DE102015108400B4 - An air conditioning system, a controller for operating a climate control system for a greenhouse, and a method for operating an air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (1) zur Versorgung eines Gewächshauses (2) mit CO2 angereicherter Luft, umfassend: – einen Speicherbehälter (121) mit einem Speicherbereich (123) mit CO2 speicherndem Material, das unter Zufuhr von Wärme Kohlendioxid in eine das CO2 speichernde Material durchströmende Luft freisetzt, – eine erste Zuführungsleitung (124) zum Zuführen der Luft in den Speicherbehälter (121); und – eine Abführungsleitung (128) zum Abführen der mit CO2 angereicherten Luft, – ein Mittel, um die zugeführte Luft zu erwärmen und dadurch Wärmeenergie zum Freisetzen von Kohlendioxid aus dem CO2 speichernden Material im Speicherbereich (123) bereitzustellen.The invention relates to an air conditioning system (1) for supplying a greenhouse (2) with CO2 enriched air, comprising: - a storage container (121) with a storage area (123) with CO2 storing material, the carbon dioxide in the storage of CO2 with the supply of heat Material flowing air releases, - a first supply line (124) for supplying the air into the storage container (121); and - a discharge conduit (128) for removing the CO2-enriched air, - means for heating the supplied air and thereby providing heat energy for releasing carbon dioxide from the CO2-storing material in the storage area (123).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Speichern von Wärme für das Beheizen von Luft. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen zum Beheizen und zur Kohlendioxid-Begasung von Gewächshäusern.The invention relates to devices for storing heat for the heating of air. Furthermore, the present invention relates to devices for heating and carbon dioxide fumigation of greenhouses.
Stand der TechnikState of the art
In mittleren Breiten kann der Ertrag von Nutzpflanzen durch Gewächshäuser gesteigert werden. Durch die gegenüber der Umgebung höhere Temperatur im Gewächshaus wird das Pflanzenwachstum gegenüber außerhalb des Gewächshauses befindlichen Pflanzen verbessert. Weiterhin können wetterbedingte Temperaturschwankungen außerhalb des Gewächshauses bzw. Witterungsschwankungen so den Ertrag der Nutzpflanzen nicht beeinträchtigen.In mid-latitudes, the yield of crops can be increased by greenhouses. Due to the higher temperature in the greenhouse compared to the environment, the plant growth is improved compared to plants located outside the greenhouse. Furthermore, weather-related temperature fluctuations outside the greenhouse or weather fluctuations so can not affect the yield of crops.
Die Erwärmung der in dem Gewächshaus befindlichen Luft wird in der Regel durch Sonneneinstrahlung durch das Glasdach des Gewächshauses bewirkt. Insbesondere während der Übergangsjahreszeiten kommt es jedoch häufig zu Bewölkung und dadurch zu einer reduzierten Sonneneinstrahlung, was zu deutlich niedrigeren Temperaturen im Gewächshaus führt. Um den Ertrag der Nutzpflanzen zu steigern, werden Gewächshäuser daher häufig beheizt, um somit die Aufzucht- und Ernteperiode zu verlängern und den Ertrag zu erhöhen.The heating of the air in the greenhouse is usually caused by sunlight through the glass roof of the greenhouse. In particular, during the transitional seasons, however, it is often cloudy and thus reduced sunlight, which leads to significantly lower temperatures in the greenhouse. To increase the yield of crops, greenhouses are therefore often heated, thus extending the rearing and harvesting period and increasing the yield.
Das Beheizen von Gewächshäusern erfolgt aus Kostengründen üblicherweise durch Verbrennen von Primärenergieträgern, wie z. B. Erdgas, im oder an dem Gewächshaus.The heating of greenhouses is usually done for cost reasons by burning primary energy sources such. As natural gas, in or on the greenhouse.
Weiterhin wurde festgestellt, dass eine weitere Ertragssteigerung der Nutzpflanzen sich dadurch erzielen lässt, dass die Kohlendioxid(CO2)-Konzentration in der Luft im Gewächshaus erhöht wird. Das Verbrennen von Erdgas in Gewächshäusern hat diesbezüglich den Effekt, dass neben Wärme auch CO2 erzeugt wird. Daher stellt das Verbrennen von Erdgas in Gewächshäusern eine für das Beheizen von Gewächshäusern gängige Methode dar. Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit ist die Verbrennung von Primärenergieträgern eine nicht bevorzugte Möglichkeit zum Beheizen von Gewächshäusern.It has also been found that further crop yield can be achieved by increasing the carbon dioxide (CO 2 ) concentration in the greenhouse air. The burning of natural gas in greenhouses in this regard has the effect that, in addition to heat, CO 2 is also produced. Therefore, the burning of natural gas in greenhouses is a common method of heating greenhouses. From a sustainability point of view, the incineration of primary energy sources is not a preferred way to heat greenhouses.
