DE102014109299A1

DE102014109299A1 - Hallentemperieranordnung sowie Halle mit der Hallentemperieranordnung

Info

Publication number: DE102014109299A1
Application number: DE102014109299.6A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Riedel; Markus Zimpfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Riedel Ferdinand De; Zimpfer Markus De
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07

Abstract

In großvolumigen Gebäudebereichen, wie zum Beispiel in Hallen, erfolgt eine Beheizung oftmals durch ein Zusammenwirken von der Aufheizung der Hallenluft und zusätzlicher Strahlungswärme, die über Deckenstrahlplatten eingebracht wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hallentemperieranordnung vorzuschlagen, welche besonders energieeffizient betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird eine Hallentemperieranordnung 1 mit einer Wärmepumpenvorrichtung 3 zur Bereitstellung von Wärmeenergie in einem Heizbetrieb und/oder zur Abführung von Wärmeenergie in einem Kühlbetrieb, wobei die Wärmepumpenvorrichtung 3 ein Kältemittel als ein Arbeitsmedium aufweist, mit mindestens einer Deckenstrahlplatteneinrichtung 4, wobei die Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 ein Fluid zur thermischen Kopplung mit der Wärmepumpenvorrichtung 3 aufweist, wobei die mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 in dem Heizbetrieb eine Umwandlung der Wärmeenergie der Wärmepumpenvorrichtung 3 in dem Fluid in Strahlungswärme umsetzt bzw. in dem Kühlbetrieb eine Umwandlung einer Umgebungswärme in Wärmeenergie in das Fluid umsetzt, gelöst, wobei dass das Fluid als das Kältemittel ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hallentemperieranordnung mit einer Wärmepumpenvorrichtung zur Bereitstellung von Wärmeenergie in einem Heizbetrieb und/oder zur Abführung von Wärmeenergie in einem Kühlbetrieb, wobei die Wärmepumpenvorrichtung ein Kältemittel als ein Arbeitsmedium aufweist, mit mindestens einer Deckenstrahlplatteneinrichtung, wobei die Deckenstrahlplatteneinrichtung ein Fluid zur thermischen Kopplung mit der Wärmepumpenvorrichtung aufweist, wobei die mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung in dem Heizbetrieb eine Umwandlung der Wärmeenergie der Wärmepumpenvorrichtung in dem Fluid in Strahlungswärme umsetzt bzw. in dem Kühlbetrieb eine Umwandlung einer Umgebungswärme in Wärmeenergie in das Fluid umsetzt. Die Erfindung betrifft auch eine Halle mit der Hallentemperieranordnung.
In großvolumigen Gebäudebereichen, wie zum Beispiel in Hallen, erfolgt eine Beheizung oftmals durch ein Zusammenwirken von der Aufheizung der Hallenluft und zusätzlicher Strahlungswärme, die über Deckenstrahlplatten eingebracht wird. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die Verwendung von Strahlungswärme die eigentliche Umgebungstemperatur reduziert werden kann, ohne das Wärmeempfinden von Menschen zu stören. So wurde festgestellt, dass eine Behaglichkeit erhalten bleibt, wenn zum Beispiel die Umgebungstemperatur um einige Grad herabgesetzt wird und ergänzend Strahlungswärme über Deckenstrahlplatten zugeführt wird. Die Deckenstrahlplatten werden – wie der Name sagt – an den Decken der Halle befestigt und weisen mit ihren Flächen in das Hallenvolumen.
Üblicherweise werden die Deckenstrahlplatten entweder elektrisch betrieben, sodass diese besonders schnell aufheizbar sind.
Ein derartiges Heizsystem ist beispielsweise in der Druckschrift EP 252 0867 A2 offenbart, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hallentemperieranordnung vorzuschlagen, welche besonders energieeffizient betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Hallentemperieranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Halle mit der Hallentemperieranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird eine Hallentemperieranordnung vorgeschlagen, welche zur Temperierung, insbesondere zum Kühlen und/oder Heizen einer Halle geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei der Halle handelt es sich insbesondere um ein Gebäude, welches mindestens einen Hallenraum aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Hallenraum eine Höhe von mindestens 3 Metern, vorzugsweise von mindestens 5 Metern aufweist. Die Grundfläche des Hallenraums beträgt mindestens 100 Quadratmeter, vorzugsweise mindestens 500 Quadratmeter.
