DE19959738A1 - Cooling water preparation using phase transition reservoir has heat transferred to environment during night and early morning hours via naturally ventilated closed cooling tower - Google Patents

Cooling water preparation using phase transition reservoir has heat transferred to environment during night and early morning hours via naturally ventilated closed cooling tower

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Abstract

The cooling water preparation, as in P19903743.4, has the water passed through a phase transition reservoir (1), using liquid paraffin as the phase transition medium, which is coupled to a naturally ventilated closed cooling tower (2), for transferring heat to the environment during the night and the early morning hours and to a heat exchanger (3) for removing heat from a cooled room (4).

Description

Der Einsatz von Phasenwechselspeichern wie z. B. Eisspeichern oder Paraffinspeichern zur Kühlwasserbereitstellung erfolgt üblicherweise in Verbindung mit Kältemaschinen, die auf dem Kompressions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren beruhen. Ein Kältemittel­ kreislauf, der durch Zufuhr von mechanischer Energie beim Kompressionsverfahren und von thermischer Energie beim Absorptions- und Adsorptionsverfahren aufrechterhalten wird, sorgt dabei für die Erzeugung der zu speichernden Kälte, wobei meist ein Kühlturm der Verbesserung der Leistungszahl bzw. des Wärmeverhältnisses der Kälteerzeugung dient. Dies bedeutet einen hohen energetischen und apparativen Aufwand auch für Anwen­ dungsfälle, bei denen das Temperaturniveau der bereitzustellenden Kälte deutlich höher liegen kann als das mit dem Kompressions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren erreichbare Niveau.The use of phase change memories such. B. ice stores or paraffin stores Cooling water is usually provided in conjunction with chillers that operate on the compression, absorption or adsorption process are based. A refrigerant circuit which is generated by the supply of mechanical energy in the compression process and thermal energy is maintained in the absorption and adsorption process, ensures the generation of the cold to be stored, usually a cooling tower Improvement of the coefficient of performance or the heat ratio of the refrigeration serves. This means a high level of energy and equipment expenditure also for users cases where the temperature level of the cold to be provided is significantly higher can lie as that with the compression, absorption or adsorption process achievable level.

Der im Schutzanspruch angegeben Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kühlwasser­ bereitstellung mittels Phasenwechselspeicher 1 zu schaffen, die ohne auf dem Kompres­ sions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren beruhende Kälteerzeugung auskommt.The specified in claim protecting invention is the problem of providing a cooling water by means of phase change memory 1 to create the sions- without on the Kompres, manages absorption or adsorption based refrigeration.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Kühlwasserbereitstellung erfolgt lediglich mit Hilfe eines Phasenwechselspeichers 1, der in den kühlen Nacht- und Morgenstunden durch einen Wasserkreislauf mit entweder
This problem is solved with the features listed in the protection claim. The cooling water is provided only with the help of a phase change memory 1 , which either in the cool night and morning hours by a water cycle

  • - einem offenen Kühlturm 2 bei Nutzung des Verdunstungseffektes oder- An open cooling tower 2 when using the evaporation effect or
  • - einem geschlossenen Rückkühlwerk 2 bei Nutzung des Verdunstungseffektes durch in einem eigenen Kreislauf zirkulierendes Sprühwasser oder- A closed recooling unit 2 when using the evaporation effect by spray water circulating in its own circuit or
  • - einem geschlossenen Rückkühlwerk 2 ohne Nutzung des Verdunstungseffektes- A closed recooling unit 2 without using the evaporation effect

ausgekühlt wird und der tagsüber durch einen zweiten Wasserkreislauf Wärme über Wärmetauscher is cooled and the heat is transferred during the day through a second water circuit Heat exchanger

33rd

vom zu kühlenden Objekt aufnehmen kann.from the object to be cooled.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß für viele Anwendungsfälle eine umweltschonende Kühlwasserbereitstellung mit minimalem energetischen und apparativen Aufwand erfolgt. With the invention it is achieved that for many applications an environmentally friendly Cooling water is provided with minimal energy and equipment.  