Andererseits entsteht in konventionellen Kraftwerken, wie zum Beispiel Kohlekraftwerken, eine große Wärmemenge als potentiell nutzbare Abwärme, und zusätzlich emittieren solche Kraftwerke große Mengen an Kohlendioxid, die aus dem Rauchgas abgetrennt werden können und zur Verfügung stehen.On the other hand, in conventional power plants, such as coal power plants, a large amount of heat as potentially usable waste heat, and in addition emit such power plants large amounts of carbon dioxide, which can be separated from the flue gas and are available.
Aus der Druckschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klimatisierungssystem für ein Gewächshaus zur Verfügung zu stellen, mit dem Wärmeenergie und Kohlendioxid in nachhaltigerer Weise Nutzpflanzen in einem Gewächshaus zur Verfügung gestellt werden können, ohne auf eine zusätzliche Verbrennung fossiler Brennstoffe im oder am Gewächshaus zurückgreifen zu müssen.It is an object of the present invention to provide a climate control system for a greenhouse, can be provided with the heat energy and carbon dioxide in a sustainable way crops in a greenhouse, without having to resort to an additional combustion of fossil fuels in or at the greenhouse.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Klimatisierungssystem zur Versorgung eines Gewächshauses mit mit CO2 angereicherter Luft nach Anspruch 1, ein Steuergerät, ein System sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Gewächshauses mit einem Klimatisierungssystems gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the air conditioning system for supplying a greenhouse with CO 2 -enriched air according to claim 1, a control unit, a system and a method for operating a greenhouse with an air conditioning system according to the independent claims.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Klimatisierungssystem zur Versorgung eines Gewächshauses mit CO2 angereicherter Luft vorgesehen, umfassend:
- – einen Speicherbehälter mit einem Speicherbereich mit CO2 speicherndem Material, das unter Zufuhr von Wärme Kohlendioxid in eine das CO2 speichernde Material durchströmende Luft freisetzt,
- – eine erste Zuführungsleitung zum Zuführen der Luft in den Speicherbehälter;
- – eine Abführungsleitung zum Abführen der mit CO2 angereicherten Luft, und
- – ein Mittel, um die zugeführte Luft zu erwärmen und dadurch Wärmeenergie zum Freisetzen von Kohlendioxid aus dem CO2 speichernden Material im Speicherbereich bereitzustellen.
- A storage container having a storage area with CO 2 storing material which releases carbon dioxide into a CO 2 storing material when air is supplied with heat,
- - A first supply line for supplying the air into the storage container;
- A discharge line for discharging the CO 2 -enriched air, and
- - Means to heat the supplied air and thereby provide heat energy for releasing carbon dioxide from the CO 2 storing material in the storage area.
Eine Idee des obigen Klimatisierungssystems besteht darin, dieses mit einem aufladbaren Wärmespeicher und einem aufladbaren CO2-Speicher zu versehen. Der Wärmespeicher und der CO2-Speicher sind vorgesehen, um reversibel Wärme und Kohlendioxid zu speichern und abzugeben. Somit können diese an einem Ort, in dem Wärme und Kohlendioxid zur Verfügung stehen, aufgeladen werden, und durch Durchströmen von Luft kann erwärmte und mit Kohlendioxid angereicherte Luft zur Zuführung in ein Gewächshaus zur Verfügung gestellt werden.An idea of the above air conditioning system is to provide this with a rechargeable heat storage and a rechargeable CO 2 storage. The heat storage and the CO 2 storage are provided to reversibly store and release heat and carbon dioxide. Thus, they can be charged at a location where heat and carbon dioxide are available, and by passing air, heated and carbon dioxide-enriched air can be provided for supply to a greenhouse.