Die Hallentemperieranordnung weist eine Wärmepumpenvorrichtung auf, welche ein Kältemittel als ein Arbeitsmedium hat. Die Wärmepumpenvorrichtung ist ausgebildet, einen Energieübertrag zwischen einem Quellmedium und dem Kältemittel umzusetzen. Für den Fall, dass die Wärmepumpenvorrichtung in einem Heizbetrieb verwendet wird, erfolgt ein Energieübertrag von dem Quellmedium zu dem Kältemittel. Für den Fall, dass die Wärmepumpenvorrichtung in einem Kühlbetrieb gefahren wird, erfolgt der Energieübertrag von dem Kältemittel zu dem Quellmedium. Als Quellmedium kommen insbesondere Außenluft, Erde, Grundwasser, Wasser, Sole und technische Abwärme allgemein in Frage. Somit dient die Wärmepumpenvorrichtung in dem Heizbetrieb zur Bereitstellung von Wärmeenergie in dem Kältemittel und in dem Kühlbetrieb zur Abführung von Wärmeenergie aus dem Kältemittel. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Wärmepumpenvorrichtung ausschließlich in dem Heizbetrieb oder ausschließlich in dem Kühlbetrieb betreibbar ist oder einen Wechselbetrieb zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb ermöglicht. Es ist ferner bevorzugt, dass die Hallentemperieranordnung in dem Wechselbetrieb zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb umschaltbar ist.
Die Hallentemperieranordnung umfasst mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung, welche von einem Fluid zur thermischen Kopplung mit der Wärmepumpenvorrichtung durchströmt ist. Die mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung kann eine rechteckige oder quadratische Grundfläche aufweisen. Alternativ kann die mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung eine beliebige ebene geometrische oder sogar eine beliebige räumlich geometrische Figur aufweisen. In dem Heizbetrieb erfolgt in der Deckenstrahlplatteneinrichtung eine Umwandlung der Wärmeenergie der Wärmepumpenvorrichtung in dem Fluid in Strahlungswärme, wobei die Strahlungswärme von der Deckenstrahlplatteneinrichtung abgestrahlt wird. Vorzugsweise ist die Temperatur des Fluids und/oder der Deckenstrahlplatteneinrichtung im Heizbetrieb größer als 50°C, insbesondere größer als 80°C ausgebildet. Durch die hohe Vorlauftemperatur ist eine ausreichende Strahlwirkung der Deckenstrahlplatteneinrichtung auch bei größeren Abständen sichergestellt.
Alternativ oder ergänzend erfolgt in einem Kühlbetrieb eine Umwandlung einer Umgebungswärme der Deckenstrahlplatteneinrichtung in Wärmeenergie, welche in dem Fluid gespeichert wird und über das Fluid abtransportiert wird. Vorzugsweise ist die Temperatur des Fluids und/oder der Deckenstrahlplatteneinrichtung im Kühlbetrieb kleiner als 15°C, insbesondere kleiner als 10°C, im Speziellen kleiner als 0°C ausgebildet. Durch die niedrige Vorlauftemperatur ist eine ausreichende Kühlwirkung der Deckenstrahlplatteneinrichtung auch bei größeren Abständen sichergestellt.
Die Deckenstrahlplatteneinrichtung ist vorzugsweise in einer Höhe von mindestens 3 m, vorzugsweise von mindestens 5 m und/oder unmittelbar angrenzend an die Hallendecke angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Fluid als das Kältemittel der Wärmepumpenvorrichtung ausgebildet ist. Insbesondere nimmt ein und das gleiche Kältemittel an dem Kreislaufprozess des Wärmepumpens oder Wärmepumpenzyklus und an dem Durchströmen der Deckenstrahlplatteneinrichtung teil. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Kältemittel in dem Heizbetrieb in dem Wärmepumpenzyklus mindestens einmal einen gasförmigen Aggregatszustand und mindestens einmal einen flüssigen Aggregatszustand einnimmt. Insbesondere steht das Kältemittel im thermischen Kontakt mit dem Quellmedium, um die Wärmeenergie aus dem Quellmedium zu entnehmen beziehungsweise die Wärmeenergie in das Quellmedium zu übergeben.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Wärmeenergie – unabhängig, in welcher Richtung – von dem Quellmedium zu den Deckenstrahlplatteneinrichtungen über das Kältemittel transportiert wird und auf eine Zwischenumsetzung in einen konventionellen Heizkreislauf, insbesondere Wasserkreislauf, z.B. über Nutzung eines Wärmetauschers verzichtet wird. Damit ist die erfindungsgemäße Hallentemperieranordnung energieeffizienter als Systeme ausgebildet, wie diese zum Beispiel aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind.
