DE202007012724U1

DE202007012724U1 - Klimatisierter Container

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Publication number: DE202007012724U1
Application number: DE202007012724U
Authority: DE
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2017-09-12

Abstract

Klimatisierter Container für den Aufenthalt von Personen mit wärmeisolierten Wänden, mindestens einem Fenster (1) und mindestens einer außenliegenden Tür (2), aufgeteilt in mindestens einen Aufenthaltsraum (12) und einen davon abgetrennten Technikraum (5), dadurch gekennzeichnet, dass er über eine autarke, mit regenerativen Energien betriebene Energieversorgungseinheit (3) vertilgt, die aus einem Photovoltaikgenerator (4), mindestens einem mit regenerativen Energien betriebenen Backup-Generator und einer Vorrichtung zur Speicherung der elektrischen Energie (10) besteht, und der Container mit einem Latentspeichersystem (13) und einer Belüftungseinrichtung mit Wärmerückgewinnung ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen klimatisierten Container für den Aufenthalt von Personen, der ohne Stromnetzanschluss an beliebigen Aufstellungsorten eingesetzt werden kann. Der Container ist für eine gewerbliche Nutzung, z. B. als Büro- oder Verkaufsraum, vorgesehen.
Kühlcontainer zur Lagerung von Waren mit elektrischer bzw. dieselelektrischer Versorgung werden seit langem kommerziell eingesetzt. Des Weiteren ist die Verwendung von Klimageräten in Wohn- und Bürocontainern bekannt.
Derartige Systeme sind jedoch auf einen Stromnetzanschluss oder zumindest auf eine Brennstoffversorgung angewiesen. Nachteilig sind außerdem die durch die Kühlung/Klimatisierung der Container verursachten hohen Strom- bzw. Brennstoffkosten.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Lagerräume mit Hilfe von energetisch autark arbeitenden, nämlich photovoltaisch versorgten, Systemen zu kühlen.
So wird in DE 100 11 540 A1 ein Solar-Kühlcontainer zur Kühlung von Lebensmitteln, Medikamenten oder technischen Geräten, eingesetzt in sonnenreichen, warmen Regionen, vorgestellt, der mindestens eine Kompressionskälteanlage zur Kälteversorgung eines dynamisch belüfteten Kälteenergie-Speichersystems, vorzugsweise in Form von Latentspeicherrohren, nutzt. Der Container ist mit Photovoltaik-Generatoren ausgerüstet, die alleine in der Lage sind, die zur Kühlung benötigte Energie zu erzeugen.
In DE 103 01 878 B4 wird eine solare Kompakt-Eiserzeugungseinheit, bestehend aus einer transportablen Gehäusestruktur, in der sich zumindest eine leistungsregelbare Kompressionskältemaschine befindet, offenbart. Der Photovoltaik-Generator soll auch hier die zur Kühlung benötigte Energie vollständig aufbringen.
Des weiteren wird in DE 103 16 165 A1 eine transportable Kompaktanlage zur Kühlung von Milch beschrieben, die durch einen Photovoltaik-Generator mit Elektroener gie versorgt wird, mit der Milch auch bei hohen Umgebungstemperaturen gekühlt gelagert werden kann.
Alle vorgenannten Erfindungen nutzen eine in DE 101 43 308 A1 beschriebene Halterung für Solarfelder, die an Hüllenkonstruktionen, wie z. B. Containern, schwenkbar befestigt ist. Mit Hilfe von Scharnierbaugruppen werden alle Solarfelder derart miteinander verbunden, dass sie sich in einer Ebene befinden. Der Verbund kann auf einfache Weise, z. B. durch lineare Stellmotoren, entsprechend dem Stand der Sonne ausgerichtet werden.
Die vorgenannten Anlagen sind jedoch nicht für den längerfristigen Aufenthalt von Personen geeignet. Zudem sind die Erfindungen nicht ohne weiteres auf klimatisierte Aufenthaltsräume übertragbar, da neben der Kühlung die Probleme der Klimatisierung unter den Aspekten, dass die Aufenthaltsräume u. a. über mindestens ein Fenster verfügen, ausreichend mit Frischluft versorgt werden müssen und sich in ihnen längerfristig Personen befinden, gelöst werden müssen. Durch die Personen, über die Fenster und Türen, die Belüftung sowie den Betrieb elektrischer Geräte wird in die Räume eine erhebliche Wärmemenge und Feuchte eingebracht, die mit den bekannten Lösungen autark nicht bewältigt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein mobiler, klimatisierter Aufenthaltsraum geschaffen werden, der üblicherweise energetisch autark, d. h. ohne äußere Zufuhr von elektrischer Energie, betrieben werden kann. Nur in Ausnahmefällen sollen zusätzliche, regenerative Energien, die der ersatzweisen oder ergänzenden Stromversorgung dienen, benötigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.