Durch die Verwendung eines Materials oder einer Materialkombination, die als ein Latentwärmespeicher oder ein thermochemischer Wärmespeicher und als ein CO2-Speicher fungieren können, kann durch einfaches Durchströmen von Luft sowohl eine Erwärmung als auch eine CO2-Anreicherung erreicht werden.By using a material or combination of materials that can act as a latent heat storage or thermochemical heat storage and as a CO 2 storage, both heating and CO 2 enrichment can be achieved by simply flowing air through it.
Weiterhin kann das CO2 speichernde Material ausgebildet sein, um durch Aufnahme von Feuchtigkeit aus der das CO2 speichernde Material durchströmenden Luftströmung Energie zur Desorption von Kohlendioxid bereitzustellen. Insbesondere kann das CO2 speichernde Material ausgebildet sein, um Feuchtigkeit aus der das CO2 speichernde Material durchströmenden Luftströmung aufzunehmen, diese zu erwärmen und dadurch die zur Abgabe von Kohlendioxid benötigte Wärmeenergie bereitzustellen.Furthermore, the CO 2 storing material may be formed to provide energy for desorption of carbon dioxide by absorbing moisture from the air flowing through the CO 2 storing material. In particular, the CO 2 storing material may be configured to receive moisture from the air flow flowing through the CO 2 storing material, to heat it, and thereby to provide the heat energy required for the release of carbon dioxide.
Insbesondere kann das CO2 speichernde Material, das zudem durch Aufnahme von Feuchtigkeit Kohlendioxid abgibt, mindestens eines der folgenden Materialien enthalten:
- – aminiertes silicabasiertes Adsorbens, z. B. Tri-PE-MCM-41, und
- – Zeolith.
- - Aminated silicon-based adsorbent, z. B. Tri-PE-MCM-41, and
- - zeolite.
Es kann vorgesehen sein, dass der Speicherbehälter einen Speicherbereich mit wärmespeicherndem Material umfasst, der mit der ersten Zuführungsleitung verbunden ist, um die Luft zunächst durch den Speicherbereich mit wärmespeicherndem Material zu leiten und diese, insbesondere aufgrund einer Aufnahme von Feuchtigkeit aus der durchströmenden Luft, zu erwärmen, wobei eine zweite Zuführungsleitung vorgesehen ist, um die aus dem Speicherbereich mit wärmespeicherndem Material austretende Luft zumindest anteilig durch den Speicherbereich mit CO2 speicherndem Material zu leiten.It may be provided that the storage container comprises a storage area with heat-storing material, which is connected to the first supply line to first pass the air through the storage area with heat-storing material and this, in particular due to absorption of moisture from the air flowing through to to heat, wherein a second supply line is provided to guide the emerging from the storage area with heat storage material at least partially through the storage area with CO 2 storing material.
Durch Verwendung einer Materialkombination mit einem ersten Material, das als Latentwärmespeicher oder als ein thermochemischer Wärmespeicher dienen kann, und eines in Strömungsrichtung der Luft nachgeordneten zweiten Materials, das unter Einwirkung von Wärme Kohlendioxid desorbiert, kann eine geeignete Materialkombination geschaffen werden. Der CO2-Speicher kann an einer CO2-Quelle und der Wärmespeicher an einer Wärmequelle aufgeladen werden, ohne dass dafür ein zusätzlicher Energieaufwand benötigt wird.By using a combination of materials with a first material, which can serve as a latent heat storage or as a thermochemical heat storage, and a downstream in the flow direction of the air second material, which desorbs carbon dioxide under the action of heat, a suitable combination of materials can be created. The CO 2 storage can be charged at a CO 2 source and the heat storage at a heat source, without the need for additional energy.