Optional ergänzend ist es möglich, durch Kältemitteltrennvorrichtungen im gleichen Fluidkreislauf inverse Systemtemperaturen und somit umgekehrte Oberflächentemperaturen je Deckenstrahlplatteneinrichtungen erzeugt werden. Insbesondere kann ein weiterer Betriebszustand umgesetzt werden, wobei eine der Deckenstrahlplatteneinrichtungen heizen und eine andere der Deckenstrahlplatteneinrichtungen kühlen kann, wobei diese parallel von dem gleichen Fluid versorgt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Heizbetrieb der Hallentemperieranordnung das Kältemittel in der mindestens einen Deckenstrahlplatteneinrichtung einen Aggregatszustandswechsel von gasförmig zu flüssig durchläuft. Insbesondere erfolgt eine Direktkondensation in der Deckenstrahlplatteneinrichtung. Somit wird die Deckenstrahlplatteneinrichtung mit dem Kältemittel als Heißgas durchströmt, welches in der Deckenstrahlplatteneinrichtung unter Abgabe der Wärmeenergie an die Deckenstrahlplatteneinrichtung kondensiert, wobei die Deckenstrahlplatteneinrichtung die Wärmeenergie in die Strahlungsenergie wandelt. Alternativ oder ergänzend kann in dem Kühlbetrieb vorgesehen sein, dass das Kältemittel in einem flüssigen Aggregatszustand oder als Nassdampf in der Deckenstrahlplatteneinrichtung vorliegt. Somit kann die Kühlung wahlweise trocken oder nass erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Kältemittel als ein FKW, CO2, insbesondere C02/R-744, Propan oder Ammoniak ausgebildet. Prinzipiell wäre auch FCKW möglich, dies ist jedoch mittlerweile aus Umweltgründen verboten. Optional sind sämtliche chemische oder natürliche Kältemittel jeglicher Art und Zusammensetzung möglich.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung umfasst mindestens eine, einige oder alle der Deckenstrahlplatteneinrichtungen eine Strahlplatte und eine Leitung zur Führung des Kältemittels, wobei die Leitung mit der Strahlplatte wärmeleitend verbunden ist. Die Strahlplatte ist bevorzugt als eine Metallplatte ausgebildet, wobei als Metall beispielsweise Stahl, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung etc. zum Einsatz kommen kann.
Es ist bevorzugt, dass die Strahlplatte derart umgeformt ist, dass eine Oberflächenvergrößerung zur Leistungssteigerung vorliegt. Zum Beispiel ist es möglich, dass in der Strahlplatte Pyramiden, Halbkugeln oder andere räumlich-geometrische Körper oder Figuren ausgeformt sind. Es ist optional möglich, dass die Strahlplatte rückseitig isoliert ist, sodass eine Wärmeabstrahlung auf der Rückseite der Deckenstrahlplatteneinrichtungen vermindert ist. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn die Deckenstrahlplatteneinrichtung unmittelbar an der Hallendecke angeordnet ist, sodass die Rückseite zum Hallendach gewandt ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann die Hallentemperieranordnung Seitenstrahlplatteneinrichtungen aufweisen, welche insbesondere senkrecht orientiert angeordnet sind. Bei den Seitenstrahlplatteneinrichtungen können auch Abstrahlflächen auf der Vorderseite und auf der Rückseite vorgesehen sein. Insbesondere ist an der Rückseite keine Isolierung angebracht.
Die Leitung der Deckenstrahlplatteneinrichtung ist zur Führung des Kältemittels ausgebildet. Beispielsweise ist die Leitung als ein Kupferrohr realisiert. In einer spezifischen Ausgestaltung ist das Kupferrohr aus dem Material CuFe2p gefertigt. Teilweise werden derartige Rohre mit der Bezeichnung K 65 versehen. Insbesondere ist die Leitung, insbesondere das Kupferrohr als ein Hochdruckübertragungsrohr für Drücke größer als 50 bar, vorzugsweise größer als 80 bar, im Speziellen größer als 100 bar ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Leitung als ein Hochdruckübertragungsrohr gemäß der europäischen Druckgeräterichtlinie 97/237EG und/oder dem AD2000-Merkblatt ausgebildet. Im Betrieb der Hallentemperieranordnung, insbesondere der Deckenstrahlplatteneinrichtung ist bevorzugt vorgesehen, dass der Betriebsdruck in der Leitung zumindest temporär größer als 50 bar, insbesondere größer als 80 bar und im Speziellen größer als 100 bar ist.
Besonders bevorzugt sind die Leitungen in Koppelstellen mit einer hochdruckfesten Verbindungstechnologie verbunden, wobei die Koppelstellen als Hochdruckkoppelstellen für Drücke größer als 50 bar, insbesondere größer als 80 bar ausgebildet und/oder ausgelegt und/oder qualifiziert sind.
