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Kunsteisbahn
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Die Erfindung betrifft eine Kunsteisbahn mit Leitungen für ein Kühlsystem
für die Eisdecke und mit einer Speichereinrichtung. Die Wärmebelastung einer Kunsteisbahn
wechselt insbesondere bei Freiluftanlagen je nach Sonnenstand, Wolkenbedeckung,
Außenlufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windanfall und Belastung durch die das Eis
frequentierenden Benutzer im Jahres-, Monats- und Tagesverlauf. Bezogen auf mitteleuropäische
Verhältnisse
werden Kälteanlagen für Kunsteisbahnen mit Freiluftbetrieb
über die Wintermonate Oktober bis März auf eine Maschinenleistung von 200 - 350
WE/qmh°C ausgelegt. Die auftretenden Wärme-Maximalbelastungen können im laufenden
Betrieb dieser Eisbahnen insbesondere ueber die Mittagszeiten eines Tages höher
liegen als der im Hinblick auf die Investitionskosten der Kälteanlage möglichst
niedrig gehaltene Auslegungswert. In dieser Zeit muß deshalb ein gewisses Antauen
der Eisoberfläche in Kauf genommen werden. Die um die Mittagszeit auftretende Maximalbelastung
ist auch insofern problematisch, als zu dieser Zeit das elektrische Stromversorgungsnetz
stark beansprucht ist und sich die Stromtarife nach dieser Beanspruchung richten.
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Um auf die Spitzenbelastungen besser reagieren zu können, sind Speichereinrichtungen
bekannt geworden, bei denen in einem Behälter ein Wärmeträger während der Nachtstunden
mit billigem Nachtstrom abgekühlt wird. Die Speicherfähigkeit des Wärmeträgers beträgt
bei diesem Verfahren lediglich das Wärmeaufnahmesvermögen durch Temperaturänderung
und ist somit stark begrenzt gWårmeauSnahmevermögen = Wärmeträgergewicht x spezifische
Wärme x Temperaturänderung). Damit der Wert Traturänderng" möglichst groß gehalten
werden kann, ist es bei diesem bekannten Verfahren notwendig, den Wärmeträger möglichst
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abzukühlen. Hierbei entstehen betriebswirtschaftliche Nachteile, nämlich hoher Energieauiwand,
geringer Wirkungsgrad, geringe Lebensdauer, hohes Druckgeiälle und große Abstrahlungsverluste.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kunsteisbahn mit einer
Speichereinrichtung zu schaffen, die geringere Investitionen erfordert und sich
insbesondere betriebswirtschaftlich günstig betreiben läßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Speichereinrichtung
aus einem unterhalb der Eisdecke angeordneten Gefrierspeicher besteht, der mit der
Eisdecke wärmeleitenden Kontakt hat und eine Gefriersole aufweist, deren Gefrierpunkt
unterhalb 0°C liegt. Dem Gefrierspeicher ist ein Kühlsystem zugeordnet, das gleichzeitig
Kühlsystem für die Eisdecke sein kann. Bei der Überführung der Gefriersole vom flüssigen
in den festen Aggregatzustand wird der Sole, also dem Speichermedium, t'Gefrierwärme"
entzogen. Bei Bedarf nimmt dann der Gefrierspeicher von der Eisdecke Wärme entsprechend
der diesem entzogenen Gefrierwärme auf. Auf diese Weise wird erreicht, daß z.B.
bei einer Freiluft-Kunsteisbahn bei auftretendem Außenfrost der Gefrierspeicher
kostenlos aufgeladen wird. Die gespeicherte Umweltkälte wird bei ansteigender Außenwärmebelastung
dem Kunsteis zugeführt.