Ein solches System zeichnet sich aufgrund der Einfachheit und nur weniger bewegter Teile auch durch eine hohe Lebensdauer aus. Der offene Kühlturm oder das Rückkühlwerk 2 kann tagsüber für andere Kühlzwecke genutzt werden.Such a system is characterized by its simplicity and only few moving parts and also by a long service life. The open cooling tower or recooling unit 2 can be used for other cooling purposes during the day.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 erläutert. Die vorliegende Erfindung bezieht sich hier auf ein System zur Kühlung eines Raumes unter Nutzung der niedrigeren Außenluftenthalpie nachts und in den frühen Morgenstunden gegenüber dem Tag. Es ist besonders geeignet für Gegenden mit großen Außenluftenthalpiedifferenzen zwischen Tag und Nacht. Das Kühlsystem wird hier von den Hauptbestandteilen offener Kühlturm 2, Phasenwechselspeicher 1 und Wärmetauscher 3 zur Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Raum 4 gebildet. Offener Kühlturm 2, Phasenwechselspeicher 1 und Wärme­ tauscher 3 sind durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen zur Führung von Wasser verbunden.An embodiment of the invention is explained with reference to FIG. 1. The present invention relates here to a system for cooling a room using the lower outside air enthalpy at night and in the early morning hours compared to the day. It is particularly suitable for areas with large outside air enthalpy differences between day and night. The cooling system is formed here by the main components of the open cooling tower 2 , phase change memory 1 and heat exchanger 3 for dissipating heat from the space 4 to be cooled. Open cooling tower 2 , phase change memory 1 and heat exchanger 3 are connected by pipes or hoses to carry water.

Mit dem offenen Kühlturm 2 wird Wasser nahezu auf Kühlgrenztemperatur abgekühlt. Die Kühlgrenztemperatur ist die niedrigste Temperatur, auf die man Wasser mit Luft vorgegebenen Zustandes durch Ausnutzung des Verdunstungseffektes abkühlen kann. Sie liegt, abhängig von der Luftfeuchte, unterhalb der Außenlufttemperatur. Für eine Außen­ lufttemperatur von 16°C beträgt sie 15°C bei einer relativen Feuchte von 90% und 14°C bei 80%. Aus den Tagesgängen der Außenlufttemperatur im Hauptauslegungsmonat für die Kühllastberechnung Juli (Quelle: VDI-Richtlinien, VDI 2078, Berechnung der Kühllast klimatisierter Räume, 1994) geht hervor, daß zwischen 200 Uhr und 500 Uhr für weite Gebiete Deutschlands die Werte zwischen 15°C und 17°C liegen. Die relative Feuchte beträgt dabei etwas weniger als 90%. In allen anderen Monaten liegen die entsprechenden Außen­ lufttemperaturen niedriger. Im zweiten Hauptauslegungsmonat, dem September, haben sie zwischen 200 Uhr und 600 Uhr Werte von 9,5°C bis 13°C.With the open cooling tower 2 , water is cooled almost to the cooling limit temperature. The cooling limit temperature is the lowest temperature to which water with air of a given state can be cooled by utilizing the evaporation effect. Depending on the air humidity, it is below the outside air temperature. For an outside air temperature of 16 ° C it is 15 ° C with a relative humidity of 90% and 14 ° C at 80%. From the diurnal changes of the outside air temperature in the main interpretation month for the cooling load calculation in July (Source: VDI guidelines VDI 2078 Cooling load calculation of air-conditioned rooms, 1994) show that between 2 0:00 and 5 00 h for large areas of Germany, the values between 15 ° C and 17 ° C. The relative humidity is a little less than 90%. The corresponding outside air temperatures are lower in all other months. The second main design month, September, they have between 2 and 6 12:00 12:00 values of 9.5 ° C to 13 ° C.

