DE19938725C1 - Latentkälte-Speicherverfahren und Latentkälte-Speicher für ein Kaltwassernetz - Google Patents
Latentkälte-Speicherverfahren und Latentkälte-Speicher für ein KaltwassernetzInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Latentkälte-Speicherverfahren sowie einen Latentkälte-Speicher für Temperaturen zwischen 2 und 12 DEG C zur Einbindung in ein Kaltwassernetz. DOLLAR A Bei dem Verfahren wird Wasser als Transportmedium jeweils zur Kälteabgabe (Laden) und zur Kälteaufnahme (Entladen) an einem Speichermedium vorbei geführt, das vom Transportmedium durch eine Trennwand getrennt ist. Als Speichermedium wird ein n-Tetradecan oder ein n-Pentadecan technischer Güte eingesetzt. DOLLAR A Der Einsatz dieser Speichermaterialien zur Latentkälte-Speicherung in Kaltwassernetzen hat den Vorteil geringer Betriebs- und Investitionskosten bei hoher Effizienz. Insbesondere lassen sich auch Wasser/LiBr-Absorptionskältemaschinen mit einem derartigen Latentkälte-Speicher betreiben.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Latentkälte-Speicherverfahren sowie einen Latentkälte-
Speicher für Temperaturen zwischen 2 und 12°C zur
Einbindung in ein Kaltwassernetz oder eine Kälteanlage,
die mit Wasser als Kältemittel arbeitet.
Die Bereitstellung von Kaltwasser im Bereich von
2-12°C ist insbesondere in der Klimatechnik zur Kühlung
einer Vielzahl von Objekten erforderlich. So wird
Kaltwasser mit einer Vorlauftemperatur von 6°C
beispielsweise zur Kühlung von Gebäuden eingesetzt. Ein
weiteres Anwendungsfeld liegt im Bereich der chemischen
Industrie und der Lebensmittelindustrie, in denen das
Kaltwasser zur Produkt- und Lagerkühlung erforderlich
ist.
Die Abkühlung des Wassers erfolgt bei diesen
Anwendungen in der Regel mit einer geeigneten Kälte
maschine. Durch den zusätzlichen Einsatz von Speicher
systemen können hierbei Energiekosten gesenkt werden,
da die Kälteerzeugung zu einem Teil in die Niedertarif
zeit der Stromversorgung verschoben werden kann. Der
Einsatz von Kälte-Speichersystemen ermöglicht weiterhin
die Sicherung einer Kälte-Notversorgung sowie die Ab
deckung von Spitzenkältelasten ohne eine entsprechende
Überdimensionierung der Kältemaschine.
Im vorliegenden Bereich der Latentkälte-
Speicherung für Kaltwassernetze oder Kaltwasser
kreisläufe werden bisher nur Kaltwasserspeicher
eingesetzt, die beispielsweise als sogenannte Schicht
speicher oder als reine Pufferspeicher arbeiten. Bei
diesen Speichern wird eine große abgekühlte Wassermenge
in einem entsprechend dimensionierten und zur Umgebung
hin isolierten Behältnis gelagert und bei Bedarf
abgerufen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Art von
Speicher ist jedoch das große Speichervolumen, das zur
Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Kaltwasser
erforderlich ist. Dieses große Speichervolumen bedingt
einerseits einen ausreichenden Platzbedarf und ist zum
anderen mit relativ hohen Kosten für die Bereitstellung
der erforderlichen Behälter verbunden.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche weitere
Verfahren zur Kältespeicherung bekannt, die jedoch
nicht für die Einbindung in ein Kaltwassernetz geeignet
sind.