Besonders bevorzugt ist die Leitung mittels Wärmeleitklebstoff mit der Strahlplatte stoffschlüssig verbunden, um einen optimalen Energie- und/oder Wärmeübertrag zu erreichen. Beispielsweise ist der Wärmeleitklebstoff als ein mindestens 1-komponentiger Klebstoff, insbesondere nicht-korrosiv, bevorzugt mit sehr guter Wärmeleitfähigkeit (z.B. größer als 2,3 W/m2K) und/oder Einsatztemperaturen von –50°C bis +220°C zum Einkleben der Leitung in eine vorgesehene Rille der Strahlplatte. Besonders bevorzugt ist der Wärmeleitklebstoff vollflächig und/oder elektrisch isolierend zwischen der Leitung und der Strahlplatte zur Trennung der unterschiedlichen Metalle und zur Vermeidung von Kontaktkorrosion oder Flächenkorrosion angeordnet. Alternativ kann die Leitung auch eingepresst, angeschweißt, angelötet, eingeschrumpft oder eingewalzt sein. Bei einem Einlöten wird ein geeignetes Lot sowie Flussmittel verwendet. Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist die Leitung gerillt, gezogen, gewellt, uneben oder verdrillt, um eine Oberflächenvergrößerung der Leitung und dadurch eine Flächenvergrößerung der Übergangsfläche zwischen der Leitung und der Strahlplatte zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Strahlplatte eine Fläche von mindestens 2 Quadratmetern auf. Diese Fläche erscheint vorteilhaft bei dem Einsatz zur Temperierung einer Halle, da dadurch eine große Hallenfläche abgedeckt ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann die Deckenstrahlplatteneinrichtung eine beliebige Auswahl weiterer Funktionen aufweisen:
Zum einen ist es möglich, dass die Deckenstrahlplatteneinrichtung mindestens zwei Zonen aufweist, wobei mindestens eine der Zonen mittels einer Ventileinrichtung, vorzugsweise einer Magnetventileinrichtung aktivierbar und deaktivierbar ist. Dadurch ist es möglich, Teilbereiche der Deckenstrahlplatteneinrichtung selektiv zu aktivieren oder zu deaktivieren, um die Temperierung zu steuern.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Deckenstrahlplatteneinrichtung mindestens eine aktive Lüftungseinrichtung auf, welche neben der Strahlungswärme auch einen Wärmeübertrag über Konvektion ermöglicht.
Bei einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung kann die Deckenstrahlplatteneinrichtung mit einer Akustiklochung versehen sein, um in der Halle als ein Schallschlucker zu wirken.
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, eine Beleuchtung in die Deckenstrahlplatteneinrichtung zu integrieren. Auch die Integration eines Lautsprechers zur Beschallung ist denkbar. Weitere Funktionen können sich durch ein optisch farbliches Design, eine integrierte Berauchungsfunktion, eine integrierte Beduftungsfunktion, eine integrierte Befeuchtungsfunktion oder eine integrierte Entfeuchtungsfunktion ergeben.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Hallentemperieranordnung mindestens zehn, vorzugsweise mindestens 20 der Deckenstrahlplatteneinrichtungen auf. Damit ist es möglich, eine wie eingangs beschriebene großvolumige Halle zu temperieren.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hallentemperieranordnung eine Ölrückführungseinrichtung auf, welche über Ölhebebögen oder Ölüberbogen eine Ölrückführung bei Höhenunterschieden in der Hallentemperieranordnung ermöglicht. Insbesondere erfolgt eine Ölrückführung zu einem Kompressor in der Wärmepumpenvorrichtung.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Hallentemperieranordnung eine Unterkühleinrichtung auf, wobei die Unterkühleinrichtung strömungstechnisch betrachtet hinter der mindestens einen Deckenstrahlplatteneinrichtung angeordnet ist.
Ferner weist die Hallentemperieranordnung mindestens einen Sensor zur Zustandserfassung der Hallentemperieranordnung und/oder zur Erfassung von Zustandswerten, insbesondere Temperaturwerten, der Halle, auf. Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Hallentemperieranordnung eine Steuerungseinrichtung, welche auf Basis der Werte des mindestens einen Sensors die Wärmepumpenvorrichtung und andere aktive Komponenten in der Hallentemperieranordnung ansteuert.
Hierbei ist es zum Beispiel möglich, eine Leistungsanpassung durch Drehzahlregelung des Verdichters der Wärmepumpenvorrichtung, insbesondere einstufig, mehrstufig oder stufenlos umzusetzen, eine Leistungsanpassung durch die Zonierung der Deckenstrahlplatteneinrichtungen durch die Ventileinrichtungen umzusetzen, eine Leistungsanpassung durch Anstauregler und/oder Heißgas-Bypassschaltung zum Mischen der Heizvorlauf- und/oder Kühllauftemperatur umzusetzen, eine Ansteuerung von elektrisch/elektronischen Expansionsventilen zur Regelung des Kältemittelmassenstroms anzusteuern, eine Leistungsanpassung durch eine Regelung auf Basis von Strahlungsfühlern als Sensoren durchzuführen.
