DE10354355B4

DE10354355B4 - Vorrichtung zum Temperieren von Räumen

Info

Publication number: DE10354355B4
Application number: DE10354355A
Authority: DE
Inventors: Bela Barath
Original assignee: BARATH GISELA
Current assignee: BARATH GISELA
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: DE10354355A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal (4), der von der zu temperierenden Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie mit einem latentspeicherfähigen Material bzw. Phasenübergangsmaterial durchströmt werden kann, und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kühlabschnitt (3) und einen Heizabschnitt (2) aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material (8) in dem Kühlabschnitt (3) einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material (8) in dem Heizabschnitt (2) und wobei in dem Kühlabschnitt (3) und dem Heizabschnitt (2) jeweils Rohrleitungen (11, 12) vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt (3) ein Kühlmedium zu führen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material (8) in dem Kühlabschnitt (3) Wärme zu entziehen und um den Heizabschnitt (2) mit Warmwasser zu durchströmen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material (8) in dem Heizabschnitt (2) Wärmeenergie zuzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal, der von der zu temperierenden Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie mit einem latentspeicherfähigen Material bzw. Phasenübergangsmaterial durchströmt werden kann.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE 299 22 798 U1 der Anmelderin und Patent Abstract of Japan JP 05203380 A bekannt. Diese Vorrichtungen besitzen einen Luftkanal, durch welchen eine zu kühlende Raumluft durch Konvektion oder zwangsgeführt mittels eines Gebläses an einem Phasenübergangsmaterial oder latentspeicherfähigen Material (PCM = Phase Change Material) vorbeigeführt wird, um die Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM abzukühlen.

Der Einsatz von Phasenübergangsmaterialien erfordert Regenerierungsphasen, in welchen das Material die aufgenommene Energie wieder abgeben kann. Um diese Regenerierungsphasen zu beschleunigen, weist die in der DE 29 22 798 U1 beschriebene Vorrichtung ein aktives Kühlsystem auf. Konkret ist ein Kühlwasserkreislauf vorgesehen, durch welchen eine aktive Kühlung des latentspeicherfähigen Materials über einen Wasserkreislauf erfolgt, der wiederum luftgekühlt ist.

Die bekannten Temperiervorrichtungen haben sich in der Praxis zwar durchaus bewährt. Die Bestrebungen gehen jedoch dahin, die Vorrichtungen universeller einsetzen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine effektive Klimatisierung gewährleistet und außerdem wirtschaftlich ist.

Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie einen Kühlabschnitt und einen Heizabschnitt aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material in dem Kühlabschnitt einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material in dem Heizabschnitt und wobei in dem Kühlabschnitt und dem Heizabschnitt jeweils Kanäle vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt ein Kühlmedium zu führen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Kühlabschnitt wärme zu entziehen, und um den Heizabschnitt mit Warmwasser zu durchströmen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Heizabschnitt Wärmeenergie zuzuführen.

Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, die Temperiervorrichtung so auszugestalten, daß sie sowohl für einen Kühlbetrieb als auch für einen Heizbetrieb einsetzbar und damit ganzjährig zur Temperierung von Räumen geeignet ist. Dabei weist das latentspeicherfähige Material in dem Kühlabschnitt einen niedrigeren Schmelzpunkt als das latentspeicherfähige Material in dem Heizabschnitt. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das latentspeicherfähige Material des Kühlabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 20° bis 25°C und insbesondere von 21° bis 23°C besitzt, während das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C besitzt. Im Kühlbetrieb wird beispielsweise nachts das latentspeicherfähige Material mit Luft oder auch Kaltwasser unter Abgabe von Wärmeenergie „gefroren", so daß der Kühlabschnitt „aufgeladen" wird, und tagsüber wird die Raumluft unter Aufnahme von Wärmeenergie gekühlt, wobei dann wieder ein Phasenwechsel in dem PCM-Material von fest auf flüssig stattfinden kann. Im Heizbetrieb wird das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts mit warmen Heizwasser, das beispielsweise eine Temperatur von 40°C besitzen kann, „aufgeladen", wobei das latentspeicherfähige Material Wärmeenergie aufnimmt und vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Tagsüber wird dann die durch den Heizabschnitt geführte Raumluft erwärmt, wobei das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts Wärmeenergie abgibt und dabei wieder in den festen Zustand versetzt wird.

