwa 2 Grad, also von 18°C auf 20°C auf. Das erhitzte Pumpenkaltwasser wird zum Peltierwärmetauscher zurückgeführt und der Kreislauf beginnt erneut.The Temperature in the recooling circuit is crucial for the function and the effectiveness the cooling process. The coefficient of performance characterizes the effectiveness of the cooling process. Only at low temperature differences (about 10 degrees to 15 degrees between the hot and cold sides of the Peltier elements) is the achievable coefficient of performance more than 2.0 in the case of cooling. This is a continuous heat dissipation at the heat exchanger on the warm side of the Peltier elements necessary to the constant heat extraction on the cold side of the Peltier elements. The cold side the Peltier elements is over the mounted heat exchanger with a closed water circuit to ceiling cooling elements connected (pump cold water circuit). The heat extraction for the room is predominantly via radiation. The pump cold water in the ceiling cooling elements heats up thereby by about 2 degrees, that is 18 ° C to 20 ° C on. The heated pump cold water becomes a Peltier heat exchanger returned and the Cycle begins again.
Die Rückkühltemperatur auf der Warmseite darf nicht im Bereich von über 40°C und die Kaltwasservorlauftemperatur auf der Kaltseite darf nicht unter 16°C liegen. Ein Optimum für den Einsatzfall Raumheizung und Raumkühlung liegt im kleinen Temperaturbereich zwischen 17°C (minimale Temperatur des Wassers auf der Kaltseite des Peltier-Wärmetauschers) und 35°C (Maximale Temperatur auf der Warmseite des Peltier-Wärmetauschers). Damit sind auch die geeigneten Deckenkühlelemente zum Wärmeent zug für den Raum begrenzt. Es können nur Strahlungskühlelemente eingesetzt werden, die bei minimal 17°C Vorlauftemperatur die benötigte Kühlleistung für den Raum erbringen.The recooling temperature on the hot side must not exceed the range of over 40 ° C and the cold water servorlauftemperatur on the cold side must not be below 16 ° C. An optimum for the application room heating and room cooling lies in the small temperature range between 17 ° C (minimum temperature of the water on the cold side of the Peltier heat exchanger) and 35 ° C (maximum temperature on the warm side of the Peltier heat exchanger). Thus, the appropriate ceiling cooling elements for Wärmeent train for the room are limited. Only radiant cooling elements can be used which provide the required cooling capacity for the room at a minimum flow temperature of 17 ° C.
d) Stromversorgung Modul-Peltier-Wärmetauscherd) Power module-Peltier heat exchanger
Die Stromversorgung an den Peltierelementen erfolgt aus dem allgemeinen Stromnetz im Raum. Über einen Trafo mit Gleichspannung von 12 Volt wird die benötigte maximale elektrische Leistung von etwa 250 W bis 500 W je Raum bereitgestellt. Eine Versorgung der Peltierelemente mit solar erzeugtem Gleichstrom aus Photovoltaik ist ebenfalls möglich.The Power supply to the Peltier elements takes place from the general Electricity network in the room. about a transformer with DC voltage of 12 volts will be the required maximum electrical power of about 250 W to 500 W per room provided. A supply of Peltier elements with solar generated direct current from photovoltaic is also possible.
Durch die Gesetzgebung (Zweites Gesetz zur Änderung des Erneuerbare – Energien – Gesetzes vom 22.12.2003) ist diese Schaltung zur Zeit in Deutschland unwirtschaftlich, weil die Stromversorger zur Abnahme des solar erzeugten Stroms zu extrem hohen Arbeitspreisen (mindestens 45,7 Cent pro Kilowattstunde) verpflichtet sind.By the legislation (Second Law amending the Renewable Energy Law from 22.12.2003) this circuit is currently uneconomic in Germany, because the electricity supplier to decrease the solar generated electricity too extremely high labor prices (at least 45.7 cents per kilowatt hour) are committed.