Ferner können zur Leistungsanpassung und Regelung Oberflächentemperaturfühler, Raumfühler, Vorlauffühler, Rücklauffühler, Drucksensoren, Taupunktfühler, Feuchtefühler sowie gemittelte Sensorwerte der vorgenannten Sensoren als der mindestens eine Sensor eingesetzt werden.
Ferner kann eine Sicherheitsüberwachung mittels der Sensoren, insbesondere der Temperatursensoren und der Überdrucksensoren umgesetzt sein.
Eine weitere Option für die Deckenstrahlplatteneinrichtungen bildet eine Ballabweisevorrichtung, so dass die Deckenstrahlplatteneinrichtungen ballwurfsicher ausgeführt sind. Ballwurfsicher bedeutet, dass die Oberseite der Deckenstrahlplatteneinrichtung so ausgeführt ist, dass wahlweise kein Ball zu der Oberseite gelangen kann. In diesem Fall ist die Ballabweisevorrichtung z.B. als ein umlaufender Gitterzaun auf der Oberseite der Deckenstrahlplatteneinrichtung ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann die Ballabweisevorrichtung als eine oder mehrere Rampen oder als eine konvexe und/oder nach außen gewölbte Oberseite ausgebildet sein, sodass ein auf der Oberseite der Deckenstrahlplatteneinrichtung gelandeter Ball von der Deckenstrahlplatteneinrichtung selbsttätig herunterrollt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Halle mit der Hallentemperieranordnung wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figur. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Hallentemperieranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2a, b, c eine schematische Querschnittdarstellung sowie Draufsicht auf eine Deckenplattenstrahleinrichtung für die Hallentemperieranordnung in der 1.
Die 1 zeigt in stark schematisierter Blockdarstellung eine Hallentemperieranordnung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche zur Temperierung einer Halle 2 dient und zumindest zum Teil in der Halle 2 angeordnet ist.
Die Hallentemperieranordnung 1 umfasst eine Wärmepumpenvorrichtung 3 sowie eine Mehrzahl von Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 und optional ergänzend Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5.
Die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 sind in der Halle 2 an der Hallendecke angeordnet. Dabei können sie einen integralen Teil der Hallendecke bilden. Alternativ hierzu können diese auch pendelnd oder frei hängend angeordnet sein. Besonders bevorzugt bilden die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 jedoch einen integralen Bestandteil in dem Aufbau des Hallendachs, wobei sich auf der Rückseite der Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 eine Isolierung, wie zum Beispiel Glaswolle, anschließt und nachfolgend das Hallendach angeordnet ist. Das Hallendach kann beispielsweise als ein Blechdach aus einem Trapezblech ausgebildet sein.
Die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 sind mindestens 3 Meter, vorzugsweise mindestens 5 Meter von einem Hallenboden der Halle 2 entfernt angeordnet und mit deren Vorderseite in Richtung des Hallenbodens orientiert. Die Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 können beispielsweise parallel zu Hallenwänden angeordnet sein oder als künstliche Raumteiler in Arbeitsbereichen der Halle 2 angeordnet sein.
Die Hallentemperieranordnung 1 weist einen Kältemittelkreislauf 6 auf, wobei ein Kältemittel ausgehend von der Wärmepumpenvorrichtung 3 zu einer optionalen Verteilereinrichtung 7 geführt ist, von dort wahlweise parallel oder seriell die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 sowie die Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 durchströmt und nachfolgend zu der Wärmepumpenvorrichtung 3 zurückgeführt wird. Als Kältemittel können sämtliche geeignete, chemische, synthetische, organische, anorganische und/oder natürliche Kältemittel verwendet werden.
Funktional betrachtet kann die Hallentemperieranordnung 1 für einen Heizbetrieb, für einen Kühlbetrieb oder für einen Wechselbetrieb zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb ausgebildet sein. In dem Heizbetrieb wird über einen Vorlauf 8 des Kältemittelkreislaufs 6 Heißgas, also Kältemittel, in einem gasförmigen Aggregatszustand zu der Verteilereinrichtung 7 und insbesondere zu den Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 und den Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 geführt. Dort kondensiert das gasförmige Kältemittel unter Abgabe von Wärmeenergie. Die Wärmeenergie wird von den Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 und den Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 in Strahlungsenergie umgewandelt und in die Halle 2 abgestrahlt. Somit findet eine Direktkondensation des gasförmigen Kältemittels in den Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 und den Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 statt. Das wieder flüssige Kältemittel wird über einen Rücklauf 9 des Kältemittelkreislaufs 6 zu der Wärmepumpenvorrichtung 3 zurückgeführt.