Der offene Kühlturm 2, der nur in den Nacht- und frühen Morgenstunden in Betrieb ist, kühlt den Phasenwechselspeicher 1 durch Zufuhr von Wasser mit Temperaturen von unter ca. 16°C. Nur an sehr wenigen Sommertagen wird diese Temperatur überschritten.The open cooling tower 2 , which is only in operation at night and early in the morning, cools the phase change memory 1 by supplying water with temperatures of below approximately 16 ° C. This temperature is only exceeded on very few summer days.

Der Phasenwechselspeicher 1 enthält für das hier beschriebene Beispiel als Phasen­ wechselstoff Paraffin mit einer Schmelztemperatur von ca. 16°C und einer spezifischen Schmelzenthalpie von etwa 190 kJ/kg. Der Speicher 1 ist so gestaltet, daß Raum zum Durchströmen mit Wasser bei möglichst großer Wärmeübertragungsfläche vorhanden ist. Beim Durchströmen mit Wasser aus dem offenen Kühlturm 2 wird das Paraffin gekühlt und erstarrt unter Abgabe der Schmelzenthalpie. In einem Speicher mit einem Volumen von 1 m3 mit 700 kg Paraffin kann somit Kühlenergie von ca. 37 kWh bei einem Temperaturniveau von ca. 16°C gespeichert werden.For the example described here, the phase change memory 1 contains paraffin as a phase change with a melting temperature of approximately 16 ° C. and a specific melting enthalpy of approximately 190 kJ / kg. The memory 1 is designed so that there is space for water to flow through with the largest possible heat transfer area. When water flows through from the open cooling tower 2 , the paraffin is cooled and solidifies, releasing the melting enthalpy. In a storage with a volume of 1 m 3 with 700 kg paraffin, cooling energy of approx. 37 kWh can be stored at a temperature level of approx. 16 ° C.

Bei einem nur mit Wasser gefüllten Speicherbehälter gleichen Volumens ergäbe sich für den hier beschriebenen Sachverhalt ein deutlich geringeres Speichervermögen. Zum Zwecke der Raumkühlung ist eine Zufuhr von Wasser zum Wärmetauscher 3 des Raumes 4 mit Tempe­ raturen von maximal ca. 23°C sinnvoll. Bei der Erwärmung von 1000 kg Wasser eines Speichers von 16°C auf 23°C könnte eine Wärme von nur ca. 8,1 kWh aus einem zu kühlenden Raum aufgenommen werden.If the storage tank had the same volume and was only filled with water, this would result in a significantly lower storage capacity for the situation described here. For the purpose of room cooling, a supply of water to the heat exchanger 3 of the room 4 with temperatures of a maximum of approximately 23 ° C. is sensible. If 1000 kg of water in a storage tank were heated from 16 ° C to 23 ° C, a heat of only approx. 8.1 kWh could be absorbed from a room to be cooled.

Nach der Wärmeabfuhr aus dem Phasenwechselspeicher 1 werden der offene Kühlturm 2 und der Wasserkreislauf zwischen dem Phasenwechselspeicher 1 und dem offenen Kühlturm 2 außer Betrieb gesetzt. Bei Bedarf wird danach der Wasserkreislauf in Betrieb genommen, der den Phasenwechselspeicher 1 mit dem Wärmetauscher 3 zur Wärmeaufnahme aus dem zu kühlenden Raum 4 verbindet. Nach Durchströmung des Phasenwechselspeichers 1 tritt Wasser mit einer Temperatur von ca. 18°C in den Wärmetauscher 3. Diese Temperatur reicht aus, um mit Wärmetauschern in Form von Kühldecken Wärme durch freie Konvektion und Strahlung aus Räumen abzuführen. Eine intensivere Wärmeabfuhr ist durch zwangs­ belüftete Rippenrohrwärmetauscher möglich. Die vom Wärmetauscher 3 aufgenommene Wärme führt zum Erwärmen und Schmelzen des Paraffins im Phasenwechselspeicher 1.After the heat has been removed from the phase change store 1 , the open cooling tower 2 and the water circuit between the phase change store 1 and the open cooling tower 2 are put out of operation. If necessary, the water circuit is then put into operation, which connects the phase change memory 1 to the heat exchanger 3 for absorbing heat from the space 4 to be cooled. After flowing through the phase change memory 1 , water with a temperature of approximately 18 ° C. enters the heat exchanger 3 . This temperature is sufficient to remove heat from rooms by means of free convection and radiation using heat exchangers in the form of chilled ceilings. A more intensive heat dissipation is possible through forced-vented finned tube heat exchangers. The heat absorbed by the heat exchanger 3 leads to the heating and melting of the paraffin in the phase change memory 1 .