So sind sogenannte Eisspeichersysteme bekannt, die
entweder mit direktem Kälteübergang auf das zu kühlende
Medium oder indirekt über ein zwischengeschaltetes
Transportmedium auf Basis einer Sole arbeiten. Diese
Eis- bzw. Solespeicher weisen eine hohe Speicherdichte
auf und lassen sich mit relativ geringen Investitions
kosten verwirklichen. Zum Laden der Systeme sind
allerdings je nach Ladezustand Temperaturen des zum
Laden eingesetzten Transportmediums von -5°C bis -10°C
erforderlich. Der Einsatz dieser Systeme in Kaltwasser
netzen, bei denen das Wasser selbst als Transportmedium
zum Laden und Beladen herangezogen werden soll, ist
daher nicht möglich. Andererseits verursacht ein
derartiges System bei indirekter Kühlung unter Einsatz
einer Sole unnötig hohe Kälteerzeugungskosten, da zur
Bereitstellung der tiefen Ladetemperaturen wesentlich
niedrigere Verdampfertemperaturen der eingesetzten
Kältemaschine benötigt werden, als dies für die
Bereitstellung von Kaltwasser im Bereich von 2-12°C
erforderlich wäre. Weiterhin verursachen die Bereit
stellung eines zusätzlichen Solekreislaufes zum Be- und
Entladen des Speichermediums sowie die größere
Auslegung der Kältemaschine zusätzliche Investitions
kosten.
Aufgrund des vermehrten Einsatzes von kombinierten
Kälte- und Wärmeversorgungskonzepten hat der Einsatz
von Absorptionskältemaschinen auf Wasser/LiBr-Basis in
Kaltwassernetzen deutlich zugenommen. Derartige
Absorptionskältemaschinen können aufgrund des Einsatzes
von Wasser als Kältemittel ebenfalls nicht mit Eis- und
Solespeichern angetrieben werden.
Ein weiteres Kältespeicherverfahren für den
Temperaturbereich von 2-12°C arbeitet auf der Basis von
Clathraten in Verbindung mit dem Kältemittel R11/R12.
Der hohe Zersetzungsdruck bei derartigen Clathrat
speichern bedingt jedoch aufwendige und damit teure
Druckbehälter. Neben den verwendeten FCKW's als
Kältemittel wurde diese Art Speicher bisher mit keinem
anderen Kältemittel eingesetzt.
Weiterhin sind Salzlösungen, wie beispielsweise
wäßrige Lösungen an Glaubersalz, LiBr oder LiCl, als
Kältespeichermedien bekannt. Glaubersalz und andere
Salze sind jedoch zu teuer, um in größerem Umfang als
Speichermaterial eingesetzt werden zu können. Weiterhin
weisen diese Materialien aufgrund ihrer Korrosivität
den Nachteil auf, daß bei ihrem Einsatz hochwertige
Werkstoffe verwendet werden müssen.
Ein weiteres, in vielen Temperaturbereichen sehr
verbreitetes Speichermaterial ist Paraffin. So ist
beispielsweise aus der DE 27 41 829 A1 ein Latentwärme
speicher mit einem aus Paraffin bestehenden Speicher
medium bekannt, bei dem die Paraffinteilchen von einem
Kunststoffilm ummantelt und in einem Behältnis einge
füllt sind, das von Wasser als Transportmedium für die
Wärme durchströmt wird. Bei diesem Verfahren der Wärme
speicherung werden technische Paraffine mit einem
Schmelzbereich zwischen 30 und 60°C eingesetzt, die mit
geringen Kosten hergestellt werden können.
Technischen Paraffinen wird allerdings in der
Fachwelt der Nachteil zugeschrieben, daß sie eine zu
geringe Schmelzenthalpie aufweisen, um in vernünftigem
Maße für die Kältespeicherung eingesetzt werden zu
können. Für die Speicherung von Kälte werden daher in
der Regel reine Paraffine verwendet, die jedoch
aufgrund ihres aufwendigen Herstellungsprozesses sehr
teuer sind.
Der Einsatz von Paraffinen zur Kältespeicherung in
einem Kaltwassernetz oder in einer Kälteanlage, die mit
Wasser als Kältemittel arbeitet, ist der Anmelderin
derzeit nicht bekannt. Dies liegt insbesondere daran,
daß die im Temperaturbereich von 2-12°C zur Verfügung
stehenden Paraffine einen sehr geringen Abstand ihrer
Schmelztemperatur vom Gefrierpunkt von Wasser haben.