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Durch die Abstimmung der Gefrierspeichertemperatur auf Nutzungsbelange
kann die Kältemaschinenleistung der kältetechnischen Einrichtung der Kunsteisbahn
auf eine Betriebszeit von 20 bis 24 Stunden Je Tag ausgerichtet werden. Zur Aufladung
des Speichers können billige Nachtstromtarife ausgenutzt werden. Die kältetechnische
Einrichtung selbst kann reduziert werden, wenn die Kälteleistung über den gesamten
Tagesverlauf hinweg entsprechend verteilt werden kann, so daß sich wegen der kleineren
Kältemaschinenanlage die Investitionen verringern.
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In besonders einfacher Weise kann der Gefrierspeicher der Eisdecke
als Auflager dienen und von dieser durch eine Trennwand getrennt sein. Zweckmäßig
sind auf dem Boden einer Wanne Leitungen für das Kühl- bzw. Kältemittel ausgelegt
und mit der den Gefrierspeicher bildenden Gefriersole umgossen. Die Wanne kann zuvor
mit einer elastischen Folie ausgeschlagen werden, auch die Trennwand besteht vorzugsweise
aus einer elastischen Folie, insbesondere aus Kunststoff.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Gefrierspeicher
aus -einzelnen Elementen, die unter der Eisdecke verteilt angeordnet sind. Die Elemente
können stationär fest in der Anlage eingebaut sein, sie können aber auch als frei
bewegliche, auf einem Untergrund auflegbare Baueinheiten ausgebildet sein. Das Element
kann
von mindestens einer Leitung für ein Kühlmittel durchsetzt
sein, die Leitungen des Kühlsystems und Räume für die Geiriersole können einander
umgeben, bei einer Ausführungsform umgibt der Raum für die Gefriersole die Leitung
des Kühlsystems konzentrisch mit Abstand, gegebenenfalls ist der Raum mit Dehnungsfalten
versehen. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Leitungen des Kühlsystems für
die Eisdecke und die Elemente abwechselnd nebeneinander angeordnet.
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Ist die Kunsteisbahn keine ebene Fläche, sondern eine schräge Eispiste
(Rodelbahn, Bobbahn o.dgl.), so können zweckmäßigerweise die Gefrierspeicherelemente
Wandungen aus elastischem Material aufweisen. Dabei enthalten diese Elemente Leitungen
für das Kühl- oder Kältemittel und daneben Räume für die Gefriersole. Diese Ausbildung
eignet sich aber auch bei ebenen Eisbahnen, insbesondere wenn die Elemente als freibewegliche
Baueinheiten für eine Saison ausgelegt und danach wieder weggenommen werden (Belegung
von Tennisplätzen, Rollschuhbahnen u.dgl.). Die Räume mit der Gefriersole können
auch von einem Kühl-oder Kältemittel des Kühlsystems umflossen sein, die Wandungen
der Räume und der Durchflußkanäle können dabei aus elastischem Material oder aus
steifem Material bestehen, die Anordnung kann auch stationär getroffen sein.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Einzelheiten sind anhand der Zeichnung, die beispielsweise Ausführungsformen darstellt,
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Kunsteisbahn
in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer Kunsteisbahn
in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer Kunsteisbahn
in einer dritten Ausführungsform, Fig. 4 bis 7 Schnitte durch Gefrierspeicherelemente
in verschiedenen Ausbildungen.
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Die Erhaltung von Kunsteis im laufenden Betrieb setzt voraus, daß
nach seiner Erzeugung Wärmebelastungen (Strahlung, Wind, Feuchtigkeit, Einflüsse
durch Benutzungsfrequenz usw.) laufend abgeführt werden. Dies wird durch kältetechnische
Einrichtungen bewirkt, die in der Regel ein Leitungssystem beinhalten, durch das
ein Kühl- bzw. Kältemittel hindurchgeführt wird. Die Leitungen oder sogenannten
Bahnrohre können sich direkt in einer Eisdecke 1 befinden, sie können auf einem
ebenen
Untergrund aufliegen oder in einem wasserundurchlässigen
oder wasserdurchlässigen Belag eingebettet sein. Die Wärmeaufnahme kann durch ein
Kältemittel geschehen, das in der Bahnberohrung und einem Verdampfersystem zirkuliert.