Ausgegangen wird von einem klimatisierten Container für den Aufenthalt von Personen mit wärmeisolierenden Wänden, der in mindestens einen Aufenthaltsraum und einen davon abgetrennten Technikraum aufgeteilt ist. Die Abtrennung dient dem Schallschutz und verhindert, dass der Technikraum unnötigerweise klimatisiert wird. Der Container hat mindestens ein, typischerweise jedoch zwei bis drei Fenster und mindestens eine außenliegende Tür, über die der Aufenthaltsraum erreicht wird. Zweckmäßigerweise hat der Container eine zweite außenliegende Tür, die zum Technikraum führt.
Nach Maßgabe der Erfindung verfügt der Container über eine Energieversorgungseinheit, die aus einem Photovoltaikgenerator, mindestens einem mit regenerativen Energien betriebenen Backup-Generator und einer Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, wie z. B. einem Akkumulator, aufgebaut ist.
Der Container ist erfindungsgemäß zudem mit einem Latentspeichersystem für Wärme und mit einer Belüftungseinrichtung mit Wärmerückgewinnung ausgestattet.
Die Latentspeicherelemente des Latentspeichersystems sind bevorzugt, zusammen mit wärmedämmenden Materialien, in die Wände des Containers eingebracht. Alternativ dazu können sie jedoch auch an anderer Stelle als kompakter Block angeordnet sein. Die hohe Wärmekapazität des Latentspeichersystems bewirkt, dass der Aufenthaltsraum auch ohne aktive Kühlung bzw. aktives Heizen länger kühl bzw. warm bleibt. Der Einsatz der Latentspeichermaterialien macht es außerdem sinnvoll, die umschaltbare Wärmepumpe auch in dem Fall zu betreiben, wenn der Aufenthaltsraum nicht genutzt wird aber trotzdem ausreichend Solareinstrahlung für deren Betrieb einfällt. Auf diese Weise ist es möglich, gespeicherte Wärme/Kälte für nachfolgende Spitzenlastzeiten vorzuhalten.
Mit der umschaltbaren Wärmepumpe kann das Latentspeichersystem auch direkt beladen werden. Dazu sind die Latentspeicherelemente als Verdampfer für den Kühlfall bzw. als Kondensator für den Heizfall ausgeführt. Der direkte Betrieb ermöglicht die effiziente Speicherung großer thermischer Energiemengen bei hoher Sonneneinstrahlung, wodurch der elektrische Energiespeicher entsprechend minimiert werden kann.
Die Wärmerückgewinnung der Belüftungseinrichtungen erfolgt dadurch, dass die Außenluft vor dem Einleiten in den Aufenthaltsraum mit Hilfe eines Wärmetauschers durch die Abluft vorgekühlt bzw. vorgewärmt wird.
In einer vorteilhaften Variante sind die Module der Photovoltaikanlage auf einer schwenkbaren Halterung in einer Ebene liegend angeordnet, die es ermöglicht, die Neigung der Photovoltaikmodule optimal an die vom geographischen Aufstellort des Containers abhängige scheinbare Sonnenbahn anzupassen. Als Alternative hierzu, können die Photovoltaikmodule auch direkt an den Außenflächen des Containers befestigt sein.
Als Backup-Generatoren werden üblicherweise Windkraftgeneratoren, Dieselgeneratoren oder Brennstoffzellen verwendet. Die Dieselgeneratoren werden mit Bio-Diesel, die Brennstoffzellen mit regenerierbaren Energieträgern, vorzugsweise Wasserstoff oder Bioalkohol, betrieben. Der Container ist mit einem oder auch mehreren Backup-Generatoren ausgerüstet. Da z. B. Wind nicht immer zur Verfügung steht, benötigt ein Container mit Windkraftgenerator zur Sicherheit üblicherweise noch einen Diesel-Generator oder eben eine Brennstoffzelle.
Im Aufenthaltsbereich des Containers befinden sich elektrische Anschlüsse, die über elektrische Wandler an die Energieversorgungseinheit angeschlossen sind. Die Anschlüsse ermöglichen somit einen über die Energieversorgungseinheit gespeisten Betrieb von elektrischen Geräten.
Die Leistung der Photovoltaikanlage und die Kapazität des Akkumulators sind so ausgelegt, dass sowohl die zur Kühlung des Containers als auch die ggf. zum Betrieb elektrischer Geräte im Aufenthaltsraum benötigte Energie, von Ausnahmefällen abgesehen, vollständig von der Photovoltaikanlage erbracht wird. Die Kapazität des Akkumulators ist ausreichend, um den anforderungsgerechten Betrieb mindestens einen Tag lang auch ohne nennenswerte Solarstrahlung aufrechtzuerhalten.
Die Backup-Generatoren kommen erst dann zum Einsatz, wenn, wie z. B. bei großer Hitze und andauernder Bewölkung, die Leistung der Photovoltaikanlage nicht mehr ausreicht und auch der Energiespeicher erschöpft ist.