Zum Beladen des Speichermediums ist jedoch eine
niedrigere Temperatur als die Schmelztemperatur des
Speichermediums erforderlich, so daß Wasser zum Laden
der entsprechenden Paraffine für den Fachmann nicht
geeignet erscheint.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Latentkälte-Speicherverfahren sowie einen
Latentkälte-Speicher bereitzustellen, die eine
Kältespeicherung zwischen 2 und 12°C mit geringen
Kosten und hoher Effizienz in einem Kaltwassernetz
ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll
weiterhin unter Verwendung bereits bestehender
Speicheranlagen ohne große Modifikationen eingesetzt
werden können.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem
Speicher gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des
Speichers sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Latentkälte-Speicher
verfahren wird als Speichermedium ein n-Tetradecan
(C14H30) oder ein n-Pentadecan (C15H32) technischer Güte
eingesetzt, das durch eine Trennwand von einem Volumen
für das Kälte-Transportmedium getrennt ist. Das
Transportmedium wird durch das Wasser des Kaltwasser
netzes bzw. der Kälteanlage gebildet und zur Kälte
abgabe (Laden des Speichermediums) bzw. zur Kälte
aufnahme (Entladen des Speichermediums) direkt an der
Trennwand zum Speichermedium vorbei geführt.
Bei einem Ladezyklus wird das Wasser vor dem
Durchgang durch den Speicher in einer Kälteanlage,
beispielsweise einer Absorptionskälteanlage, auf eine
Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Speicher
mediums abgekühlt. Das Speichermedium kühlt sich mit
diesem Wasser ab. Nach dem Ladevorgang kann erwärmtes
Wasser an dem nun abgekühlten Speichermedium vorbei
geführt werden, um dessen gespeicherte Kälte aufzu
nehmen bzw. Wärme an das kalte Speichermedium abzu
geben. Es versteht sich von selbst, daß die Trennwand
zwischen dem Speichermedium und dem Wasser aus einem
ausreichend wärmeleitfähigen Material bestehen sollte.
Der erfindungsgemäße Latentkälte-Speicher besteht
demgemäß aus einem oder mehreren Volumina für das
Speichermedium, die von einem Volumen für das Trans
portmedium durch eine Wand getrennt sind. Das Volumen
für das Transportmedium weist weiterhin einen Zu- und
einen Ablauf auf. Das Speichermedium besteht bei dem
erfindungsgemäßen Latentkälte-Speicher aus n-Tetradecan
oder n-Pentadecan technischer Güte.
In der vorliegenden Anmeldung ist hierbei unter
technischer Güte ein Reinheitsgrad der angegebenen
Paraffine von ≦ 98% zu verstehen. Vorzugsweise bewegt
sich der Reinheitsgrad des n-Tetradecans bzw. des n-
Pentadecans technischer Qualität zwischen 92 Gew.-% und
98 Gew.-%. Bei diesen technischen Paraffinen ist der
Unterkühlungseffekt aufgrund von Verunreinigungen
relativ gering sowie der sich ergebenden Schmelzbereich
relativ klein.
Es hat sich bei Messungen herausgestellt, daß das
eingesetzte n-Tetradecan technischer Güte im Gegensatz
zu den in der Fachliteratur anzutreffenden Werten eine
relativ hohe Schmelzenthalpie von 227 kJ/kg aufweist.
Mit diesem Speichermaterial läßt sich daher die Kälte
auf effiziente Weise speichern.
Aufgrund ihres unterschiedlichen Schmelzpunktes
bzw. Schmelzbereiches wird beim vorliegenden Verfahren
n-Tetradecan vorzugsweise für den Bereich zwischen 2
und 6°C und n-Pentadecan vorzugsweise für den
Temperaturbereich zwischen 8 und 12°C eingesetzt.
Das beim erfindungsgemäßen Verfahren und dem zuge
hörigen Speicher vorzugsweise eingesetzte n-Tetradecan
hat einen Schmelzpunkt von 4°C und einen Erstarrungs
punkt von 2,5-4°C. Kaltwassersätze bzw. Wasser-LiBr-
Absorptionskältemaschinen wurden bisher in der Regel
nur bis Kaltwassertemperaturen von 4°C betrieben. Bei
niedrigeren Temperaturen wurde die Gefahr des rohr
seitigen Einfrierens im Verdampfer gesehen.
Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens bzw. des vor
liegenden Kältespeichers haben jedoch herausgefunden,
daß, insbesondere bei Gewährleistung eines annähernd
konstanten Volumenstromes des Wassers durch die
Kältemaschine, auch Kaltwassertemperaturen von bis zu
1,5°C im Betrieb sichergestellt werden können, ohne ein
Einfrieren des Wassers herbeizuführen. Zusätzliche
Frostschutzmittel im Wasser sind hierbei nicht
erforderlich.
Der Einsatz von n-Tetradecan in Kaltwassernetzen ist
daher entgegen der bisher vertretenen Meinung ohne
Probleme möglich.
Aufgrund der Verwendung von n-Tetradecan bzw. n-
Pentadecan technischer Güte, die als Zwischenprodukt in
der chemischen Industrie anfallen und daher in großen
Mengen und zu günstigen Preisen erworben werden können,
ist die Bereitstellung und der Betrieb des erfindungs
gemäßen Speichers nur mit vergleichsweise geringen
Kosten verbunden.
Der vorgeschlagene Latentkälte-Speicher benötigt
deutlich kleinere Speichervolumina als die bisher auf
dem Gebiet der Kaltwassernetze eingesetzten Kaltwasser
speicher. Das Volumen beträgt nur etwa 1/3 bis 1/5 des
Volumens von Kaltwasserspeichern. Weiterhin ermöglicht
das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz von am Markt
verfügbaren Eisspeichersystemen, wie beispielsweise dem
Eiskugelsystem oder dem Eisbanksystem, die nachfolgend
näher erläutert werden, ohne größere Modifikationen.
N-Tetradecan technischer Qualität steht in ausreichen
den Mengen zur Verfügung und ist sehr kostengünstig
erhältlich. Das gleiche gilt für n-Pentadecan. Beide
Stoffe sind weder toxisch noch aggressiv und können in
Verbindung mit PP und HDPE bzw. Standardwerkstoffen
eingesetzt werden.
Für den Betrieb des erfindungsgemäßen Speichers
sind keine Solesysteme zum Be- und Entladen erforder
lich, welche zusätzlich vom Kaltwassernetz beispiels
weise über Plattenwärmeüberträger entkoppelt werden
müßten. Weiterhin fallen gegenüber diesen Systemen
geringere Betriebskosten und niedrigere Anlagekosten im
Bereich der Kältemaschine an.
Ein besonderer Vorteil des vorgestellten
Verfahrens sowie des vorgestellten Speichers besteht
darin, daß sie eine Latentkälte-Speicherung für
thermische Kälteprozesse, beispielsweise für Wasser-
LiBr-Absorptionskältemaschinen, ermöglichen. Gerade für
diesen Maschinentyp ist zur Gewährleistung besserer
Betriebsbedingungen der Einsatz von Kältespeichern von
großem Vorteil.
Der vorgeschlagene Latentkälte-Speicher kann mit
normalem Kaltwasser ohne Glykolzusätze beladen werden.
Die direkte Einbindung in ein Kaltwassernetz ist daher
ohne weitere Probleme oder Maßnahmen in vorteilhafter
Weise möglich.
Gegebenenfalls können zur Erhöhung der Sicherheit
hinsichtlich des Einfrierens geringe Mengen an handels
üblichen Korrosionsschutzmitteln beigegeben werden.
Auch durch regelungstechnische Maßnahmen, wie
beispielsweise der Aufrechterhaltung eines konstanten
Volumenstromes durch die Kälteanlage, kann die Sicher
heit zusätzlich erhöht werden.