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Die einzelnen Anlagenteile sind so ausgelegt, daß das Kältemittel
bei der Wärmeaufnahme seine Temperatur nicht ändert. Neben diesem direkten Verfahren
kennt man das indirekte Verfahren, bei dem ein Kühlmittel, in der Regel eine Sole,
durch die Bahnberohrung gepumpt wird. Bei der Wärmeaufnahme ändert sich die Temperatur
der Sole.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Boden 1 einer Wanne 2
mit einer elastischen Folie 3 ausgelegt, darauf sind im Abstand voneinander Leitungen
4 für ein Kühl- bzw. Kältemittel ausgelegt (Bahnberohrung). Die Leitungen 4 werden
mit einer Gefriersole 5 umgossen, die schichtenweise festgefroren wird. Auf die
sich bildende ebene Fläche wird eine weitere elastische Folie 6 als Trennwand 7
aufgelegt, das darauf aufgegossene Wasser wird dann zur Eisdecke 8 gefroren. Die
Trennwand 7 verhindert eine Vermischung des Wassers der Eisdecke 8 mit der Gefriersole
5, die einen Gefrierspeicher 9 abgibt.
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Während des Betriebs wird die Gefriersole 5 nur so weit erweichen,
daß noch eine ausreichende Tragfähigkeit für die Eisdecke 8 gegeben ist.Die Leistung
des Kühlsystems und die Einstellung des eutektischen Punktes der Gefriersole
5
sind entsprechend aufeinander abgestimmt. Anstatt einer Wanne 2 kann natürlich ebensogut
eine ebene Fläche verwendet werden, die zur Abgrenzung mit einem Rand versehen wird,
an dem die elastische Folie 3 hochgezogen wird.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Leitungen 4 des Kühlsystems
fÜr die Eisdecke 8 in einem wasserundurchlässigen Belag 11, z.B. einer Betonplatte,
eingebettet.
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Sie können wieder ein Kühl- oder Kältemittel 10 führen, so daß die
Wärmeaufnahme auf dem Wege des direkten oder indirekten Verfahrens erfolgt. Im Belag
11 unterhalb der Eisdecke 8 ist weiterhin der Gefrierspeicher 9 untergebracht, der
in diesem Falle in einzelne Elemente 12 aufgeteilt ist. Die Elemente 12 sind jeweils
zwischen zwei Leitungen 4 (Bahnberohrung) angeordnet. Sie bestehen aus Rohren, Kammern
oder Räumen 13, die die Gefriersole 5 aufnehmen, deren Gefrierpunkt z.B. bei minus
10°C liegt.
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Bei der getroffenen Anordnung sind die Leitungen 4 des Kühlsystems
für die Eisdecke 8 gleichzeitig Leitungen für das Kühlsystem des Gefrierspeichers
9. Das bedeutet, daß das Kühl- oder Kältemittel 10 in den Leitungen 4 Wärme sowohl
der Eisdecke 8 als auch der Gefriersole 5 entzieht. Die Gefriersole 5 wird dabei
vom flüssigen in den festen Aggregatzustand übergeführt. Wenn dann bei
maximaler
Wärmebelastung die Leistung' des Kühl- oder Kältemittels 10 nicht mehr ausreicht,
um die Eisdecke 8 zu stabilisieren, tritt unterstützend der Gefrierspeicher 9 in
Aktion, indem durch ihn der Eisdecke 8 Wärme in Höhe der Schmelzwärme der Gefriersole
5 entzogen wird> die feste Gefriersole 5 verflüssigt sich also wieder.