Gemäß einer Ausführungsform kann das CO2 speichernde Material mindestens eines der folgenden Materialien enthalten:
- – physikalische Adsorbentien, wie z. B. Zeolithe und Aktivkohlen,
- – chemische Adsorbentien, wie z. B. metallbasierte Adsorbentien, wie Calciumoxide und Magnesiumoxide, Lithiumzirkonate oder Hydrocalcit-haltige Verbindungen,
- – organische und organisch-anorganische Hybride, wie z. B. adsorptiv-gebundene Amine auf Oxidstrukturen, kovalent gebundene Amine auf Oxidstrukturen und Amine auf organischem Material gebunden, und
- – metallorganische Gerüstverbindungen MOF
- - Physical adsorbents, such as. As zeolites and activated carbons,
- - Chemical adsorbents, such as. As metal-based adsorbents such as calcium oxides and magnesium oxides, lithium zirconates or hydrocalcite-containing compounds,
- - organic and organic-inorganic hybrids, such as. B. adsorptively-bound amines on oxide structures, covalently bound amines on oxide structures and amines bound to organic material, and
- - organometallic frameworks MOF
Es kann vorgesehen sein, dass das wärmespeichernde Material ein Latentwärmespeichermaterial, insbesondere Paraffin, Salzhydrat und eutektische Mischungen, insbesondere Magnesiumchlorid, Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumnitrid, und/oder ein thermochemisches Speichermaterial, insbesondere ein Zeolith, Silicagel oder ein Metallhydrid, enthält.It can be provided that the heat-storing material contains a latent heat storage material, in particular paraffin, salt hydrate and eutectic mixtures, in particular magnesium chloride, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium nitrite, and / or a thermochemical storage material, in particular a zeolite, silica gel or a metal hydride.
Insbesondere kann als wärmespeicherndes Material ein thermochemisches Speichermaterial verwendet werden, das Wärme unter Zufuhr von Feuchtigkeit bzw. Wasser abgibt. Dadurch kann die Vorrichtung im Kreislauf mit einem Gewächshaus betrieben werden. Dabei wird die zu erwärmende Luft dem Gewächshaus entnommen. Diese Luft weist in der Regel eine hohe Luftfeuchtigkeit auf. Die zu erwärmende feuchte Luft kann dann durch Entfeuchten in dem wärmespeichernden Material erwärmt werden und anschließend in dem CO2-speichernden zweiten Material mit Kohlendioxid angereichert werden. Die so erwärmte, entfeuchtete und mit Kohlendioxid angereicherte Luft kann dem Gewächshaus wieder zugeführt werden. Dadurch kann die Luftfeuchtigkeit im Inneren des Gewächshauses reduziert werden, wodurch die Anfälligkeit der Pflanzen bezüglich Fäulnis und Pilzerkrankungen reduziert ist.In particular, as a heat-storing material, a thermochemical storage material can be used which releases heat while supplying moisture or water. This allows the device to be operated in the circuit with a greenhouse. The air to be heated is removed from the greenhouse. This air usually has a high humidity. The humid air to be heated can are then heated by dehumidifying in the heat-storing material and then be enriched in the CO 2 -stichernden second material with carbon dioxide. The so heated, dehumidified and enriched with carbon dioxide air can be recycled to the greenhouse. As a result, the humidity inside the greenhouse can be reduced, whereby the susceptibility of the plants is reduced with respect to rot and fungal diseases.
Weiterhin kann das wärmespeichernde Material und/oder das CO2 speichernde Material eine der folgenden Materialkombinationen umfassen:
- – Aktivkohle als wärmespeicherndes Material und Zeolith als CO2 speicherndes Material;
- – hydrophiles Zeolith, z. B. 13X, als wärmespeicherndes Material und CO2-Zeolith z. B. 5A als CO2 speicherndes Material;
- – hydrophiles Zeolith, z. B. 13X als wärmespeicherndes Material und wasserunempfindliches MOF als CO2 speicherndes Material.
- Activated carbon as heat storage material and zeolite as CO 2 storing material;
- - Hydrophilic zeolite, z. B. 13X, as a heat storage material and CO 2 zeolite z. B. 5A as CO 2 storing material;
- - Hydrophilic zeolite, z. B. 13X as a heat storage material and water-resistant MOF as CO 2 storing material.
Gemäß einer Ausführungsform können das wärmespeichernde Material und/oder das CO2 speichernde Material jeweils in einer der folgenden Formen bereitgestellt sein:
- – Granulat in Form von Pellets, Kugeln oder unregelmäßig geformter Bruchkohle, insbesondere mit einer Korngröße zwischen 0,7 mm und 10 mm;
- – als ein- oder mehrlagiges Gewebe, wobei insbesondere das Gewebe das Material selbst ist, insbesondere mit einer Gewebeschichtdicke von zwischen 0,5 und 1,5 mm, wobei das Gewebe insbesondere flächig gespannt, rohrartig gespannt, gewickelt oder geschichtet ist;
- – als ein- oder mehrlagiges Gewebe, wobei insbesondere das betreffende Material pulverförmig aufgetragen ist, insbesondere mit einer Gewebeschichtdicke von zwischen 0,5 und 1,5 mm, wobei das Gewebe insbesondere flächig gespannt, rohrartig gespannt, gewickelt oder geschichtet ist;
- – mit Pulver beschichtete Lamellen;
- – mit Pulver beschichtete Gestricke;
- – mit Pulver beschichtete Platten.