In an sich bekannter Weise kann dabei eine Fördervorrichtung insbesondere in Form eines Ventilators versehen sein, um die Raumluft durch den Luftkanal des Heizab schnitts bzw. des Kühlabschnitts zu transportieren. Hierbei ist es möglich, den Heizabschnitt und den Kühlabschnitt in serieller Weise zu durchströmen, wobei dann die Raumluft zuerst den Heizabschnitt durchströmt. Damit ist das Modul stets heizbereit. Alternativ ist es ebenfalls möglich, in dem Kühlabschnitt und in dem Heizabschnitt jeweils voneinander unabhängige Luftkanäle auszubilden, so daß im Heizbetrieb nur der Heizabschnitt und in einem Kühlbetrieb nur der Kühlabschnitt von der zu temperierenden Raumluft durchströmt wird.

In bevorzugter Weise weisen der Kühlabschnitt und/oder der Heizabschnitt jeweils Wärmetauscherelemente auf, die mit einem Trägermaterial (Matrix) für die Einlagerung des PCM gefüllt sind, wobei diese Matrix aus Graphit oder Metall Hohlräume aufweist, welche mit dem latentspeicherfähigen PCM-Material von außen befüllt werden können. Nach der Imprägnierung der Matrix mit PCM werden die Oberflächen der Matrix versiegelt, damit das flüssige PCM nicht auslaufen kann. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, daß die Wärmeleitfähigkeit erhöht wird und zusätzlich die Struktur der Matrix eine Phasentrennung des latentspeicherfähigen Materials verhindert.

Da die Gehäuse der Wärmetauschelemente mit Metall gefüllt sind, können auch brennbare Paraffine als speicherfähige Materialien eingesetzt werden. Diese haben den Vorteil, daß der gewünschte Schmelzpunkt, d.h. die Phasenübergangstemperatur, bei Paraffinen einfacher als bei üblicherweise eingesetzten Salzhydraten einstellbar ist.

In Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Kanäle für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser in dem Metallschaum ausgebildet oder darin eingebettet sind, so daß bei dieser Ausführungsform die Kanäle innerhalb der Wärmetauscherelemente verlaufen und diese von innen her „aufgeladen" werden können. Alternativ hierzu können die Rohrleitungen für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser auch außenseitig an den Wärmetauschermodulen angebracht sein, wozu zweckmäßigerweise die Wärmetauschermodule an ihrer Außenseite Vertiefungen aufweisen, in welche die Rohrleitungen eingelegt werden können.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung in Vorderansicht,
2 die Temperiervorrichtung aus 1 im Längsschnitt II-II,
3 in geschnittener Draufsicht die Vorrichtungen gemäß den 1 und 2,
4 in schematischer Darstellung ähnlich der 1 eine Temperiervorrichtung mit einem Querstromventilator,
5 die Vorrichtung aus 4 im Längsschnitt V-V,
6 im Querschnitt einen Wärmetauscherblock für den Einsatz in einer Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und
7 eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Einsatz in einer Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Temperiervorrichtung 1 umfaßt einen Heizabschnitt 2 und einen Kühlabschnitt 3, die als modulartige Blockelemente getrennt voneinander ausgebildet und übereinander liegend angeordnet sind. Wie insbesondere die 2 und 3 gut erkennen lassen, sind in der Temperiervorrichtung 1 zwei Luftkanäle 4 vorgesehen, die sich von oben nach unten durch den Heizabschnitt 2 und dann den Kühlabschnitt 3 erstrecken und zwischen plattenförmigen Wärmetauschermodulen 5 ausgebildet sind, welche parallel zueinander ausgerichtet und an ihren Stirnseiten miteinander verbunden sind. Die Wärmetauschermodule 5 besitzen jeweils ein Modulgehäuse 6 mit einem geeigneten PCM-Träger (Matrix 7), dessen Hohlräume, welche bis zu 90% des Gesamtvolumens betragen können, nach einem dafür geeigneten Verfahren mit einem flüssigen latentspeicherfähigen Material (PCM-Material) 8 imprägniert sind und versiegelte Oberflächen besitzen. Dabei besitzt das latentspeicherfähige Material 8 in den Wärmetauschermodulen 5 des Kühlabschnitts 3 einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt, der beispielsweise im Bereich von 21° bis 23°C liegt, während das latentspeicherfähige Material 8 des Heizabschnitts 2 einen höheren Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C besitzt. Wie insbesondere die 1 und 3 zeigen, kann dieses latentspeicherfähige Material 8 in flüssigem Zustand in die Wärmetauschermodule 5 durch einen Füllstutzen 9 eingefüllt werden, der an der einen Stirnseite der Temperiervorrichtung 1 vorgesehen ist, wobei an der gegenüberliegenden Seite ein Auslaß 10 vorgesehen ist, durch welchen beim Einfüllen des latentspeicherfähigen Materials 8 Luft entweichen kann.
In die Matrix 7 der Wärmetauschermodule 5 sind weiterhin Rohrleitungen 11, 12 eingebettet (siehe auch 6). Die Rohrleitungen 11 führen dem Heizabschnitt 2 durch eine Warmwasserversorgung 14 warmes Wasser und die Rohrleitungen 12 dem Kühlabschnitt 3 Kaltwasser über eine entsprechende Kaltwasserversorgung 13 zu. Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, anstelle von Wasser ein anderes flüssiges oder gasförmiges Medium zum Kühlen oder Heizen einzusetzen.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rohrleitungen 11, 12 jeweils Teil eines geschlossenen Warmwasser- bzw. Kaltwasserkreislaufes, wobei sowohl die Einlässe als auch die Auslässe der Rohrleitungen 11, 12 an der Unterseite der Temperiervorrichtung 1 liegen. Dies hat zur Folge, daß die Rohrleitung 11 für das Warmwasser einlaß- und auch auslaßseitig jeweils einen Leitungsabschnitt besitzt, der durch den Kühlabschnitt 3 geführt ist.
In den 4 und 5 ist eine weitere Temperiervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese besitzt den gleichen Aufbau wie die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung mit der einzigen Ausnahme, daß die Temperiervorrichtung 1 gemäß den 4 und 5 einen Querstromventilator 17 aufweist, der auf den Kühlabschnitt 3 aufgesetzt ist und dazu dient, zu temperierende Raumluft anzusaugen und in die Luftkanäle 4 zu blasen.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung 1 wird zu temperierende Raumluft entweder durch Konvektion oder mittels des Querstromventilators 17 durch die Luftkanäle 4 geführt, wobei ein Wärmetausch mit den latentspeicherfähigen Materialien 8 der Wärmetauschermodule 5 stattfindet.
Um mit der Temperiervorrichtung 1 heizen zu können, wird das latentspeicherfähige Material 8 in den Wärmetauschermodulen 5 des Heizabschnitts 2 beispielsweise in einem Nachtbetrieb „aufgeladen", indem warmes Wasser mit einer Temperatur von etwa 40°C, das über die Warmwasserversorgung 14 zugeführt wird, durch die Rohrleitung 11 des Heizabschnitts 2 geführt wird, wobei das latentspeicherfähige Material 8 in dem Heizabschnitt 2 Wärmeenergie aufnimmt und vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Tagsüber wird dann die durch den Heizabschnitt 2 geführte Raumluft erwärmt, wobei das latentspeicherfähige Material 8 des Heizabschnitts 2 Wärmeenergie abgibt und dabei wieder in den festen Zustand versetzt wird.
Im Kühlbetrieb wird das latentspeicherfähige Material 8 des Kühlabschnitts 3 „aufgeladen", indem Kaltwasser durch die Rohrleitungen 12 geführt wird, wobei das latentspeicherfähige Material 8 in dem Kühlabschnitt 3 unter Abgabe von Wärmeenergie kristallisiert. Wenn dann tagsüber Raumluft durch die Temperiervorrichtung 1 geführt wird, wird diese dann gekühlt, wobei das latentspeicherfähige Material 8 des Kühlabschnitts 3 Wärmeenergie aufnimmt und dabei wieder in den flüssigen Zustand überführt wird.
Zusammenfassend kann die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung 1 sowohl in einem Heizbetrieb als auch in einem Kühlbetrieb eingesetzt werden und ist somit ganzjährig zur Temperierung von Räumen einsetzbar.
In der zuvor beschriebenen Temperiervorrichtung 1 sind die Rohrleitungen 11, 12 für das Warm- bzw. Kaltwasser in die Wärmetauschermodule 5 integriert. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, die Rohrleitungen 11, 12 au ßenseitig an den Wärmetauschermodulen 5 vorbeizuführen, wie dies in 7 dargestellt ist. In diesem Fall sind in der Außenwand des Modulgehäuses 6 zweckmäßigerweise Vertiefungen 16 vorgesehen, in welche die Rohrleitungen 11, 12 eingelegt werden können.
Im übrigen ist es auch möglich, die Wandungen der Luftkanäle 4 direkt mit den entsprechenden latentspeicherfähigen Materialien 8 zu belegen, so daß die latentspeicherfähigen Materialien 8 in direktem Kontakt mit der zu temperierenden Raumluft kommen. Auch ist es nicht zwangsläufig erforderlich, Rohrleitungen 11, 12 vorzusehen, durch welche das Kalt- bzw. Warmwasser geführt wird. Alternativ kann zum Aufladen des Heizabschnitts 2 bzw. des Kühlabschnitts 3 entsprechend temperierte Luft bzw. Wasser mit einer gewünschten Temperatur direkt durch die Luftkanäle 4 geführt werden.