Vorzugsweise werden für die Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen
Speichers die bereits bekannten Eisspeichersysteme, das
Eiskugelsystem und das Eisbanksystem, eingesetzt. Beim
Eiskugelsystem wird das Speichermaterial in Kugeln mit
bis zu 10 cm Durchmesser abgefüllt. Diese Kugeln
besitzen ein geringes Puffervolumen zum Ausgleich von
thermischen Volumenänderungen. Die für Eis- und Sole
systeme bekannten Füllkörper können hier ohne Probleme
eingesetzt werden, da bei Eis/Wassersystemen die
Volumenänderung am Erstarrungspunkt wesentlich größer
ist als im vorliegenden Fall. Die gefüllten Kugeln
werden als Kugelschüttung in einen Behälter verfüllt.
Die Kugelschüttung wird vom Kaltwasser als Transport
medium durchströmt, wobei das Kaltwasser je nach
Ladezustand des Speichermediums abgekühlt oder erwärmt
wird. Selbstverständlich können die Füllkörper hierbei
auch eine von der Kugelform abweichende Form aufweisen.
Beim Eisbanksystem wird das Kaltwasser durch Rohre
gepumpt, die in einem größeren Volumen bzw. Behälter
verlaufen, der mit dem Speichermedium gefüllt ist. Beim
Beladen des Speichers mit Kaltwasser erstarrt das
Speichermedium an der Rohraußenseite. Das erstarrte
Speichermedium wächst beim Beladungsvorgang immer
weiter in den Behälter. Beim Entladen wird umgekehrt
von der Rohraußenwand ausgehend das Speichermedium
wieder aufgeschmolzen.
Beide Systeme werden kommerziell als Kälte
speichersysteme angeboten, so daß beim Einsatz der vor
liegenden Erfindung auf die bestehenden Konstruktionen
zurückgegriffen werden kann.
Aufgrund der bei n-Tetradecan bzw. n-Pentadecan
geringeren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Wasser/
Eis muß beim Einsatz von herkömmlichen Eisspeichern der
Kaltwasser-Volumenstrom entsprechend der von Eis
speichern abweichenden Lade- und Entladeleistung
angepaßt werden. Dies bedeutet eine geringere Lade- und
Entladegeschwindigkeit. Die Leitfähigkeit von n-
Tetradecan beträgt 0,13 bzw. 0,3 W/m/K im flüssigen
bzw. im festen Zustand und ist somit um den Faktor 3,33
bzw. 4,5 kleiner als beim Speichermedium herkömmlicher
Eisspeicher. In gleicher Weise sind auch die Lade- und
die Entladeleistung in erster Näherung um den gleichen
Faktor kleiner als bei herkömmlichen Eisspeichern.
Zur Kompensation dieser Unterschiede können bei
Einsatz der Technik des Eiskugelsystems die Kugel
durchmesser kleiner gewählt werden, beispielsweise
Durchmesser von 5 cm statt 10 cm, oder bei Einsatz der
Technik des Eisbanksystems Rohre mit um den Faktor 4,5
verringertem Rohrdurchmesser eingesetzt werden.
Gleichzeitig muß die beim Eisbanksystem die Anzahl der
Rohre um den Faktor 12 erhöht werden, um den Unter
schied zu kompensieren. Dies gilt allerdings nur für
den Fall, daß die gleiche Lade- und Entladeleistung
gewünscht ist, wie sie herkömmliche Eisspeicher bieten.
Die Einbindung des erfindungsgemäßen Latentkälte-
Speichers in ein Kaltwassernetz wird anhand der
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei wird
vorzugsweise durch Einsatz einer Lade- bzw. Entlade
pumpe in Verbindung mit geeigneten Armaturen eine
ausreichende Regelgüte für die Kaltwasservorlauf
temperatur bzw. die Kaltwasserrücklauftemperatur
entsprechend der örtlichen Rahmenbedingungen sicher
gestellt. Vorzugsweise sind am Zu- bzw. Ablauf des
Kaltwassers vom Kältespeicher Temperatursensoren
vorgesehen, die einer Steuereinrichtung die jeweiligen
Temperaturen übermitteln. Die Steuereinrichtung steuert
die Lade- bzw. Entladepumpe in Abhängigkeit von dieser
übermittelten Temperatur, um eine konstante Vor- bzw.