- - granules in the form of pellets, spheres or irregularly shaped coal, in particular with a particle size between 0.7 mm and 10 mm;
- - As a single- or multi-layer fabric, in particular the fabric is the material itself, in particular with a fabric layer thickness of between 0.5 and 1.5 mm, the fabric is particularly stretched flat, tube-like stretched, wound or layered;
- - As a single- or multi-ply tissue, in particular the material in question is applied in powder form, in particular with a fabric layer thickness of between 0.5 and 1.5 mm, the fabric is in particular taut, tube-like stretched, wound or layered;
- - powder coated slats;
- - Powder coated knitwear;
- - Powder coated plates.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Steuergerät zum Betreiben des obigen Klimatisierungssystems vorgesehen, wobei das Steuergerät ausgebildet ist, um den Kohlendioxid- und/oder den Wärmeaustrag aus dem Klimatisierungssystem zu steuern.In another aspect, a controller is provided for operating the above air conditioning system, wherein the controller is configured to control the carbon dioxide and / or heat output from the air conditioning system.
Insbesondere kann das Steuergerät den Kohlendioxid- und/oder den Wärmeaustrag aus dem Klimatisierungssystem steuern, indem der Volumenstrom der dem Speicherbereich mit CO2-speicherndem Material zugeführten Luft und/oder die Feuchtigkeit der dem Speicherbehälter mit CO2-speicherndem Material zugeführten Luft durch Beimischen von Umgebungsluft oder Wasserdampf eingestellt wird.In particular, the controller may control the carbon dioxide and / or heat output from the air conditioning system by adding the volume of air supplied to the storage area with CO 2 storing material and / or the humidity of the storage tank containing CO 2 storing material by admixing air Ambient air or steam is adjusted.
Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät den CO2- und/oder den Wärmeaustrag aus dem Klimatisierungssystem steuern, indem die Temperatur der dem Speicherbereich mit CO2-speicherndem Material zugeführten Luft durch Beimischen von Umgebungsluft oder Wasserdampf eingestellt wird, um einen Austrag von Kohlendioxid aus dem Speicherbereich mit CO2 speicherndem Material zu steuern.Alternatively or additionally, the controller may control the CO 2 and / or heat output from the air conditioning system by adjusting the temperature of the air supplied to the CO 2 storage material storage area by admixing ambient air or water vapor to remove carbon dioxide from the air Memory area with CO 2 storing material to control.
Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Temperatur und den CO2-Gehalt der aus dem Speicherbehälter abgeführten Luft zu steuern, indem der abgeführten Luft ein durch das Steuergerät bestimmter Anteil von Luft beigemischt wird, insbesondere Umgebungsluft oder aus einem Gewächshaus entnommene Luft.The control unit can be designed to control the temperature and the CO 2 content of the air discharged from the storage tank by adding to the discharged air a proportion of air determined by the control unit, in particular ambient air or air taken from a greenhouse.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist das obige Klimatisierungssystem mit dem obigen Steuergerät versehen.In another aspect, the above air conditioning system is provided with the above controller.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System mit einem Gewächshaus, dem obigen Klimatisierungssystem und mit dem obigen Steuergerät vorgesehen, wobei die Abführungsleitung zum Abführen der mit CO2 angereicherten Luft so mit dem Gewächshaus gekoppelt ist, um einen Anteil der abgeführten mit CO2 angereicherten Luft als Zuluft dem Gewächshaus zuzuführen.In another aspect, there is provided a greenhouse system, the above air conditioning system, and the above controller, wherein the exhaust duct for discharging the CO 2 -enriched air is coupled to the greenhouse so as to remove a portion of the CO 2 -enriched air Supply air to the greenhouse.