e) Systemeinbindung des Modulse) system integration of the module
Der Peltier-Wärmetauscher mit seinen beiden Wasserkreisläufen ist im Heiz-Kühlsystem nur ein Bauteil. Erst die Verbindung dieses gebündelten Energieanhebemoduls mit den beiden Wasserkreisläufen in ein funktionsfähiges Gesamtsystem (Wärmeerzeugung – Wärmeanhebung – Wärmeabgabe) stellt die Entwicklung dar. Die Wasserwege in beiden Wärmetauschern werden auf einen hohen Wärmeübergang bei geringen Temperaturdifferenzen ausgelegt. Im integrierten Aufbau mit den Peripheriebauteilen wird die thermische Leistungsfähigkeit für die Heizseite oder die Kühlseite sichergestellt. Die beiden Wasserkreisläufe werden in der Umlaufmenge und im Temperaturbereich in eng festgelegten Bereichen konstant gehalten.Of the Peltier heat exchanger with its two water circuits is in the heating-cooling system only one component. Only the connection of this bundled energy lift module with the two water circuits into a working one Entire system (heat generation - heat increase - heat emission) the development dar. The waterways in both heat exchangers are on one high heat transfer designed for low temperature differences. In the integrated construction with the peripheral components becomes the thermal efficiency for the heating side or the cooling side ensured. The two water cycles are in circulation and kept constant in the temperature range in narrowly defined ranges.
f) Gemeinsames Installationssystem für Heizen/Kühlenf) Common installation system for heating / cooling
Die Wärme- und Kälteverteilung im Raum erfolgt nur noch über ein gemeinsames System. Gegenüber der konventionellen Lösung mit einem Pumpenkaltwasserkreislauf und einem separaten Pumpenwarmwasserkreislauf. Dadurch können Investitionskosten für Verteilleitungen und Heizkörper eingespart werden. Auch die übliche zentrale Wärmeversorgung kann auf ein Minimum reduziert werden, weil die Peltierwärmetauscher im Heizfall eine Leistungszahl von mindestens 3,0 erreichen und damit wie raumzugeordnete Wärmepum pen arbeiten. Der größte Teil der im Raum benötigten Wärmeleistung wird damit örtlich erzeugt. Die zentrale Wärmeerzeugungstechnik reduziert sich entsprechend.The Warmth- and cold distribution in the room is only about a common system. Across from the conventional solution with a pump cold water circuit and a separate pump hot water circuit. Thereby can Investment costs for Distribution pipes and radiators be saved. Also the usual central heat supply can be reduced to a minimum, because the Peltier heat exchanger achieve a coefficient of performance of at least 3.0 in the heating case and so that room-like Wärmepum pen work. The biggest part needed in the room Heat output is with it locally generated. The central heat generation technology reduces accordingly.
Gleiche Einsparungen sind bei der Kälteversorgung realisierbar. Im Raum wird nur ein System zur Energieübertragung eingesetzt. Sowohl der Wärmeentzug als Raumkühlung als auch die Wärmezuführung als Raumheizung verwenden wechselseitig das gleiche Deckenrohrsystem oder alternativ eine handelsübliche Fußbodenheizung.Same Savings are in the refrigeration supply realizable. The room is only a system for energy transfer used. Both the heat extraction as room cooling as well as the heat supply as Space heating use the same ceiling pipe system alternately or alternatively a commercial one Underfloor heating.
In der Kältetechnikzentrale reduziert sich die Leistungsbereitstellung auf etwa die Hälfte, weil die dezentralen Peltier-Module im Kühlfall eine Leistungszahl von mindestens 2,0 erreichen. D.h. erst im Raum wird die Hälfte der Kälteleistung erzeugt. Die Verteilverluste über die Rohrleitungen durch das gesamte Gebäude reduzieren sich entsprechend.In the refrigeration control center Reduced service provision to about half, because the decentralized Peltier modules have a COP of reach at least 2.0. That only in the room will half of the Cooling capacity generated. The distribution losses over the pipes through the entire building are reduced accordingly.
Systembedingt muss eine Kältemaschine mit Umschaltung auf Wärmepumpenbetrieb für die zentrale Technik eingesetzt werden. Es können sowohl strombetriebene Kompressionsmaschinen eingesetzt werden, als auch gasbetriebene Wärmepumpen/Kältemaschinen. Alle vorgenannten Zentralgeräte ermöglichen die Wärmeerzeugung und nach Umschaltung auch die Kälteerzeugung aus einem Gerät.Due to the system needs a chiller with switching to heat pump operation for the central technology can be used. It can be both power-driven Compression machines are used, as well as gas-powered Heat pumps / chillers. All the aforesaid central devices enable the heat generation and after switching also the refrigeration from a device.