Rücklauftemperatur gewährleisten zu können.
Das erfindungsgemäße Latentkälte-Speicher
verfahren, der erfindungsgemäße Latentkälte-Speicher
sowie deren Einbindung in ein Kaltwassernetz werden
nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Beispiel für die Einbindung einer
Ausführungsform des Latentkälte-Speichers in
ein Kaltwassernetz;
Fig. 2 ein weiteres Beispiel für die Einbindung
einer Ausführungsform des Latentkälte-
Speichers in ein Kaltwassernetz; und
Fig. 3 ein drittes Beispiel für die Einbindung einer
Ausführungsform des Latentkälte-Speichers in
ein Kaltwassernetz.
Bei den nachfolgend dargestellten Ausführungs
beispielen wird das erfindungsgemäße Speicherverfahren
anhand einer Ausführungsform auf Basis des Eiskugel
systems erläutert. Es versteht sich von selbst, daß
alle nachfolgend gezeigten Beispiele analog auf das
Eisbanksystem anwendbar sind. Die Anbindung an das
Kaltwassernetz erfolgt analog zu herkömmlichen Eis
speichertechniken. Bei den dargestellten Beispielen
werden zusätzlich eine Ladepumpe, ein Stellventil und
ein Regelventil eingesetzt.
Die in den drei Figuren dargestellte Ausführungs
form des Latentkälte-Speichers 1 besteht aus einem
Behältnis 2, in dem mit dem Speichermaterial gefüllte
Kugeln 3 eingefüllt sind. Das Behältnis weist einen Zu-
und einen Ablauf 4, 5 auf, über die das Kaltwasser in
das Behältnis 2 einströmen bzw. aus diesem Ausströmen
kann.
Fig. 1 zeigt hierbei eine hydraulische Verschal
tung mit dem Kaltwassernetz, bei der der Speicher 1
dezentral im Kaltwassernetz vorgesehen werden kann.
Eine derartige Verschaltung bietet sich insbesondere
bei größeren Kaltwassernetzen oder bei einem Kältenetz
an, bei dem zwischen Kälteverteiler und Kälteerzeuger
kreis nicht unterschieden wird.
Im vorliegenden Beispiel ist der Kaltwasserrück
lauf 6, der Wasser mit einer Temperatur von 8-12°C
aufweist, über eine Entladepumpe P1 mit dem Zu- bzw.
Ablauf 5 des Speichers 1 verbunden. Beim Entladeprozeß
des Speichers, d. h. bei einer Temperatur des Speicher
mediums unterhalb von 8°C, wird das rücklaufende Kalt
wasser über die Entladepumpe P1 in den Speicherbehälter
2 gepumpt, kühlt sich an den Kugeln 3 mit dem Speicher
medium ab, und verläßt das Behältnis 2 über den Zu-
bzw. Ablauf 4, um von dort dem Kaltwasservorlauf 7 bei
einer Temperatur zwischen 2 und 6°C zugeführt zu
werden.
Nach einer Erwärmung des Speichermediums muß
dieses mit kälterem Wasser wieder geladen werden. Beim
Ladevorgang wird die Beladungsarmatur 8 geöffnet, die
den Kaltwasservorlauf 7 mit dem Zu- bzw. Ablauf 4 des
Behältnisses 2 verbindet. Die Armatur 8 kann hierbei in
Abhängigkeit von der Temperatur T2 geregelt werden, die
am Zu- bzw. Ablauf 5 vorliegt. Die Messung der Tempera
tur erfolgt hierbei mit einem Temperatursensor 9, der
schematisch in der Zeichnung angedeutet ist. Die
Beladungsarmatur 8 kann geschlossen werden, wenn die
Temperatur des aus dem Speicher 1 austretenden Kalt
wassers zum Laden unterhalb einer Temperatur von 4-6°C
liegt. Mit Hilfe des Bypaßöffnungsventiles 10 wird die
Pumpe P1 beim Ladevorgang umgangen. Hierzu ist weiter
hin eine Rückschlagarmatur 11 vor der Entladepumpe P1
vorgesehen. Das Kaltwasser zum Laden des Speichers wird
dann in den Kaltwasserrücklauf 6 geleitet, wie dies aus
Fig. 1 ersichtlich ist. Eine Ladepumpe P2, die in der
Figur nur angedeutet ist, wird nur bei größeren Druck
verlusten im Speicher benötigt. Dies kann bei zu
geringen Druckdifferenzen zwischen Kaltwasservorlauf 7
und Kaltwasserrücklauf 6 insbesondere beim Eisbank
system der Fall sein. Für das hier dargestellte Eis
kugelsystem wird keine Ladepumpe benötigt.