Claims

Vorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal (4), der von der zu temperierenden Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie mit einem latentspeicherfähigen Material bzw. Phasenübergangsmaterial durchströmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kühlabschnitt (3) und einen Heizabschnitt (2) aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material (8) in dem Kühlabschnitt (3) einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material (8) in dem Heizabschnitt (2) und wobei in dem Kühlabschnitt (3) und dem Heizabschnitt (2) jeweils Rohrleitungen (11, 12) vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt (3) ein Kühlmedium zu führen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material (8) in dem Kühlabschnitt (3) Wärme zu entziehen, und um den Heizabschnitt (2) mit Warmwasser zu durchströmen und auf diese weise dem latentspeicherfähigen Material (8) in dem Heizabschnitt (2) Wärmeenergie zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Luftkanal (4) so ausgebildet ist, daß die zu temperierende Raumluft den Kühlabschnitt (3) und den Heizabschnitt (2) seriell durchströmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlabschnitt (3) und in dem Heizabschnitt (2) jeweils voneinander unabhängige Luftkanäle (4) ausgebildet sind, so daß in einem Heizbetrieb nur der Heizabschnitt (2) und in einem Kühlbetrieb nur der Kühlabschnitt (3) von der zu temperierenden Raumluft durchströmt wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlabschnitt (3) und der Heizabschnitt (2) jeweils Wärmetauschermodule (5) aufweist, die mit einer Graphit- oder Metallmatrix (7) für das latentspeicherfähige Material (8) gefüllt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (11, 12) für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser in der Matrix (7) ausgebildet oder darin eingebettet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrleitungen (11, 12) für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser außenseitig an den Wärmetauschermodulen (5) angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermodule (5) außenseitig Vertiefungen (16) für die Rohrleitungen (11, 12) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als latentspeicherfähige Materialien (8) brennbare Paraffine eingesetzt werden.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das latentspeicherfähige Material (8) des Kühlabschnitts (3) einen Schmelzpunkt im Bereich von 20° bis 25°C, insbesondere von 21° bis 23°C hat.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das latentspeicherfähige Material (8) des Heizabschnitts (2) einen Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C hat.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördereinrichtung insbesondere in Form eines Ventilators (Querstromventilator 17) vorgesehen ist, um die Raumluft durch den Luftkanal (4) zu transportieren.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, um zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb umzuschalten.