DE2223882C2 - Room cooling system - Google Patents
Room cooling systemInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery
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Description
Die Erfindung betrifft eine Raumkühlanlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a room cooling system according to the preamble of the main claim.
Eine derartige Kühlanlage ist aus der US-PS 42 856 bekannt. Bei dieser Kühlanlage ist die Speicherkapazität jedoch begrenzt, sie ist daher auch nicht nachträglich im Heizungskeller cinbaubar.Such a cooling system is known from US-PS 42,856. In this cooling system, the storage capacity is but limited, so it cannot be retrofitted in the boiler room.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Raumkühlanlage zu schaffen, die trotz hoher Speicherkapazität bequem handhabbar und damit nachträglich im Heizungskeller einbaubar ist.The invention is based on the object of creating a room cooling system that, despite a high storage capacity is easy to use and can therefore be retrofitted in the boiler room.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is given in the characterizing part of the main claim Features solved.
Der Unteranspruch kennzeichnet eine vorteilhafte Ausgestaltung der Blechplatten.The dependent claim characterizes an advantageous embodiment of the sheet metal plates.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Raumkühlanlage anhand einer Zeichnung erläutert wird. Dabei zeigtFurther features and advantages of the invention emerge from the drawing, in which an exemplary embodiment the room cooling system according to the invention is explained with reference to a drawing. It shows
Fig.2 das Gerüst eines Elementes des Kältespeichers, Fig. 2 the frame of an element of the cold storage,
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie 11-11 von Fig. 2,3 shows a cross-section on an enlarged scale corresponding to the section line 11-11 of Fig. 2,
F i g. 4 eine Detailvergrößerung gemäß dem Kreis 30 in F i g. 3,F i g. 4 shows an enlarged detail according to circle 30 in FIG. 3,
F i g. 5 einen Speicher in perspektivischer und teilweiser geschnittener Darstellung,F i g. 5 shows a memory in a perspective and partially sectioned illustration,
Fig.6 das idealisierte TS-Diagramm des Kältcmaschinenkreislaufs. 6 shows the idealized TS diagram of the refrigeration machine circuit.
Der Gütegrad eines Källemaschincnkreislaufcs ist definiert als Wärmeleistung durch Komprcssor-Antriebsleistung gleichThe degree of quality of a Källemaschincnkreislaufcs is defined as heat output through compressor drive power same
T1-T2 T 1 -T 2
hängt also von der Temperaturdifferenz zwischen der mittleren Verfiüssigcrtemperatur und der mittleren Verdampfertemperatur ab und ist entsprechend dieser Beziehung um so höher, je näher die Temperaturen des Verflüssigers Ti und des Verdampfers Tz beieinander liegen.depends on the temperature difference between the mean liquor temperature and the mean evaporator temperature and, according to this relationship, is the higher the closer the temperatures of the condenser Ti and the evaporator Tz are to one another.
Die Temperatur der Außenluft steigt während der Isolationsperiode des Tages stetig an. erreicht während
des Nachmittags ihr Maximum und sinkt dann bis /.um frühen Morgen wieder auf den Ausgangswert ab. Die
Differenz zwischen den Extremwerten des Temperaturganges ist um so größer, je höher die Sonne steht und je
geringer die Strahlungsabsorbtion der Atmosphäre durch Bewölkung oder Feuchtigkeit ist.
Der Kühlleistungsbedarf steigt proportional mit der Außentemperatur, der Gütegrad des Kältekreislaufes
sinkt dagegen mit zunehmender Außentemperatur.The temperature of the outside air rises steadily during the isolation period of the day. reaches its maximum during the afternoon and then falls back to the initial value by early morning. The difference between the extreme values of the temperature curve is greater, the higher the sun is and the lower the radiation absorption of the atmosphere due to cloudiness or moisture.
The cooling capacity requirement increases proportionally with the outside temperature, while the quality of the cooling circuit decreases with increasing outside temperature.
Es ist deshalb wünschenswert, die Kondensatorwärmc während der kältesten Stunden des Tages abzugeben und den Kaltwasserkrcislauf über einen Wärmespeicher zu versorgen, dem während der Nacht Wärme entzogen wird. Hierdurch lassen sich bis zu 50% Energiekosten einsparen, außerdem fällt der Energiebedarf auf die Nachtstunden, in denen ohnehin in der Regel Tallfcstenergie zu verbilligten Tarifen angeboten wird.It is therefore desirable to reduce the condenser heat to be released during the coldest hours of the day and the cold water circuit via a heat accumulator to supply, from which heat is withdrawn during the night. This can reduce energy costs by up to 50% In addition, the energy requirement falls during the night, when it is usually anyway Tallfcstenergie is offered at discounted tariffs.