Diesbezüglich kann die erste Zuführungsleitung so mit dem Gewächshaus gekoppelt sein, dass ein Teil der dem Klimatisierungssystem zugeführten Luft dem Gewächshaus über eine Eingangsleitung entnommen ist.In this regard, the first supply line may be coupled to the greenhouse so that a portion of the air supplied to the air conditioning system is removed from the greenhouse via an input line.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- – Bereitstellen des Speicherbehälters an einem Ort, an dem Wärme und Kohlendioxid bereitstehen, insbesondere an einem Kraftwerk, in dem fossile Energieträger als Primärenergieträger verwendet werden;
- – Speichern von CO2 in einem CO2-speichernden Material in dem Speicherbehälter;
- – Speichern von Wärme in einem wärmespeichernden Material in dem Speicherbehälter;
- – Transportieren des Speicherbehälters zu einem Gewächshaus, und
- – Durchleiten von Luft durch den Speicherbehälter, um mit CO2 angereicherte und erwärmte Luft zu erhalten und diese in das Gewächshaus einzuleiten.
- - Providing the storage container in a place where heat and carbon dioxide are available, in particular at a power plant, are used in the fossil fuels as a primary energy source;
- - storing CO 2 in a CO 2 storing material in the storage container;
- Storing heat in a heat-storing material in the storage container;
- - Transporting the storage container to a greenhouse, and
- - passing air through the storage container to obtain enriched with CO 2 and heated air and these initiate in the greenhouse.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Wärme und gespeichertes Kohlendioxid zur Anreicherung der Abluft A werden durch die Speichervorrichtung
Die Speichervorrichtung
Der erste Speicherbereich
Das wärmespeichernde Material WM kann vorzugsweise ein aufgeladenes Latentspeichermaterial und/oder ein thermochemisches Speichermaterial umfassen, das bei einfachem Durchströmen den über die erste Zuführungsleitung
Der zweite Speicherbereich
Wenn der über die zweite Abführungsleitung
In der Abluftleitung
Als wärmespeicherndes Material WM kann ein Latentwärmespeichermaterial (phase change material) verwendet werden, bei dem die Wärme im Phasenübergang eines Materials gespeichert ist. Dieses so genannte Phasenwechselmaterial nutzt die Enthalpie umkehrbare thermodynamischer Zustandsänderungen für eine Speicherung von Wärmeenergie. Die Speicherung von Wärme in einem Phasenwechselmaterial erfolgt nahezu ohne Energieverlust, da der Vorgang der Änderung des Phasenzustands vollständig reversibel ist. Mögliche Phasenwechselmaterialien umfassen wässrige Lösungen, Paraffine, Salzhydrate und eutektische Mischungen (Speichersalze; Magnesiumchlorid (Schmelzpunkt 117°C), Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumnitrid: (Schmelzpunkte 142°C)). As the heat-storing material WM, a latent heat storage material (phase change material) can be used in which the heat is stored in the phase transition of a material. This so-called phase change material uses the enthalpy reversible thermodynamic state changes for storage of heat energy. The storage of heat in a phase change material occurs with almost no energy loss since the process of changing the phase state is completely reversible. Possible phase change materials include aqueous solutions, paraffins, salt hydrates and eutectic mixtures (storage salts, magnesium chloride (mp 117 ° C), sodium nitrate, potassium nitrate, sodium nitrite: (mp 142 ° C)).
Das wärmespeichernde Material WM kann alternativ oder zusätzlich ein thermochemisches Wärmespeichermaterial umfassen. Hierin verwendbare thermochemische Speichermaterialien können Adsorptions- und/oder Absorptionsspeichermaterialien umfassen, bei denen durch Anlagerung eines Adsorptivs an einem Adsorbens aufgrund einer exothermen Reaktion Wärme freigesetzt wird. Die Desorption entspricht dann einer endothermen Reaktion, bei der Wärme aufgenommen bzw. Wärmeenergie gespeichert wird.The heat-storing material WM may alternatively or additionally comprise a thermochemical heat storage material. Thermochemical storage materials useful herein may include adsorption and / or absorption storage materials wherein heat is released by the addition of an adsorbent to an adsorbent due to an exothermic reaction. The desorption then corresponds to an endothermic reaction in which heat is absorbed or heat energy is stored.
Ein Adsorptionsspeichermaterial ist beispielsweise ein Feststoff mit sehr poröser und großer Oberfläche, an der das verwendete Adsorptiv adsorbiert werden kann.An adsorption storage material is, for example, a solid with a very porous and large surface area at which the adsorbent used can be adsorbed.