Durch die dezentrale Stromversorgung der Peltierelemente treten keine extremen Leistungsspitzen an der Kompressionsmaschine auf, wie dies bei einer zentralen Kältemaschine üblich ist. Durch die reduzierte Anschlussleistung wird der Leistungspreis des Stromversorgers erheblich reduziert. Die dezentrale Antriebsenergie zur Kühlung und Heizung wird abhängig von der Heiz- und Kühlanforderung jedes einzelnen Raumes aus dem allgemeinen Stromnetz entnommen. Bei vermieteten Objekten entstehen, durch die direkte Raumzuordnung der Wärme- und Kälteerzeugung, abrechnungstechnische Vorteile.By the decentralized power supply of the Peltier elements does not occur extreme power peaks on the compression machine on, like this is common in a central refrigerating machine. Due to the reduced connection performance, the performance price of the Electricity supplier significantly reduced. The decentralized drive energy for cooling and heating becomes dependent from the heating and cooling requirement each individual room taken from the general power grid. When leased objects arise, through the direct allocation of space the heat and refrigeration, billing-related advantages.
g) Außen-Energie-Kreislaufg) outdoor energy cycle
Der verfahrenstechnische Fortschritt der Entwicklung wird durch das Zusammenwirken einer konventionellen Kältemaschine (Wärmepumpe) mit dem Peltierwärmetauscher ermöglicht. Wobei es zwei Richtungen für den Wärmetransport gibt. Raumkühlung: Wärme aus dem Raum abtransportieren und an die Umwelt abgeben. Raumheizung: Wärme der Umwelt entziehen und an den Raum abgeben.Of the procedural progress of development is made by the Interaction of a conventional chiller (heat pump) with the Peltier heat exchanger allows. Whereby there are two directions for the heat transport gives. Room cooling: Heat off carry away from the room and release it to the environment. Space heating: Heat the Remove the environment and give it to the room.
h) Funktion und Energierichtung im Heizbetriebh) function and energy direction in heating mode
Im Heizbetrieb für den Raum wird zunächst der Umwelt Energie mit der Kältemaschine im Wärmepumpenbetrieb entzogen. Eine konventionelle Wärmepumpe bildet damit das äußere Bindeglied und bewirkt die Abkühlung der Außenluft. Die Kompressions-Wärmepumpe überträgt die Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an den äußeren Wasserkreislauf.In heating for the room is first the environment energy with the chiller in the heat mepumpenbetrieb withdrawn. A conventional heat pump thus forms the outer link and causes the cooling of the outside air. The compression heat pump transfers the heat at a higher temperature level to the outer water cycle.
Dieser Wasserkreislauf wird mit dem Peltier-Wärmetauscher verbunden. Dort erfolgt der Wärmeentzug durch die kalte Seite der Peltierelemente. Die Wärmeenergie wird durch die Peltierelemente auf ein höheres Niveau angehoben und an den inneren Wasserkreislauf (das Deckenheizsystem des Raumes) abgegeben. Die abgegebene Wärme im Raum führt zur Abkühlung des Heizkreislaufes und damit kann eine erneute Erwärmung im Peltierwärmetauscher erfolgen.This Water cycle is connected to the Peltier heat exchanger. There the heat extraction takes place through the cold side of the Peltier elements. The heat energy is generated by the Peltier elements a higher one Level raised and connected to the inner water circulation (the ceiling heating system of the room). The heat given off in the room leads to Cooling the heating circuit and thus can be reheated in the Peltier heat exchanger respectively.