M) Durch die — an sich aus der US-PS 25 95 905 vorbekanntc — Verwendung eines Hydrats, dessen Kristallisationstcmpcratur einige Grad oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegt, als Speichermedium des Wärmespeichers, wird einem Ansetzen von Eis am Verdämpfer entgegengewirkt. M) The use of a hydrate, the crystallization temperature of which is a few degrees above the freezing point of water, as the storage medium of the heat accumulator, counteracts the build-up of ice on the evaporator - per se known from US Pat. No. 25 95 905.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verwendung von sich vertikal erstreckenden Folienschläuchen als Gefäße für die Speichcrmasse, die vom Wasser des Wärmeträgerkreislaufcs umströmt werden, ist ein guter wärmeleitender Kontakt zwischen den Verdampferkanälen und der Speichermasse gewährleistet.With the use of vertically extending film tubes proposed according to the invention as vessels for the storage mass, around which the water of the heat transfer circuit flows, is a good one heat-conducting contact between the evaporator channels and the storage mass guaranteed.
Die Entladung des Speichers erfolgt während der kühlen Nachtstunden, und zwar bevorzugt während der Dauer des Tallasttarifes. Während dieser Zeit krisialiisiert das Hydrat, welches vorteilhaft ein aus mehreren Metullsalzcn gebildetes Doppelsalz- oder Gemischhyclral ist. und gibt die Kristallisationswärme an den Kältemaschinenkrcislauf ab. Zur Unterdrückung des metastabilen unterkühlten Zustandes wird das Hydrat mit in der Speichermasse nicht löslichen Impfkristallen, die sich zu diesen isotypisch oder epitaxisch verhalten, geimpft. Damit die Impfsubstanz nicht langsam durch Stratifikation unwirksam wird, wird der Speichermasse eine gelbildende Substanz, z. B. Nairiumalginat, beigemischt, wodurch gleichzeitig der hydrostatische Druck im unteren Bereich der Folienschläuche bedeutend verringert wird. Sobald die Klimakonstruktionen in Betrieb genommen werden sollen, wird Kaltwasser mittels einer Pumpe durch den Speicher geleitel und gibt der Raumluft ent-The storage tank is discharged during the cool hours of the night, preferably during the Duration of the valley load tariff. During this time in crisis the hydrate, which is advantageously a double salt or mixed hydrochloric acid formed from several metal salts is. and gives the heat of crystallization to the refrigeration machine circuit away. To suppress the metastable supercooled state, the hydrate is included in the Storage mass of insoluble seed crystals, which are isotypic or epitaxial to these, inoculated. In order to If the inoculant does not slowly become ineffective through stratification, the storage mass becomes a gel-forming substance Substance, e.g. B. Nairium alginate, added, which at the same time the hydrostatic pressure in the lower Area of the film tubes is significantly reduced. As soon as the air conditioning structures are put into operation should be, cold water is fed through the storage tank by means of a pump and releases the room air.