Wird anstelle des offenen Kühlturms 2 ein geschlossenes Rückkühlwerk eingesetzt, so muß die Phasenwechseltemperatur im Speicher so liegen, daß auch hier im wärmsten Monat in den kühlen Nacht- und Morgenstunden Erstarrungswärme aus dem Phasenwechselstoff abgeführt wird.If a closed recooling unit is used instead of the open cooling tower 2 , the phase change temperature in the storage unit must be such that solidification heat is removed from the phase change in the warmest month in the cool night and morning hours.

Claims (1)

Bereitstellung von Kühlwasser mittels Phasenwechselspeicher (1) nach Patentanmeldung 199 03 743.4, wobei
  • - anstelle des offenen Kühlturmes (2) ein zwangsweise oder natürlich belüftetes geschlosssenes Rückkühlwerk eingesetzt wird, in welchem nachts und in den frühen Morgenstunden die Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgt,
  • - das den Phasenwechselspeicher (1) kühlende Wasser im geschlosssenen Rückkühlwerk durch Rohre strömt, die entweder zur Nutzung des Verdunstungseffektes mit Sprüh­ wasser berieselt werden oder ohne Berieselung verwendet werden,
  • - bei Einsatz geschlossener Rückkühlwerke das Wasser im System korrosions- und gefrierhemmende Zusätze enthält.
  • -  - Anstelle des offenen Kühlturmes (2) kann auch ein geschlossenes Rückkühlwerk treten, in welchem das zu kühlende Wasser durch berippte oder unberippte Rohre oder Rekuperatoren anderer Bauform fließt. Diese Rohre oder Rekuperatoren können entweder zur Nutzung des Verdunstungseffektes mit Sprühwasser berieselt werden oder ohne Berieselung verwendet werden.
    Das geschlossene Rückkühlwerk arbeitet zwangsbelüftet oder mit Naturzug.
  • - Bei Verwendung geschlossener Rückkühlwerke kann das Wasser im System aus Gefrierschutz- oder Korrosionsschutzgründen Zusätze enthalten.
Provision of cooling water by means of phase change memory ( 1 ) according to patent application 199 03 743.4, whereby
  • - Instead of the open cooling tower ( 2 ), a forced or naturally ventilated closed recooling plant is used, in which the heat is released to the surroundings at night and in the early morning hours,
  • - The water that cools the phase change memory ( 1 ) flows through pipes in the closed recooling system, which are either sprinkled with spray water to use the evaporation effect or used without sprinkling,
  • - When using closed cooling systems, the water in the system contains corrosion and freeze-inhibiting additives.
  • - - Instead of the open cooling tower ( 2 ), a closed recooling system can also occur, in which the water to be cooled flows through finned or non-finned pipes or recuperators of another design. These pipes or recuperators can either be sprinkled with spray water to use the evaporation effect or used without sprinkling.
    The closed recooling works with forced ventilation or with natural draft.
  • - When using closed cooling systems, the water in the system can contain additives for anti-freeze or anti-corrosion reasons.
DE19959738A 1999-01-30 1999-12-10 Cooling water preparation using phase transition reservoir has heat transferred to environment during night and early morning hours via naturally ventilated closed cooling tower Ceased DE19959738A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003025468A1 (en) 2001-09-14 2003-03-27 Volker Fischer Method and device for evaporation cooling of a fluid flow

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