Die Wärmepumpenvorrichtung 3 entspannt das rückgeführte, flüssige Kältemittel in einer Drosseleinrichtung 10 und bringt dieses in thermischen Kontakt mit einem Quellmedium 11. Das Quellmedium 11 kann als Umgebungsluft, als Wasser, als Erde, etc. ausgebildet sein. Durch den thermischen Kontakt mit dem Quellmedium 11 wird das Kältemittel erwärmt und nimmt Wärmeenergie auf.
In einer nachgeschalteten Verdichtereinrichtung 12 wird das Kältemittel verdichtet, es wird somit der Druck in dem Kältemittel erhöht, sodass das Kältemittel nun als Heißgas vorliegt, welches über den Vorlauf 8 wieder in Richtung der Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 und der Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 gefördert werden kann. Optional kann die Wärmepumpenvorrichtung 3 einen Latentwärmespeicher aufweisen.
In dem Kühlbetrieb wird das Kältemittel über den Vorlauf 8 als flüssiges Kältemittel oder Nassdampf und somit wahlweise trocken oder nass transportiert, wobei das Kältemittel in den Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 beziehungsweise Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 Energie aus der Umgebung aufnimmt und dadurch in der Temperatur erhöht wird. Über den Rücklauf 9 wird das erwärmte Kühlmittel zu der Wärmepumpenvorrichtung 3 gebracht, welche nun das Kältemittel durch thermischen Kontakt mit dem Quellmedium 11 kühlt. Die Drosseleinrichtung 10 und/oder die Verdichtereinrichtung 12 können in dem Kühlbetrieb auch überbrückt sein.
In der Verteilereinrichtung 7 können optimierte Strömungsverteiler, zum Beispiel Venturiverteiler, angebracht sein, die zur gleichmäßigen Durchströmung (Beheizung/Kühlung) der Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 sowie der Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 dienen. Optional kann eine Unterkühlereinrichtung im Bereich des Rücklaufs 9 vorgesehen sein. Die Unterkühlereinrichtung führt zu einer Leistungserhöhung bzw. zu einer Vergrößerung oder Maximierung der Temperaturspreizung in der Hallentemperieranordnung für hohe Quellmediumübertemperaturen oder Quellmediumuntertemperaturen.
Die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 sowie die Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 weisen jeweils eine Strahlplatte sowie eine Leitung für das Kältemittel auf. Die Leitungen – auch Medienrohre zu nennen – sind aus kältemittelgeeigneten Rohrleitungen, zum Beispiel Kupfer, mindestens in Kühlschrankqualität gefertigt und an den Strahlplatten mittels Wärmeleitklebstoff befestigt oder angepresst, angeschweißt, angelötet, eingeschrumpft, eingewalzt, etc.. Ferner können die Leitungen gewölbt, gezogen, gewellt, uneben und/oder verdrillt sein, um deren Kontaktoberfläche zu der Strahlplatte zu vergrößern.
In der Hallentemperieranordnung 1 kann eine Ölrückführung vorgesehen sein, welche die Rückführung von Öl in dem Kältemittelkreislauf 6 zu der Verdichtungseinrichtung 12 ermöglicht. Zum Einsatz können auch elektrische oder elektronische Expansionsventile zur Regelung des Kältemittelmassenstroms kommen.
Das Plattenmaterial beziehungsweise Übertragungsmaterial der Strahlplatten der Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 beziehungsweise der Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 ist aus einem sehr gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem Metallmaterial, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Stahl, zudem Graphit, Karbon, Kohlenstoffnanoröhren, gebildet. Optional weisen die Strahlplatten Strukturen zur Oberflächenvergrößerung und damit zur Leistungssteigerung, wie zum Beispiel Pyramiden, Kugelkappen, Kugelsegmente, räumlich-geometrischen Körperfiguren zur Erreichung einer vergrößerten oder maximalen Strahlungsoberfläche an der Vorderseite der Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 beziehungsweise der Seitenstrahlplatteneinrichtungen 5 auf. Optional sind die Strahlplatten lackiert oder beschichtet, und zwar mit einer sehr gut emittierenden Farbe oder anderem Material, wie zum Beispiel Pulverbeschichtung rau, glatt, matt, glänzend, hell oder dunkel.