Beim Entladevorgang wird die Entladepumpe P1, die
Wasser aus dem Rücklauf 6 in dem Vorlauf 7 fördert, in
Betrieb gesetzt. Die Beladearmatur 8 wird geöffnet. Mit
ihr kann auch die Entladeleistung entsprechend dem
Bedarf im Rahmen der Betriebsgrenzen der Entladepumpe
eingeregelt werden. Wird beim Entladen eine bestimmte
Solltemperatur T1 des Wassers gewünscht, so kann
zusätzlich die Bypaßleitung 12 mit der Bypaßarmatur 13
vorgesehen werden, mit der dem Wasservorlauf 7
definierte Mengen an Kaltwasser mit der Rücklauf
temperatur unter Umgehung des Speichers 1 beigemischt
werden kann. Die Bypaßarmatur 13 wird hierbei über die
Temperatur am Zu- bzw. Ablauf 4 (Temperatursensor 14)
gesteuert.
Die in diesem Beispiel dargestellte Gestaltung der
Einbindung des Latentkälte-Speichers in ein Kaltwasser
netz läßt sich an jeder Stelle des Netzes vornehmen.
Im Gegensatz dazu ist in Fig. 2 die Einbindung
eines Latentkälte-Speichers in ein Kaltwassernetz
gezeigt, bei der der Kältespeicher anstelle einer
hydraulischen Weiche oder eines Pufferbehälters in der
Kältezentrale installiert ist. Hierbei befindet sich
auf der linken Seite der Figur die Kälteanlage (nicht
dargestellt), auf der rechten Seite das Kaltwassernetz
des Verbrauchers. Der Speicher 1 besteht wiederum aus
den gleichen Komponenten wie bei Fig. 1, wobei für die
gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden. Bei dieser Schaltung ist eine Lade- und
Entladepumpe P1 zur Überwindung der Druckverluste im
Speicher vorgesehen. Beim Ladevorgang sind die Pumpen
P1 und P3 in Betrieb und die Armaturen 16 und 17
geöffnet. Die Armaturen 15 und 18 sind geschlossen.
Hierbei wird Kaltwasser aus dem Netzvorlauf, das mit
der Kaltwasserpumpe P3 aus dem Verdampferkreis der
Kältemaschine gepumpt wird, mittels der Entladepumpe P1
durch den Speicher 1 gepumpt, erwärmt sich hierbei und
wird dem Netzrücklauf 6 beigemischt.
Beim Entladevorgang ist die Pumpe P1 in Betrieb,
die Pumpe P3 kann, muß jedoch nicht in Betrieb sein.
Die Armaturen 16 und 17 sind geschlossen, die Armaturen
15 und 18 geöffnet. Das wärmere Wasser aus dem Netz
rücklauf wird somit über die Armatur 15 und die Pumpe
P1 in den Speicher 1 geleitet, und verläßt diesen mit
geringerer Temperatur über die Armatur 18 in den
Netzvorlauf 7.
Über die Bypaß-Regelarmatur 19 kann sowohl während
des Ladens wie auch während des Entladens durch Bei
mischung eine bestimmte Vorlauftemperatur eingehalten
werden. So kann dem aus der Kältemaschine kommendem
Wasser mit einer Temperatur von 1-4°C soviel Rücklauf
wasser beigemischt werden, daß eine gewünschte Netz
vorlauftemperatur von beispielsweise 6°C gewährleistet
wird. Die Bypaß-Regelarmatur 19 wird hierbei vorzugs
weise in Abhängigkeit einer von einem Temperatursensor
20 im Netzvorlauf 7 erfaßten Temperatur geregelt.
