DE1801088A1 - Cooling device for building interiors - Google Patents

Cooling device for building interiors

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Description

Kühleinriohtung für Gebäude-Innenräume Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinriohtung für Gebäude-Innenräume mit einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe. Sie befaßt sich mit der Aufgabe, den Betrieb einer derartigen Kühleinrichtung zu verbilligen. Diese Aufgabe wird gemaß der Erfindung dadurch gelößt, daß auf der Kaltseite der Wärmepumpe ein Kaltespeicher angeordnet ist, der aus einer bei der bpeicherung gefrierenden Flüssigkeit besteht und dessen Kälteabgabe steuerbar ist. Die Erfindung ermöglicht es, die Wärmepumpe nur während der Nacht mit niedrigem Nachstromtarif zu betreiben und die gespeicherte Kälte während des tages nach Bedarf an den zu kühlenden Innenraum abzugeben. dls Speicherflüssigkeit dient vorzugsweise Wasser. Die Kälteabgabe des Speichers kann mit Vorteil durch einen Lüfter gesteuert werden, der während der Nacht stillsteht; statt dessen kann man auch eine Konvektionskühlung vorsehen, die durch geeignete, z. B. in einem Kamin angeordnete -Klappen gesteuert werden kann. Cooling device for building interiors The invention relates to on a cooling device for building interiors with an electrically operated one Heat pump. It deals with the task of operating such a cooling device to cheaper. This object is achieved according to the invention in that on the Cold side of the heat pump, a cold storage is arranged from one at the There is bstore freezing liquid and its cold release is controllable. The invention makes it possible to use the heat pump only during the night with low Operate the additional electricity tariff and the stored cooling during the day as required to be given to the interior to be cooled. dls storage fluid is preferably used Water. The cold release of the store can advantageously be controlled by a fan become standing still during the night; instead, you can also use convection cooling provide that by suitable, z. B. controlled flaps arranged in a chimney can be.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß der Wirkungsgrad der Kühleinrichtung um so höher ist, je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmseite der Wärmepumpe ist.For the invention it is essential that the efficiency of the cooling device the lower the temperature difference between the cold and warm side, the higher it is the heat pump is.

Unter "Wirkungsgrad" ist dabei das Verhaltnis der gepumpten Wärmemenge, vermindet um die Verlustwärme, zu der Betriebsenergie zu verstehen, die der Wärmepumpe zugeführt wird. Bei der Kühleinrichtung nach der Erfindung ist es möglich, in einem verhältnismäßig kleinen Speichervolumen große Wärmemengen ohne Abwenkung der Speichertemperatur zu speichern, so dajs die Arbeits-Temperaturdifferenz der Wärmepumpe begrenzt und ein guter Wirkungsgrad erhalten bleibt."Efficiency" is the ratio of the amount of heat pumped, reduced by the heat loss, to understand the operating energy, that of the heat pump is fed. In the cooling device according to the invention, it is possible in one relatively small storage volume large amounts of heat without Diversion the storage tank temperature, so that the working temperature difference of the Heat pump limited and a good efficiency is maintained.

Das Problem des Wirkungsgrades besteht bei den bekannten Nachstrom-Speicherheizungen nicht; dementsprechend werden bei diesen Feststoffspeicher verwendet, die während der Nacht auf sehr hohe Übertemperaturen aufgeheizt werden.The problem of efficiency exists with the known after-flow storage heaters not; accordingly are used in this solid storage, which during be heated to very high excess temperatures during the night.