Zur Klimatisierung des Aufenthaltsraums wird bevorzugt eine umschaltbare Wärmepumpe verwendet, da diese sowohl zum Kühlen als auch zum energiesparenden Heizen genutzt werden kann.
Für die Fenster des Containers wird bevorzugt elektrochromes Wärmeschutzglas verwendet.
Zur weiteren Senkung des Energiebedarfs ist vorgesehen, dass die Eingangstür zum Aufenthaltsraum mit einer Luftschleuse ausgestattet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert; hierzu zeigen:
1: den Container mit Photovoltaikmodulen, die auf dem Dach und an der Rückwand befestigt sind,
2: den Container mit Photovoltaikmodulen, die auf einem aufklappbaren Träger befestigt sind,
3: das Schema der Energieversorgung und Klimatisierung des Containers.
Der Container (1) ist ein 40ft.-Container, der in einen Aufenthaltsraum 12 und einen davon abgetrennten Technikraum 5 unterteilt ist. Der Aufenthaltsraum 12 kann über die Eingangstür 2 erreicht werden. Die beiden Fenster 1 verfügen über Wärmeschutzglas, die stufenlos elektrochrom getönt werden können. Die Scheiben können zudem mit Lamellen (nicht dargestellt) versehen werden. Der Technikraum 5 ist ebenfalls über eine außen liegende Tür zu erreichen. Sowohl auf dem Dach als auch auf der Rückwand (am Aufstellort sollte dies die Südseite sein) des Containers sind die Photovoltaikmodule 4a jeweils in einer Ebene angebracht.
Die Containerwände sind wärmeisoliert und auf der Außenseite mit einem hellen, stark reflektierenden Lack beschichtet. Auf oder in der dem Aufenthaltsraum 12 zugewandten Seite der Containerwände sind Latentspeicherelemente (nicht dargestellt) an- bzw. eingebracht.
Der Container gemäß 2 ist gleichfalls ein Standardcontainer, an dem jedoch die Photovoltaikmodule 4b mittels eines schwenkbaren Trägers befestigt sind. Der Träger mit den Photovoltaikmodulen 4b ist an der Oberseite des Containers befestigt und ermöglicht so eine optimale Ausrichtung der Module 4b zur Sonne. Der Träger ist in der Mitte geteilt, so dass die beiden Hälften, z. B. für einen Transport, derart herunter geklappt werden können, dass die eine Hälfte auf der Vorderwand, die andere Hälfte auf der Oberseite des Containers anliegt.
Das Schema gemäß 3 zeigt die Klimatisierung und Energieversorgung des Containers, die mittels der Energieversorgungseinheit 3, bestehend aus dem Photovoltaikgenerator 4, den Backup-Generatoren, der Energiezentrale 9 und dem Elektroenergiespeicher 10, erfolgt.
Als Backup-Generatoren sind der Windkraftgenerator 6 und der mit Bio-Diesel betriebener Dieselgenerator 7 eingesetzt. Der Windkraftgenerator 6 ergänzt den Photovoltaikgenerator 4 in der häufig auftretenden Wettersituation, dass die Sonne nicht scheint, jedoch ein kräftiger Wind weht. Ist weder Sonnen- noch Windenergie in ausreichender Menge verfügbar, wird der Dieselgenerator 7 eingesetzt. Alternativ zum Dieselgenerator 7 kann auch die Brennstoffzelle 8 verwendet werden.
Der Photovoltaikgenerator 4, der Windkraftgenerator 6 und der Dieselgenerator 7 sind über separate leistungselektronische Wandler an den Eingang der Energiezentrale 9 angekoppelt. Die leistungselektronischen Wandler passen die charakteristischen Parameter der Generatoren, wie Z. B. Spannung, Frequenz und Innenwiderstand, optimal aufeinander an. Die Summe der Energien wird der umschaltbaren Wärmepumpe 11 zur Kühlung bzw. zum Heizen des Aufenthaltsraums 12 und den elektrischen Verbrauchern im Aufenthaltsraum 12 zur Verfügung gestellt. überschüssige Energie wird im Akkumulator 10 zwischengespeichert.
Um die für die Klimatisierung des Aufenthaltsraums 12 benötigte Energie zu verringern, wird zur Belüftung des Aufenthaltsraums 12 die Außenluft vor dem Einleiten mit Hilfe des Wärmetauschers 15 durch die Abluft vorgekühlt bzw. vorgewärmt.
Das durch die Latentspeicherelemente 14 gebildete Speichersystem 13 bewirkt, dass der Aufenthaltsbereich auch ohne aktive Kühlung (bzw. aktives Heizen) länger kühl (bzw. warm) bleibt und fängt somit Belastungsspitzen ab. Bei großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht wird das Latentspeichersystem 13 in der Nacht durch Zufuhr von Außenluft unter Umgehung des Wärmetauschers 15 abgekühlt und kann demzufolge tagsüber zur Kühlung des Aufenthaltsraumes verwendet werden. Das Latentspeichersystem 13 kann als Wärmetauscher für die umschaltbare Wärmepumpe 11 betrieben und dadurch direkt gekühlt bzw. beheizt und somit als thermischer Energiespeicher zur Entlastung des elektrischen Energiespeichers eingesetzt werden.