Die Dimensionierung sollte bevorzugt so erfolgen, daß der Kültemaschincnkreislauf — bezogen auf miniere Kühllasl und auf eine Verflüssigerlemperatur — ausgeglichen ist, die der mittleren AußenlufttemperaturThe dimensioning should preferably take place in such a way that the cooling machine circuit - based on miniere Cooling glass and a condenser temperature - balanced is that of the mean outside air temperature
hr> wahrend der Tallaststunden in den Sommermonaten entspricht. Während der wenigen extrem heißen Tage kann die Kühlleistung durch Parallelbetrieb der Kältemaschine während des Tages erzeugt werden.h r > corresponds to during the valley load hours in the summer months. During the few extremely hot days, the cooling capacity can be generated by operating the refrigeration machine in parallel during the day.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kühlkreislauf schematisiert auf dem Dach des Hauses oder an einer anderen nichtwindgeschützten Stelle. Der Verflüssiger 1, durch den das im Kompressor 3 komprmierte Gas kondensiert wird, wird durch den Ventilator 2 durchblasen. Das Kältemittelkondensat wird durch die Leitung 4 in den Speicher 5, der mit einem Verdampfer eine Einheit bildet gepreßt Das dort verdampfte Kältemittel wird durch die Leitung 6 wieder zum Kompressor 3 zurückgeführtFig. 1 shows a cooling circuit according to the invention schematically on the roof of the house or at another non-wind-protected place. The condenser 1, through which the gas compressed in the compressor 3 is condensed, is blown through by the fan 2. The refrigerant condensate is pressed through the line 4 into the reservoir 5, which forms a unit with an evaporator. The refrigerant evaporated there is returned to the compressor 3 through the line 6
In den einzelnen nicht gezeigten Räumen befinden sich Wärmetauscher 7, T, 7", deren Lüfter durch Turbinen 8, 8', 8", angetrieben werden. Als Wärmeträger dient Wasser, welches durch die Umwälzpumpe 9, deren Druck ausreichend ist um gleichzeitig die Turbinen 8 anzutreiben, im Umlauf versetzt wird. Durch das Dreiwegeventil 10 kann der Wasserkreislauf alternativ durch den Kältespeicher 5 oder durch den Heizkessel 11 geleitet werden. Der Rücklauf der Wasserstränge 12 kommuniziert sowohl mit dem Kältespeicher 5 als auch mit dem Heizkessel 11.In the individual spaces, not shown, there are heat exchangers 7, T, 7 ", the fans of which are driven by turbines 8, 8 ', 8". The heat transfer medium used is water, which is set in circulation by the circulating pump 9, the pressure of which is sufficient to drive the turbines 8 at the same time. By means of the three-way valve 10, the water cycle can alternatively be routed through the cold store 5 or through the heating boiler 11. The return of the water lines 12 communicates both with the cold storage 5 and with the boiler 11.
Nur während der Nachtstunden werden der Kompressor 3 und der Ventilator 2 in Betrieb gesetzt und dem Kältespeicher 5 wird die am Vortag durch den Wasserkreislauf eingespeicherte, von der Raumluft stammende Wärme entzogen.The compressor 3 and the fan 2 are only put into operation during the night and the cold store 5 is the one stored the day before by the water cycle, from the room air extracted heat.
F i g. 2 zeigt das Gerüst eines Elementes des Kältespeichers 5. Zwischen zwei L-förmigen Blechwinkeln 20 und 20' ist eine aus zwei aufeinander gelöteten Blechen gebildete Verdampferplatte 21 eingespannt Im unteren Kanal 22 mündet je eine Kapillare 23, der obere Kanal 24 ist mit dem Saugrohrstutzen 25 verbunden, beide Kanäle sind durch vertikale Kanäle 26,26' miteinander verbunden. Alle geradzahligen Bereiche zwischen den Kanälen weisen Durchbräche 27 auf.F i g. 2 shows the frame of an element of the cold accumulator 5. Between two L-shaped sheet metal angles 20 and 20 'an evaporator plate 21 formed from two metal sheets soldered to one another is clamped in the lower part Channel 22 each opens into a capillary 23, the upper channel 24 is connected to the suction pipe socket 25, both Channels are interconnected by vertical channels 26,26 ' tied together. All even-numbered areas between the channels have openings 27.
Fig.3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt entsprechend der Schnittlinie H-Il.3 shows a cross-section on an enlarged scale corresponding to the section line H-II.
F i g. 4 eine weitere Detailvergrößerung gemäß dem Kreis 30. Die Verdampferplatte 21 besteht aus den aufeinandergelöteten Blechplatten 40 und 40'. Auf diesen Verdampferplatten liegen Folien 31 und 3Γ auf, die mit schlauchförmigen Folien 32 und 32' an den Berührungszonen verschweißt sind. Im Bereich der Durchbrüche 27 sind die von beiden Seiten kommenden Folien 31 und 31' miteinander verschweißt. Die schlauchförmigen am oberen und unteren Ende gedicheten Kanäle, die von den Folien 31 und 32 umschlossen werden, enthalten die Speichermasse 32, während die zwischen den Kanälen verbleibenden Zwickelräume 34 und 35 vom Wasser des Kreislaufes 9,7,12 durchströmt werden.F i g. 4 a further enlarged detail according to the circle 30. The evaporator plate 21 consists of the soldered one on top of the other Sheet metal plates 40 and 40 '. On these evaporator plates there are foils 31 and 3Γ with tubular foils 32 and 32 'are welded at the contact zones. In the area of the breakthroughs 27 the foils 31 and 31 'coming from both sides are welded to one another. The tubular am upper and lower end sealed channels, which are enclosed by the foils 31 and 32, contain the Storage mass 32, while the gusset spaces 34 and 35 remaining between the channels from the water of the Circulation 9,7,12 are flowed through.