Für den Wirkungsgrad der Kühleinrichtung bei Nachtbetrieb ist es günstig, daß die Temperatur der Außenluft bei Nacht meist wesentlich niedriger ist als bei Tage. XIan kann ferner der Forderung, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, dadurch Rechnung tragen, daß man als Speicherflüssigkeit eine solche wählt, deren Gefrierpunkt nur wenig, z. B. höchstenst 10 °C, unter der gewünschten Temperatur des zu kühlenden Innenraumes liegt. Unten diesem Gesichtspunkt sind(außer Wasser) z. B. folgende Substanzen geeignet: Benzol (Gefrierpunkt 5,5 °C, Schmelzwärme TO cal/g), p-Xylol (Gefrierpunkt 13,2 °C, Schmelzwärme 38 cal/g) oder wasserfreies Glyzerin (Gefrierpunkt 19 °C, Schmezwärme 47 cal/g). Stoffe, deren Gefrierpunkt zwischen 10 und 20 °G liegt, kommen insbesondere für die Kühlung-von Wohnräumen in Betracht. hierbei kann die Temperaturdifferenz des Speichers gegenüber der Nachtteinperatur der Außenluft verschwindend gering werden, so daß der Wirkungsgrad der Wärmepumpe weit über 1 1 liegt. Die Menge der Flüssigkeit soll unter Berücksichtigung der Schmelzwärme vorzugsweise so groß gewühlt werden, daß der gesamte Kältebedarf eines heißen Sommertages gespeichert werden kann.For the efficiency of the cooling system during night operation, it is beneficial to that the temperature of the outside air at night is usually much lower than at Days. XIan can also meet the requirement to achieve the highest possible degree of efficiency, take into account that one chooses such a storage liquid, their Freezing point only a little, e.g. B. at most 10 ° C, below the desired temperature of the interior to be cooled. Below this point of view are (other than water) z. B. the following substances are suitable: Benzene (freezing point 5.5 ° C, heat of fusion TO cal / g), p-xylene (freezing point 13.2 ° C, heat of fusion 38 cal / g) or anhydrous Glycerine (freezing point 19 ° C, heat of fusion 47 cal / g). Substances whose freezing point between 10 and 20 ° G, come especially for the cooling of living spaces into consideration. the temperature difference of the storage tank compared to the night temperature the outside air will be negligibly small, so that the efficiency of the heat pump is well above 1 1. The amount of liquid should take into account the heat of fusion should preferably be dug so large that the entire cooling requirement of a hot summer day can be saved.

Die Art der elektrisch betriebenen Wärmepumpe ist grundsätzlich beliebig; man kann z. B. ein Absorber-Aggregat oder ein Kompressor-Aggregat verwenden.The type of electrically operated heat pump is basically arbitrary; you can z. B. use an absorber unit or a compressor unit.

@@@@@@@@@@@@@@. Besonders geeignet für die Zwecke der Erfindung ist eine Peltier-Wärmepumpe, die sich durch völlige Gerauschlosigkeit und einfache Regelbarkeit auszeichnet. @@@@@@@@@@@@@@. Is particularly suitable for the purposes of the invention a Peltier heat pump, which is completely silent and easy to control excels.

Die Kühleinrichtung nach der Erfindung kann an kühlen Tagen oder während der Heizperiode als - gegebenenfalls zusätzliche -heizung dienen, wobei der Wirkungsgrad der Wärmepumpe, da außer der gepumpten Warme auch die Verlustwärme zur Heizung beiträgt, stets über 1 liegt. Auch im Hinblick auf diese zusatzliche Nutzung der Kühleinrichtung nach der Erfindung ist die Verwendung einer Peltier-Wärmepumpe von besonderem Vorteil, da bei dieser die Richtung des Wärmetransprotes durch einfaches Umpolen des Betriebs-Gleichstromes geändert werden land.The cooling device according to the invention can be used on cool days or during during the heating season as - possibly additional - heating, whereby the efficiency the heat pump, since in addition to the pumped heat, the heat loss also contributes to the heating, is always above 1. Also with regard to this additional use of the cooling device According to the invention, the use of a Peltier heat pump is of particular advantage, because with this the direction of the heat transfer by simply reversing the polarity of the operating direct current be changed country.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing explained.

Die Zeichnung stellt einen Vertikalschnitt durch die Sühleinrichtung und einen Teil des Gebäudes dar, in dem sie installiert ist. Mit 1 ist die Außenwand des Gebäudes bezeichnet; 2 ist der zu kühlende Innenraum. Die Kühleinrichtung z t als Ganzes mit 3 bezeichnet. Die Wärmepumpe .rd durch mehrere Peltier-Kühlblöcke 4 gebildet, die thermisch parallel geschaltet sind.The drawing represents a vertical section through the chair and part of the building in which it is installed. With 1 is the outer wall of the building designated; 2 is the interior to be cooled. The cooling device z t designated as a whole with 3. The heat pump .rd through several Peltier cooling blocks 4 formed, which are thermally connected in parallel.