i) Funktion und Energierichtung im Kühlbetriebi) function and energy direction in cooling mode
Je nach Rückkühltemperatur im warmen Wärmetauscher, die im Jahresverlauf zwischen 25 °C bis 35°C liegt, sind Leistungszahlen über 2,0 im Kühlfall erzielbar. Die weitere Rückkühlung übernimmt eine Kältemaschine im geschlossenen Wasser-Rückkühlkreislauf. Das Pumpenkaltwasser wird im Verdampfer der Kältemaschine um 2 Grad bis 5 Grad abgekühlt und zurück zur warmen Seite des Peltier-Wärmetauschers gepumpt. Die entzogene Energie aus dem Rückkühlkreislauf wird über die Kältemaschine auf ein hohes Temperaturniveau von 60 °C bis 70°C im Kältemittelkreislauf angehoben und an die Umwelt über einen luftgekühlten Kondensator abgegeben.ever after recooling temperature in the warm heat exchanger, during the year between 25 ° C up to 35 ° C is, performance figures are over 2.0 in cooling case achievable. The further recooling takes over a chiller in the closed water recirculation circuit. The pump cold water is in the evaporator of the chiller by 2 degrees to 5 degrees chilled and back to the warm side of the Peltier heat exchanger pumped. The extracted energy from the recooling circuit is over the refrigeration machine raised to a high temperature level of 60 ° C to 70 ° C in the refrigerant circuit and to the environment an air-cooled Capacitor discharged.
j) Innen-Energie-Kreislaufj) indoor energy cycle
Ein minimaler Temperaturunterschied zwischen warmer Seite und der kalten Seite (Kühldecke und Außenkreislauf) muss gegeben sein. Bei linearem Temperaturanstieg der Differenz erhöht sich die Stromaufnahme am Peltierelement quadratisch. Die Leistungszahl verringert sich extrem bei großen Temperaturunterschieden. Voraussetzung für eine gute Leistungszahl ist eine günstige Rückkühlung auf ein möglichst kleines Temperaturniveau im Rückkühlkreislauf.One minimal temperature difference between warm side and cold Side (cooling ceiling and External circuit) must be given. With linear temperature increase of the difference elevated the current consumption at the Peltier element is square. The coefficient of performance decreases extremely with big ones Temperature differences. Prerequisite for a good coefficient of performance is a cheap one Re-cooling on one possible small temperature level in the recooling circuit.
k) Funktion und Energierichtung im Raumheizbetriebk) function and energy direction in room heating operation
Die kalte Wärmetauscherfläche am Peltier-Wärmetauscher, auf der die Wärmeenergie entzogen wird, sollte im Temperaturniveau beim Heizbetrieb etwa 20°C betragen. Dem Wärmetauscherelement muss im Heizfall vom Außenkreislauf ständig Wärme zugeführt werden, damit die Heizenergie auf der Warmseite (Wärmetauscherplatte zum Raum hin) auf dem höheren Temperaturniveau abgegeben werden kann. Nur bei ständiger Bereitstellung der vorgegebenen Wassermenge (innerhalb der Temperaturvorgaben) kann die Leistungszahl von mindestens 3,0 eingehalten werden.The cold heat exchanger surface on the Peltier heat exchanger, on the heat energy should be removed in the temperature level during heating operation about 20 ° C. The heat exchanger element must in case of heating from the external circuit constantly heat are supplied so that the heating energy on the hot side (heat exchanger plate towards the room) on the higher one Temperature level can be delivered. Only with constant provision the given amount of water (within the temperature specifications) the performance coefficient of at least 3.0 can be maintained.
l) Funktion und Energierichtung im Raumkühlbetriebl) function and energy direction in room cooling mode
Zwei Wasserkreisläufe sorgen für die ständige Energieabfuhr aus dem kalten Raumkreislauf zum äußeren Wasserkreislauf hin. Nur die Kaltseite des Wärmetauschers am Peltiermodul ist mit den Deckenkühlelementen verbunden.Two Water cycles take care of the constant Energy removal from the cold space cycle to the outer water cycle. Only the cold side of the heat exchanger at the Peltier module is connected to the ceiling cooling elements.