F i g. 5 zeigt einen Speicher, perspektifisch und teilweise geschnitten. Die Wandung 50 besteht aus armiertem Beton, welche außen mit der Schicht 51 isoliert ist. Der Deckel 52 besteht aus Isoliermasse. Auf der Kante 53 liegen die L-förmigen Blechwinkel 20 und 20' auf. Die Saugrohrstutzen 25 sind mit einer Sammelleitung 54, die mit der Leitung 6 aus F i g. I kommuniziert, verbunden. Durch den Anschlußstutzen 55 verläßt das Wasser des Kreislaufes das Speichergefäß, während das erwärmte Wasser vom Wasserstrang 12 durch den Stutzen 56 eintritt. Auch die Kapillaren 23 werden durch ein Rohr 57 gesammelt, welches als Leitung 4 wieder zum Kompressor führt.F i g. 5 shows a memory, in perspective and partially sectioned. The wall 50 consists of armored Concrete, which is isolated with the layer 51 on the outside. The cover 52 consists of insulating compound. On the edge 53 are the L-shaped sheet metal angles 20 and 20 '. The suction pipe stub 25 are provided with a manifold 54, which with the line 6 from FIG. I communicated, connected. Through the connection piece 55 leaves the water of the Cycle the storage vessel, while the heated water from the water line 12 enters through the nozzle 56. The capillaries 23 are also collected by a tube 57, which as a line 4 back to the compressor leads.
K i g. 6 zeigt das idealisierte TS-Diagramm des Källcmaschinenkreislaufes. T0 bildet den Gefrierpunkt des b5 Wassers, 7>r ist die Kristallisationstemperatur des Speichers, die so weit oberhalb des Gefrierpunktes liegen muU.daß die Verdampfertemperatur T2 die Gefriertemperatur des Wassers T0 nicht überschreitetK i g. 6 shows the idealized TS diagram of the Källcmaschine cycle. T 0 forms the freezing point of water, 7> r is the crystallization temperature of the storage tank, which must be so far above the freezing point that the evaporator temperature T 2 does not exceed the freezing temperature of the water T 0
71 gibt die Temperatur des komprimierten Gases wieder,
die in Abhängigkeit von der Oberfläche des Verflüssigers I um einige Grade oberhalb der Außenluf(temperatur
fA Hegen muß.
F i g. 7 zeigt im rechten Teildiagramm die Beziehung71 shows the temperature of the compressed gas, which, depending on the surface of the condenser I, must be a few degrees above the outside air (temperature f A) .
F i g. 7 shows the relationship in the right partial diagram
Ά-T1 Ά-T 1
Im linken Teildiagramm ist der sich aus diesem idealen Carnot'schen Gütegrad und dem Maschinenverlusten in Abhängigkeit von der Maschinengröße ergebende technische Gütegrad aufgeführt Danach beträgt er im Punkt 72 für Tagbetrieb 3,7, für Nachtbetrieb gemäß Punki 73 5,2. Durch die zeitliche Phasenverschiebung, die der Speicher ermöglicht, sinkt also der Gesamtstromverbrauch um 30%, bezogen auf eine 10-kW-Anlage. Bei gleicher Betriebsdauer kann eine günstigere kleinere Antriebsmaschine eingesetzt werden. Da die Strompreise während der Nachtstunden in der Regel bei nur 40% der Tagesstrompreise liegen, sinken damit die Betriebskosten auf 28%.In the left partial diagram is the result of this ideal Carnot's quality grade and the machine losses depending on the machine size technical grade listed According to point 72 for daytime operation it is 3.7, for nighttime operation according to Punki 73 5.2. Due to the temporal phase shift made possible by the memory, the total power consumption is reduced by 30%, based on a 10 kW system. A cheaper, smaller drive machine can be used for the same operating time. Since the Electricity prices during the night are usually only 40% of the daily electricity prices, so they decrease the operating costs to 28%.
Claims (2)
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