1: Fenster
2: Eingangstür
3: Energieversorgungseinheit
4: Photovoltaikgenerator
4a: Photovoltaikmodule (an der Containerwand angebracht)
4b: Photovoltaikmodule (auf aufklappbarem Träger)
5: Technikraum
6: Windkraftgenerator
7: Dieselgenerator
8: Brennstoffzelle
9: Energiezentrale mit Leistungswandlern
10: Elektroenergiespeicher/Akkumulator
11: Kälteaggregat/Wärmepumpe (umschaltbar)
12: Aufenthaltsraum
13: Latentspeichersystem
14: Latentspeicherelemente
15: Wärmetauscher

Claims

Klimatisierter Container für den Aufenthalt von Personen mit wärmeisolierten Wänden, mindestens einem Fenster (1) und mindestens einer außenliegenden Tür (2), aufgeteilt in mindestens einen Aufenthaltsraum (12) und einen davon abgetrennten Technikraum (5), dadurch gekennzeichnet, dass er über eine autarke, mit regenerativen Energien betriebene Energieversorgungseinheit (3) vertilgt, die aus einem Photovoltaikgenerator (4), mindestens einem mit regenerativen Energien betriebenen Backup-Generator und einer Vorrichtung zur Speicherung der elektrischen Energie (10) besteht, und der Container mit einem Latentspeichersystem (13) und einer Belüftungseinrichtung mit Wärmerückgewinnung ausgestattet ist.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikmodule (4a) der Photovoltaikanlage (4) fest mit mindestens einer Außenfläche des Containers verbunden sind.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage (4) mindestens eine aufklappbare plattenförmige Anordnung aus Photovoltaikmodulen (4b) aufweist.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Backup-Generator ein Windkraftgenerator (6), ein Bio-Diesel Generator (7) oder eine Brennstoffzelle (8) ist.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Aufenthaltsbereich (12) elektrische Anschlüsse befinden, die über elektrische Wandler an die Energieversorgungseinheit (3) gekoppelt sind.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Container eine umschaltbare Wärmepumpe (11), die dem Kühlen bzw. dem Heizen des Aufenthaltsbereiches (12) dient, aufweist.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentspeichersystem (13) aus Latentspeicherplatten (14), die in die Wände des Containers eingebracht sind, besteht.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentspeichersystem (13) aus Latentspeicherplatten (14), die in Form eines kompakten Blocks angeordnet sind, besteht.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentspeichersystem (13) als Wärmetauscher der umschaltbaren Wärmepumpe (11) ausgeführt ist und direkt gekühlt oder beheizt wird.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (1) elektrochrome Scheiben haben.
Klimatisierter Container nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangstür (2) zum Aufenthaltsbereich (12) mit einer Luftschleuse ausgestattet ist.