Derartige Peltier-Kühlblocke bestehen, wie an sich bekannt, aus einer größeren Anzahl von parallel zu-einander angeordneten und elektrisch hintereinandergeschalteten Ifalbleit erschenkeln, die abwechselnd n- und p-leitend sind und mäanderförmig von einen Gleichstrom durchflossen werden. Beiderseits der Peltierblöcke 4 sind zur Wärmeübertragung massive Metallblöcke 5 und 6, z. B. aus Aluminium, angeordnet. Der Metallblock 5, der der warmseite der Peltierblöcke 4 zugeordnet ist, ist auf seiner Außenseite mit vertikal angeordneten metallischen Rippen 7 versehen, die von der Außenluft durchströift werden. Die Mißenluft wird durch einen Tangentiallüfter 8 gefördert; sie strömt durch einen Ansaugkanal 9 ein, fließt dann durch die Rippen 7 und wird durch einen weiteren Kanal 10 wieder nach außen geleitet. In den Kanälen n 9 und 10 sind Ventilklappen 11 und 12 angeordnet, die sich bei Betrieb des Lüfters 8 öffnen und bei stillstand des Lüfters 8 herabfallen, so daß die Kanäle 9 und 10 verschlossen sind.Such Peltier cooling blocks, as known per se, consist of one larger number of parallel to each other and electrically connected in series I semiconductors that are alternately n- and p-conductive and meander from a direct current can flow through it. Both sides of the Peltier blocks 4 are to Heat transfer massive metal blocks 5 and 6, e.g. B. made of aluminum, arranged. The metal block 5, which is assigned to the warm side of the Peltier blocks 4, is open its outside with vertically arranged metallic ribs 7 Mistake, which are traversed by the outside air. The waste air is generated by a tangential fan 8 funded; it flows in through an intake channel 9, then flows through the ribs 7 and is passed through another channel 10 to the outside again. In the canals In 9 and 10 valve flaps 11 and 12 are arranged, which are in operation of the fan 8 open and when the fan 8 is at a standstill fall down so that the channels 9 and 10 are locked.

Der Metallkörper 6, der der Kaltseite der Peltierblöcke 4 zugeordnet ist, ist auf seiner Außenseite mit metallischen Rippen 13 versehen, die in einen mit, einer gefrierbaren Flüssigkeit 15, z. B. wasser, gefüllten metallischen Behälter 14 hineinragen. Der Behalter 14 bildet mit der Flüssigkeit 15 den Kältespeicher der Kühleinrichtung. Der Behälter 14 ist seinerseits auf der Außenseite mit vertikal stehenden Rippen 16 versehen. Die Rippen 16 werden von der zu kühlenden Luft des Innenraumes 2 durchströmt; die Innenluft wird durch einen Tangentiallüfter 17 gefördert, der sie durch die Öffnung 18 ansaugt und durch die Öffnung 19 ausströmen l-ßt. Die Kühleinrichtung ist von Wänden 20 und 21 umschlossen, die vorzugsweise wärmeisolierend ausgeführt sind, also z. B. aus Schaumstoffplatten bestehen können. Auch die Zwischenwand 22 zwischen den Kanälen 9 und 10 ist mit Vorteil würmeisolierend ausgeführt.The metal body 6, which is assigned to the cold side of the Peltier blocks 4 is, is provided on its outside with metallic ribs 13, which in a with, a freezable liquid 15, e.g. B. water, filled metallic container 14 protrude. The container 14 forms the cold storage with the liquid 15 the cooling device. The container 14 is in turn vertical on the outside standing ribs 16 provided. The ribs 16 are of the air to be cooled Flows through interior 2; the inside air is conveyed by a tangential fan 17, which sucks them in through the opening 18 and lets them flow out through the opening 19. the The cooling device is enclosed by walls 20 and 21, which are preferably heat-insulating are executed, so z. B. can consist of foam sheets. Also the partition 22 between the channels 9 and 10 is advantageously designed to be heat-insulating.

Während des Nachtbetriebes der Kühleinrichtung 3 wird an die Peltierblöcke 4 eine Gleichspannung angelegt, die in der Regel durch Transforinierung und Gleichrichtung dem Netz entnommen wird. Ferner läuft während der Nacht der Lüfter 8; der Lüfter 17 steht still. Die aus den PeltierE öcken 4 bestehende Warmepumpe entzieht dem Kaltespeicher 14/15 Warme und gibt sie an den Rippenkühler 7 ab, der die bei 9 einströmende Außenluft erwärmt. Die Temperatur des Kältespeichers sinkt so weit, bis der Gefrierpunkt der Speicherflüssigkeit 15 erreicht ist; von da an bleibt die Temperatur konstant, solange noch nicht die gesamte Speicherflüssigkeit 15 fest geworden ist. Die Arbeits-Temperaturdifferenz der Wärmepumpe 4 wird also durch den Gefrierpunkt der Speicherflüssigkeit 15 und die Temperatur der außenluft bestimmt. Durch eine temperaturabhängige Regelung kann man dafür sorgen, daß die Wärme pumpe und der Lüfter 8 abgestellt werden, enn der Gefrierpunkt der Speicherflüssigkeit 15 unterschritten wird. During the night operation of the cooling device 3, the Peltier blocks 4 a DC voltage is applied, usually by transforming and rectifying taken from the network. Furthermore, the fan 8 runs during the night; the fan 17 stands still. The heat pump consisting of the PeltierE corners 4 removes the Cold storage 14/15 heat and gives it to the finned cooler 7, which flows in at 9 Outside air warmed up. The temperature of the cold storage unit drops so far until the freezing point of the storage liquid 15 is reached; from then on it remains Temperature constant as long as the entire storage liquid 15 is not yet solid has become. The working temperature difference of the heat pump 4 is therefore through the The freezing point of the storage liquid 15 and the temperature of the outside air are determined. A temperature-dependent control can be used to ensure that the heat pump and the fan 8 are switched off when the freezing point of the storage liquid 15 is not reached.