Die 2a und b zeigen eine Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 in zwei unterschiedlichen Varianten in einem Querschnitt sowie in der 2c in einer schematischen Draufsicht. Die Deckenstrahlplatteneinrichtungen 4 weisen jeweils eine Strahlplatte 13 auf, welche als ein konturiertes Metallblech, zum Beispiel als ein konturiertes Stahlblech, ausgebildet sind. An den Rändern der Strahlplatte 13 kann diese abgekantet oder mehrfach abgekantet sein, sodass oberhalb eines Bodens 14 der Strahlplatte 13 ein Aufnahmeraum 15 geschaffen ist. In dem Boden 14 der Strahlplatte 13 sind Rillen 16 oder teilkreisförmige oder halbrunde Vertiefungen eingeformt, welche sich bei diesem Beispiel in dem Querschnitt halbkreisförmig erstrecken. In den Rillen 16 sind jeweils als Kupferrohre 17 ausgebildete Leitungen zur Führung des Kältemittels eingelegt. Die Kupferrohre 17 können beispielsweise aus dem Werkstoff CuFe2P bestehen und sind als Hochdruckübertragungsrohre ausgebildet und für einen Überdruck von mehr als 50 Bar realisiert. Die Kupferrohre 17 können in die Rillen 16 eingeklebt sein. Dabei wird ein nicht korrosiver Klebstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 2W/m2K verwendet. Der Klebstoff dient zugleich zur Materialtrennung zwischen Kupferrohr 17 und Rillen 16, um auf diese Weise eine Kontakterosion zu vermeiden. Allerdings erlaubt der Klebstoff eine sehr gute Wärmekopplung zwischen Kupferrohr 17 und Rillen 16.
In der 2a ist auf der Rückseite der Strahlplatte 13 in dem Aufnahmeraum 15 ein Dämmstoff 18 eingelegt, welcher beispielsweise auch aufgeklebt sein kann. Der Dämmstoff 18 weist eine geschlossenzellige Struktur, insbesondere eine geschlossenzellige-Zellschaumstruktur, im Speziellen eine geschlossenzellige-Micro-Zellschaumstruktur auf. Damit hat die Dämmung 18 einen hohen Wasserdampfdiffusionswiderstand, da durch die geschlossenen Zellen kein Wasserdampf hindurch diffundieren kann. Diese Maßnahme verhindert Kondensation, insbesondere Tauwasser, auf der Rückseite der Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 im Kühlbetrieb. Im Heizbetrieb reduziert ein niedriger Wärmeleitwert des Dämmstoffs 18 dagegen einen ungewollten Wärmeverlust auf der Rückseite der Deckenstrahlplatteneinrichtung 4. Optional ist der Dämmstoff 18 antimikrobiell zum Schutz gegen Bakterien ausgeführt. Die Einsatzbereiche einer derartigen Dämmung reichen von minus 50 Grad Celsius bis plus 150 Grad Celsius. Über den Dämmstoff 18 kann optional noch mindestens eine Lage einer schalldämmenden beziehungsweise schallabsorbierenden Dämmung mit offener, einfacher oder komplexer Zellstruktur angebracht werden, um akustische Störungen im Raum zu kompensieren.
Alternativ zu einem Dämmstoff 18 kann auf die Kupferrohre 17 auch ein Leitblech 19 angeordnet sein. In der 2b ist ein derartiges Leitblech 19 mit zwei seitlichen Flügeln dargestellt. Es kann sich jedoch auch um ein durchgängiges Leitblech 19, welches sich über mehrere Kupferrohre 17 erstreckt, handeln. Auch ist es möglich, statt eines oder mehrerer Leitbleche 19 ein Leiternetzdrahtgestrick aufzulegen, um den Wärmefluss zur Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 oder von der Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 zu begünstigen. Hilfsmittel wie Wärmeleitkleber, Wärmeleitpaste, Korrosionsschutz sind auch bei dem Leitblech 19 beziehungsweise dem Drahtgestrick bei Bedarf zu verwenden.
In der 2c ist eine schematische Draufsicht auf die Strahlplatteneinrichtung 4 in der 2a, b, jedoch ohne die Leitbleche 19 oder den Dämmstoff 18, gezeigt. Seitlich versetzt und parallel ausgerichtet zu den Kupferrohren 17 beziehungsweise den Rillen 16 sind Auffangrillen 20, insbesondere Leitrillen, zur Ableitung eines Kondensats, welches beim Kühlen an der Deckenstrahlplatteneinrichtung 4 entsteht, angeordnet. Die Auffangrillen 20 können wie dargestellt parallel zu den Kupferrohren 17 verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, dass diese in einer anderen Art umgesetzt sind. Die Strahlplatte 13 wird mit einer Neigung eingebaut, sodass die Auffangrillen 20 ein Gefälle ausbilden, um das Kondensat kontrolliert ablaufen zu lassen. Die Auffangrillen 20 können in einer nicht dargestellten Sammelrille münden, wobei ausgehend von der Sammelrille das Kondensat kontrolliert abgeführt oder gesammelt werden kann.