Adsorptionsspeichermaterialien umfassen Zeolithe, Silicagele und Metallhydride, wobei das Adsorptiv in diesen Fällen zumeist Wasserdampf oder in Luft gebundene Feuchtigkeit ist. Bei der Desorption wird durch eine von außen eingebrachte Desorptionswärme erwärmte trockene Luft durch das Adsorptionsspeichermaterial geleitet und das darin gebundene Adsorbat (Wasser) im Adsorptionsspeichermaterial (Adsorbens) gelöst und verdampft. Der Wasserdampf wird nun mit der dabei abgekühlten Luft aus dem Adsorptionsspeichermaterial transportiert. Bei der Adsorption befördert der Luftstrom kühle und feuchte Luft zum Adsorptionsspeichermaterial. Der Wasserdampf wird im Adsorptionsspeichermaterial aufgenommen bzw. adsorbiert, wodurch die Adsorptionswärme an die Luft freigesetzt wird. Nach dem Adsorptionsvorgang ist die Luft erwärmt und weist eine erniedrigte Luftfeuchtigkeit auf.Adsorptive storage materials include zeolites, silica gels and metal hydrides, the adsorbent in these cases being mostly water vapor or air-bound moisture. During the desorption, dry air heated by externally introduced desorption heat is passed through the adsorption storage material and the adsorbate (water) bound therein is dissolved in the adsorption storage material (adsorbent) and evaporated. The water vapor is now transported with the thereby cooled air from the adsorption storage material. During adsorption, the air flow conveys cool and moist air to the adsorptive storage material. The water vapor is absorbed or adsorbed in the adsorption storage material, whereby the heat of adsorption is released into the air. After the adsorption process, the air is heated and has a reduced air humidity.
Ein Vorteil herkömmlicher Adsorptionsspeichermaterialien besteht darin, dass diese unter luftdichtem Verschluss keine Verschlechterung der Adsorptionsfähigkeit aufweisen und dadurch die zugeführte Wärme nahezu verlustfrei gespeichert werden kann. Weiterhin besteht eine nahezu unbegrenzte Wiederverwendbarkeit (Reversibilität), da Adsorptionsspeichermaterialien in der Regel keine Alterung aufweisen.An advantage of conventional adsorption storage materials is that they have no deterioration of the adsorption capacity under airtight seal and thus the heat supplied can be stored virtually lossless. Furthermore, there is a virtually unlimited reusability (reversibility), since adsorption storage materials usually have no aging.
Eine weitere Gruppe der thermochemischen Speichermaterialien besteht in den Absorptionsspeichermaterialien. Bei Absorptionsspeichermaterialien wird bei der Desorption eine Wassersalzlösung durch zugeführte heiße Luft in einem so genannten Regenerator zum Sieden gebracht. Da das Absorbens eine deutlich höhere Siedetemperatur als flüssiges Wasser aufweist, verdampft zunächst das Wasser aus der Lösung, das mit einem Luftstrom abtransportiert wird. Dadurch erhöht sich die Konzentration in der Salzlösung als Absorptionsspeichermaterial. Bei der Absorption kann die nun aufkonzentrierte Salzlösung den Luftstrom entfeuchten. Der Wasserdampf wird in der konzentrierten Salzlösung absorbiert, die Lösung reichert sich wieder mit Wasser an und wird dadurch verdünnt. Durch die freiwerdende Absorptionswärme kann trockene und erwärmte Luft bereitgestellt werden.Another group of thermochemical storage materials is the absorption storage materials. In the case of absorption storage materials, a water salt solution is brought to boiling during the desorption by supplied hot air in a so-called regenerator. Since the absorbent has a significantly higher boiling temperature than liquid water, the water first evaporates from the solution, which is transported away with a stream of air. This increases the concentration in the saline solution as an absorption storage material. During absorption, the now concentrated salt solution can dehumidify the air flow. The water vapor is absorbed in the concentrated salt solution, the solution re-enriches with water and is thereby diluted. The released heat of absorption can provide dry and heated air.