Fig. 2 zeigt weiterhin die Netzpumpe P4 zur
Gewährleistung des Netzkreislaufes. Die Bypaß-
Regelarmatur 19 führt insbesondere zu einer Entkopplung
des Kältemaschinenkreislaufs vom Verbraucherkreislauf.
Die Kältemaschine kann durch geeignete Regelung der
Bypaß-Regelarmatur 19 unabhängig vom schwankenden
Verbrauch des Kunden immer mit gleicher Leistung bzw.
gleichem Volumenstrom betrieben werden.
Fig. 3 zeigt schließlich ein Realisierungs
beispiel, bei dem aufgrund der geringen Druckverluste
innerhalb des Speichers 1 auf Lade- bzw. Entladepumpe
verzichtet werden kann. Der Anwendungsbereich betrifft
wiederum den Einsatz in einer Kältezentrale. Auf eine
genaue Einstellung der Kaltwasservorlauftemperatur wird
bei dieser Anordnung verzichtet. Das Speichersystem
selbst besteht wiederum aus den gleichen Komponenten
mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorange
gangenen Figuren. In diesem Falle wird der Speicher 1
ohne zusätzliche Armaturen direkt zwischen Netzvorlauf
7 und Netzrücklauf 6 geschaltet. Der Lade- und Entlade
vorgang kann durch geeignete Steuerung der Leistung der
Kaltwasserpumpe P3 des Verdampferkreises sowie der
Netzpumpe P4 geregelt werden.
Selbstverständlich kann auch in diesem Fall durch
Vorsehen eines Bypaßes mit einem Bypaßregelventil wie
bei Fig. 2 die Kaltwasservorlauftemperatur konstant
gehalten werden.
Claims (6)
1. Latentkälte-Speicherverfahren für Temperaturen
zwischen 2 und 12°C für ein Kaltwassernetz oder eine
Kälteanlage mit Wasser als Kältemittel, bei dem Wasser
als Transportmedium jeweils zur Kälteabgabe (Laden) und
zur Kälteaufnahme (Entladen) an einem Speichermedium
vorbei geführt wird, das vom Transportmedium durch eine
Trennwand getrennt ist,
wobei als Speichermedium ein n-Tetradecan oder ein n-
Pentadecan technischer Güte eingesetzt wird.
2. Latentkälte-Speicher zur Einbindung in ein
Kaltwassernetz oder eine Kälteanlage mit Wasser als
Kältemittel, mit einem oder mehreren Volumina für ein
Speichermedium, die von einem Volumen für ein
Transportmedium durch eine Wand getrennt sind, sowie
einem Zulauf und einem Ablauf für das Transportmedium,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermedium ein n-Tetradecan oder ein n-
Pentadecan technischer Güte ist.
3. Latentkälte-Speicher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermedium von kugelförmigen Umhüllungen
umschlossen wird, die in einen Behälter eingefüllt
sind, der den Zulauf und den Ablauf für das Transport
medium aufweist.
4. Latentkälte-Speicher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Speichermedium in ein Behältnis eingefüllt ist,
in dem ein oder mehrere Rohre verlaufen, die das
Volumen für das Transportmedium bilden.
5. Latentkälte-Speicher nach einem der Ansprüche 2
bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Zulaufes oder des Ablaufes eine
Lade- bzw. Entladepumpe vorgesehen ist.
6. Latentkälte-Speicher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Temperatursensor im Bereich des Zulaufes oder
des Ablaufes sowie eine Steuerung vorgesehen sind, die
die Leistung der Lade- bzw. Entladepumpe in Abhängig
keit von der durch den Temperatursensor erfaßten
Temperatur des Transportmediums steuert.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19938725A DE19938725C1 (de) | 1999-08-16 | 1999-08-16 | Latentkälte-Speicherverfahren und Latentkälte-Speicher für ein Kaltwassernetz |
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