Bei einer konstruktiven Umsetzung der Hallentemperieranordnung 1, insbesondere der Strahlplatteneinrichtung 13, können eine Auswahl, einige oder alle der folgenden technischen Details umgesetzt werden:

– sauerstofffreies phosphor-desoxidiertes Kupfer "Cu-DHP 99,9 %" (Werkstoffnummer CW024A) für die Leitungen 17; gem. AD2000-Merkblatt W 6/2 geeignet für Temperaturen von –269°C bis +250°C
– Kupferrohre in der Kältemittelkreisläufen müssen mindestens der DIN EN 12735-1 entsprechen
– Kapillarlötfittings in Kältemittelkreisläufen müssen mindestens der DIN EN 1254-1 entsprechen
– Gewindefittings in Kältemittelkreisläufen müssen mindestens der DIN EN 1254-4 entsprechen
– Hartlötverbindungen in Kältemittelkreisläufen müssen mindestens der DIN EN 1254-5 entsprechen
– Einschweißfittings in Kältemittelkreisläufen müssen mindestens der DIN 2607 entsprechen
– Hartlöten gem. DIN EN 1044 – gegebenenfalls sind Flussmittel DIN EN 1045 zu verwenden
– während des Verbindungsvorgang durch hartlöten oder Schweißen sind zur Vermeidung von Zunderbildung die Innenoberflächen mit einem trockenen Schutzgas zu spülen
– die fachgerechte Verlegung von Kältemittelmittelleitungen hat gem. DIN EN 378-2 zu erfolgen.

Bezugszeichenliste

1: Hallentemperieranordnung
2: Halle
3: Wärmepumpenvorrichtung
4: Deckenstrahlplatteneinrichtungen
5: Seitenstrahlplatteneinrichtungen
6: Kältemittelkreislauf
7: Verteilereinrichtung
8: Vorlauf
9: Rücklauf
10: Drosseleinrichtung
11: Quellmedium
12: Verdichtereinrichtung
13: Strahlplatte
14: Boden
15: Aufnahmeraum
16: Rillen
17: Kupferrohre
18: Dämmstoff
19: Leitbleche
20: Auffangrillen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2520867 A2 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

europäischen Druckgeräterichtlinie 97/237EG [0019]
AD2000-Merkblatt [0019]
AD2000-Merkblatt W 6/2 [0056]
DIN EN 12735-1 [0056]
DIN EN 1254-1 [0056]
DIN EN 1254-4 [0056]
DIN EN 1254-5 [0056]
DIN 2607 [0056]
DIN EN 1044 [0056]
DIN EN 1045 [0056]
DIN EN 378-2 [0056]

Claims

Hallentemperieranordnung (1) mit einer Wärmepumpenvorrichtung (3) zur Bereitstellung von Wärmeenergie in einem Heizbetrieb und/oder zur Abführung von Wärmeenergie in einem Kühlbetrieb, wobei die Wärmepumpenvorrichtung (3) ein Kältemittel als ein Arbeitsmedium aufweist, mit mindestens einer Deckenstrahlplatteneinrichtung (4), wobei die Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) ein Fluid zur thermischen Kopplung mit der Wärmepumpenvorrichtung (3) aufweist, wobei die mindestens eine Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) in dem Heizbetrieb eine Umwandlung der Wärmeenergie der Wärmepumpenvorrichtung (3) in dem Fluid in Strahlungswärme umsetzt bzw. in dem Kühlbetrieb eine Umwandlung einer Umgebungswärme in Wärmeenergie in das Fluid umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid als das Kältemittel ausgebildet ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Heizbetrieb der Hallentemperieranordnung (1) das Kältemittel in der mindestens einen Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) einen Aggregatszustandswechsel von gasförmig zu flüssig durchläuft und/oder dass in dem Kühlbetrieb das Kältemittel in der mindestens einen Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) in einem flüssigen Aggregatszustand oder als Nassdampf vorliegt.
Hallentemperieranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel als ein FKW, CO2, Propan oder Ammoniak ausgebildet ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) eine Strahlplatte und eine Leitung aufweist, wobei die Leitung mit der Strahlplatte wärmeleitend verbunden ist und wobei das Kältemittel die Leitung durchströmt.
Hallentemperieranordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlplatte als eine Metallplatte mit Konturierungen ausgebildet ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlplatte eine Fläche von mindestens 2 Quadratmetern aufweist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung als ein Kupferrohr ausgebildet ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) mindestens zwei Zonen aufweist, wobei die Zonen mittels einer Ventileinrichtung aktivierbar und deaktivierbar ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) eine Akustiklochung aufweist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenstrahlplatteneinrichtung (1) eine aktive Lüftungseinrichtung aufweist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 10, vorzugsweise mindestens 20 der Deckenstrahlplatteneinrichtungen (4) vorgesehen sind.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Ölrückführungseinrichtung zur Rückführung von Verdichtungsöl zu der Wärmepumpenvorrichtung (4).
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Unterkühleinrichtung, wobei die Unterkühleinrichtung strömungstechnisch betrachtet hinter der mindestens einen Deckenstrahlplatteneinrichtung (4) angeordnet ist.
Hallentemperieranordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor zur Zustandserfassung der Hallentemperieranordnung.