Bei günstigen Rücklauftemperaturen von 25°C bis 29°C auf der Warmseite (äußerer Rückkühlkreislauf) ist eine optimale Kühlleistung übertragbar. Die stille Kühlung mit großen Oberflächen (Deckenkühlsegel oder Kühldecken), die nur geringe Untertemperaturen gegenüber der Raumtemperatur aufweisen, hat sich als behaglich bewährt. Im Jahresverlauf kommt es in modernen Bürogebäuden durch den Wärmeschutz in Verbindung mit einem großen Glasanteil bereits im Frühjahr zu einem Kühlbedarf. Die inneren Wärmequellen bilden eine zusätzliche Jahreszeit unabhängige Kühllast.at Great Return temperatures from 25 ° C up to 29 ° C on the warm side (external recooling circuit) is an optimal cooling capacity transferable. The silent cooling with big surfaces (Ceiling cooling panels or cooling ceilings), which have only low sub-temperatures compared to room temperature, has proven to be comfortable. In the course of the year thermal insulation occurs in modern office buildings in conjunction with a big one Glass content already in spring for a cooling requirement. The internal heat sources form an additional Season independent Cooling load.
m) Umschaltvorgang zwischen Heiz- und Kühlbetriebm) switching between Heating and cooling operation
Durch Umschaltung der Polarität des Gleichstroms der Peltier-Versorgungsspannung wird vom Heizbetrieb auf den Kühlbetrieb des Raumes gewechselt. Im Raumkühlbetrieb dient der äußere Wasserkreislauf als Rückkühlkreislauf und der innere Kreislauf als Pumpenkaltwasserkreislauf. Die angeschlossene Wärmepumpe muss entsprechend der gewählten Betriebsart geschaltet werden. Im Raumkühlbetrieb wird der Peltier-Wärmetauscher auf Wärmeentzug zum Raum hin geschaltet. Der äußere Kreislauf wird ebenfalls auf Kühlbetrieb geschaltet, um die Wärme an die Umgebung abzugeben.By Switching the polarity the direct current of the Peltier supply voltage is from the heating operation to the cooling mode changed the room. In room cooling mode serves the outer water cycle as a recooling circuit and the inner circuit as Pumpenkalaltwasserkreislauf. The connected heat pump must be according to the chosen Operating mode can be switched. In room cooling mode, the Peltier heat exchanger on heat extraction switched to the room. The outer cycle is also on cooling mode switched to the heat to give to the environment.
Für den Raumheizbetrieb wird die Polarität am Peltier-Wärmetauscher im Raum umgeschaltet. Die Energierichtung wechselt dadurch die Richtung. Aus dem äußeren Kreislauf wird von den Peltierelement-Wärmetauscher die Wärme entzogen. Aus dem inneren Kreislauf wird das Wasser erhitzt und führt dann die Energie zum Raum ab. Dort erfolgt die Abkühlung des Raumkreislaufes an den Deckenstrahlplatten. Der äußere Kreislauf muss die Energie ständig nachliefern. Die Kältemaschine wird deshalb auf Wärmepumpenbetrieb umgeschaltet und entzieht dadurch der Umwelt die Energie.For the room heating operation will the polarity at Peltier heat exchanger switched in the room. The energy direction changes direction. Out the outer cycle is from the Peltier element heat exchanger the heat withdrawn. From the inner cycle, the water is heated and then leads the energy to the room. There, the cooling of the space cycle takes place the radiant ceiling panels. The outer cycle the energy has to be constant replacement delivery. The chiller is therefore on heat pump operation switched and thereby deprives the environment of the energy.
n) Kaskadierung zur Leistungserweiterungn) Cascading for performance enhancement
Entsprechend der benötigten maximalen Kühlleistung in einem Raum wird eine Kaskadierung/Hintereinanderschaltung vorgenannter Peltier-Module in einem Wasserwärmetauscher vorgenommen. Dabei muss der Wasserkreislauf unmittelbar an die jeweilige Blechtafel auf der Rückseite der Peltierelemente herangeführt werden. Nur wenn bei jeder Blechtafel die gesamte Oberfläche der Peltierelemente mit Wasser überströmt wird, ist ein optimaler Energietransport von dem ersten Wasserkreislauf auf den zweiten Wasserkreislauf möglich.According to the required maximum cooling capacity in a room, a cascading / series connection of the aforementioned Peltier modules in a water heat exchanger is performed. The water cycle must be directly to the respective metal sheet on the back of the Peltier elements are introduced. Only if the entire surface of the Peltier elements is overflowed with water on every metal sheet, an optimal energy transport from the first water cycle to the second water cycle is possible.
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