Das im zweiten Speicherbereich
- – physikalische Adsorbentien, wie z. B. Zeolithe und Aktivkohlen,
- – chemische Adsorbentien, wie z. B. metallbasierte Adsorbentien, wie Calciumoxide und Magnesiumoxide, Lithiumzirkonate oder Hydrocalcit-haltige Verbindungen,
- – organische und organisch-anorganische Hybride, wie z. B. adsorptiv-gebundene Amine auf Oxidstrukturen, kovalent gebundene Amine auf Oxidstrukturen und Amine auf organischem Material gebunden, und
- – metallorganische Gerüste MOF
- - Physical adsorbents, such as. As zeolites and activated carbons,
- - Chemical adsorbents, such as. As metal-based adsorbents such as calcium oxides and magnesium oxides, lithium zirconates or hydrocalcite-containing compounds,
- - organic and organic-inorganic hybrids, such as. B. adsorptively-bound amines on oxide structures, covalently bound amines on oxide structures and amines bound to organic material, and
- - organometallic scaffolds MOF
Diesen Materialien ist gemeinsam, dass diese CO2 adsorbieren und desorbieren können. Insbesondere kann unter Aufnahme von Wärme Kohlendioxid desorbiert und unter Abgabe von Wärme Kohlendioxid adsorbiert werden. Im Gesamtprozess kann Umgebungsluft oder vorzugsweise Eingangsluft A aus dem Gewächshaus
Die Zuführungsluft Z in der Zuführungsleitung
Da in der Regel das wärmespeichernde Material WM zur Abgabe von Wärme auch Wasser aufnimmt, wird die Luftfeuchtigkeit, d. h. der Wassergehalt der über die erste Zuführungsleitung
Sowohl für das wärmespeichernde Material WM im ersten Speicherbereich
Alternativ kann das Material auch als Gewebe insbesondere mehrlagiges Gewebe bereitgestellt werden, bei denen das Material pulverförmig auf ein Gewebe aufgetragen wird. Die Gewebeschichtdicken können beispielsweise zwischen 0,5 und 1,5 mm betragen. Durch das pulverförmig aufgetragene Material können hohe umströmte Flächen erreicht werden. Durch die Anordnung mehrerer Gewebeschichten übereinander kann die Wärme- bzw. CO2-Freisetzung erhöht werden. Die Gewebeschichten können flächig gespannt, rohrartig gespannt, gewickelt oder geschichtet sein.Alternatively, the material can also be provided as a fabric, in particular multi-layer fabric, in which the material is applied in powder form to a fabric. The fabric layer thicknesses may be, for example, between 0.5 and 1.5 mm. Due to the powdery applied material high flow areas can be achieved. By arranging several tissue layers one above the other, the heat or CO 2 release can be increased. The fabric layers can be taut, tube-like stretched, wound or layered.
Weiterhin können mit Pulver beschichtete Lamellen vorgesehen sein, die von der durch die Speicherbereiche durchgeführten Luft umströmt werden. Weiterhin kann das Pulver auch in Gestricken eingelagert sein.Furthermore, powder-coated fins can be provided, which are flowed around by the air carried through the storage areas. Furthermore, the powder may also be incorporated in crocheted.
Das wärmespeichernde Material WM und das CO2-speichernde Material COM können in den Speicherbereichen
Bei Verwendung von Granulat als wärmespeicherndes Material oder CO2-speicherndes Material kann der Speicherbehälter
Als Materialkombinationen für das wärmespeichernde Material und CO2-speichernde Material sind folgende für die Anwendung zur Klimatisierung eines Gewächshauses besonders geeignet.
Silicagel Tri-PE-MCM-41 und Zeolith eignen sich gleichzeitig für eine Verwendung als wärmespeicherndes Material WM und CO2-speicherndes Material COM, da unter Aufnahme von Wasser bzw. Feuchtigkeit CO2 desorbiert und gleichzeitig Wärme freigesetzt wird. Somit können letztgenannte Materialien insbesondere für einen Speicherbehälter
Die Speichervorrichtung
Mit Hilfe eines Steuergeräts
Das Steuergerät
Das wärmespeichernde Material WM und das CO2-speichernde Material COM können so einander angepasst sein, dass sich bei einer Zufuhr der aus dem Gewächshaus
Wird die Eingangsluft A über das Steuergerät
Die Zuführung von Umgebungsluft kann in einem ersten Mischer
Mit Hilfe einer Zirkulationspumpe
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein mit der Steuereinheit
In dem zweiten Speicherbereich
Dabei wird die den zweiten Speicherbereich
Dabei kann mithilfe der Steuereinheit
Mit Hilfe eines zweiten Mischers
Mit Hilfe eines dritten Mischers
Die Steuereinheit
Die Aufteilung der Volumen des Speicherbehälters
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