Bei Tage liegt der Lüfter 8 still; die Ventilklappen 11 und 12 sind dann geschlossen, so daß eine Luftzirkulation in den Kanälen 9 und 10 und damit ein Kälterückfluß zur Außenluft verhindert ist. Zur Kühlung des Innenraumes kann jetzt nach Bedarf der Lüfter 17 in Gang gesetzt erden. Dabei wird die bei 18 eintretende Innenluft, die den Rippenkühler 16 dúrchströmt, etwa auf die Schmelztemperatur der bpeicherflüssigkeit 15 abgekühlt. Die Kälteabgabe des Kältespeichers 14/15 kann durch eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Regelung des Lüfters 17 gesteuert werden.During the day the fan 8 is idle; the valve flaps 11 and 12 are then closed so that air can circulate in channels 9 and 10 and thus a cold return flow to the outside air is prevented. To cool the interior can now the fan 17 is set in motion as required. In doing so, the one entering at 18 Internal air that flows through the finned cooler 16, approximately to the melting temperature of the Buffer liquid 15 cooled. The cold release of the cold accumulator 14/15 can controlled by a continuous or discontinuous regulation of the fan 17 will.

Für die Kühlung von Tohnräumen läßt sich die erforderliche Größe des Saltespeichers wie folgt abschätzen: Während der heizungsfreien Monate des Jahres beträgt der durchschnittliche Kältebedarf etwa 15 W pro m³ des zu kühlenden Innenraumes; diese Kälteleistung ist jeweils täglich 12 Std.For the cooling of sound rooms, the required size of the Estimate the salt storage tank as follows: During the heating-free months of the year the average cooling requirement is around 15 W per m³ of the interior to be cooled; this cooling capacity is 12 hours a day.

lang aufzubringen. Das entspricht bei einem Innenraum mit 100 m' Inhalt einer täglich abzuführenden Wärmemenge von 1500 W . 12 h = 1,8 kWh = 1550 kcal. Diese Wärmemenge entspricht der Schmelzwärme von 19 kg Eis. Im allgemeinen wird es genügen, diese Eis- bzw. Wasserinenge als Speicherflüssigkeit 15 vorzusehen. Man kann jedoch, um hohe Belastungsspitzen zu decken, die Menge der Speicherflüssigkeit un 5G bis 1CO % erhöhen.long to apply. This corresponds to an interior space of 100 m ' a daily amount of heat to be dissipated of 1500 W. 12 h = 1.8 kWh = 1550 kcal. This amount of heat corresponds to the heat of fusion of 19 kg of ice. Generally will it It is sufficient to provide this amount of ice or water as storage liquid 15. Man however, the amount of storage fluid can be used to cover high load peaks Increase un 5G to 1CO%.

4 Ansprüche 1 Figur4 claims 1 figure

Claims (4)

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Kühleinrichtung für Gebäude-Innenräume mit einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kaltseite der Wärmepumpe (4) ein Kältespeicher angeordnet ist, der aus einer bei der Speicherung gefrierenden Flüssigkeit (15) besteht und dessen Kälteabgabe steuerbar ist. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Cooling device for building interiors with an electrically operated heat pump, characterized in that on the On the cold side of the heat pump (4), a cold accumulator is arranged, which consists of a at the storage of freezing liquid (15) and its cold release controllable is. 2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung von nasser als Speicherflüssigkeit (15).2. Cooling device according to claim 1, characterized by use of wetter than storage fluid (15). 3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer Flüssigkeit (15), deren Gefrierpunkt nur wenige Grade, z. B. höchstens 10 00, unter der gewünschten Raumtemperatur liegt.3. Cooling device according to claim 1, characterized by use a liquid (15) whose freezing point is only a few degrees, e.g. B. at most 10 00, is below the desired room temperature. 4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung einer Peltier-Wärmepumpe (4).4. Cooling device according to claim 1, characterized by use a Peltier heat pump (4). L e e r s e i t eL e r s e i t e
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Legal Events

Date Code Title Description
SH Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971