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Reicht die Leistung des Kühl- oder Kältemittels 10 in den Leitungen
4 wieder aus, weil die Wärmebelastung geringer geworden ist, wird auch der Gefriersole
5 wieder Wärme entzogen. Der Gefrierspeicher 9 dient also insoweit der Deckung der
Spitzenbelastung, die Kälteleistung wird vorzugsweise über den gesamten Tagesrhythmus
hinweg verteilt, so daß günstige Stromtarife ausgenutzt werden können und die Kälteanlage
kleiner ausgelegt werden kann.
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Wenn z.B. bei Freiluftanlagen die Außentemperatur entsprechend absinkt,
wird der Gefriersole 5 von außen her durch die Eisdecke 8 und den Belag 11 hindurch
Wärme entzogen: die Gefriersole 5 gefriert hierbei kostenlos, die gespeicherte "Umweltkälte"
kann dann tagsüber bei hoher Wärmebelastung ausgenutzt werden.
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Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Leitungen 4 und der
Gefrierspeicher 9 fest verlegt sind, es sich also um eine stationäre Anlage handelt,
hat man bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine demontable Lösung.
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Auf einem Untergrund 14, der wasserdurchlässig sein kann
(z.B.
Tennisplatz od.dgl.), ist der Gefrierspeicher 9 in Form der einzelnen Elemente 12
aufgelegt. Die Elemente 12 können von einer Leitung 4 durchsetzt werden, die wieder
der Durchleitung eines Kühl- oder Kältemittels 10 dienen, wobei die Leitungen 4
zum Kühlsystem für die Eisdecke 8 gehören können oder aber Teil eines eigenen Kühlsystems
für den Gefrierspeicher 9 sind. Im letzteren Falle sind dann weitere Leitungen für
das Kühlsystem für die Eisdecke 8 verlegt, die nicht näher dargestellt sind.
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In den Elementen 12 ist die Leitung 4 von der Gefriersole 5 umgeben.
Zwischen den Elementen 12 sind Füllelemente 15 angeordnet, die zusammen mit den
Elementen 12 eine ebene Fläche für die Auflage der Eisdecke 8 bilden und die je
nach Bedarf unterschiedlich ausgebildet sein können. Sie können hohl sein, Leitungen
4 des Kühlsystems für die Eisdecke 1 aufnehmen oder auch Elemente des Gefrierspeichers
9 ohne Leitungen 4 darstellen. Die Wirkungsweise entspricht wieder der bei der Ausführung
nach Fig. 2 geschilderten.
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Die Elemente 12 des Gefrierspeichers 9 können sehr unterschiedliche
Gestalt haben. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die als Rohr ausgebildete Leitung
4 für das Kühl- oder Kältemittel 10 konzentrisch im Abstand von einer Wandung 16
bis auf eine Dehnungsfalte 17 umgeben.
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Im Raum 13 zwischen der Leitung 4 und der Wandung 16
ist
die Gefriersole 5 untergebracht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 hat man ein Element 12 eines Gefrierspeichers
9, das verschiedene Räume 13 aufweist, in denen die Gefriersole 5 eingeschlossen
ist.
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Diese Räume 13 werden vom Kühl- oder Kältemittel 10 gemäß den angegebenen
Pfeilen 18 umflossen. Die Räume 13 und die Kanäle für das Kühl- oder Kältemittel
10 können Wandungen aus steifen oder -elastischen Materialien haben.
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Die Fig. 6 und 7 geben Teile von Elementen 12 des Gefrierspeichers
9 wieder, deren Wandungen aus einem elastischen Material, z.B. Kunststoff, Gummi,
textilem Stoff od.dgl., bestehen, so daß sie sich insbesondere auch für unebene
Eispisten verwenden lassen. Neben Räumen 13 mit der Gefriersole 5 sind Leitungen
4 mit dem Kühl-bzw. Kältemittel 10 angeordnet, die Leitungen 4 stehen in der Regel
miteinander in Verbindung, die Räume 13 können ebenfalls miteinander verbunden sein.
Während die Wandungen der Leitungen 4 und der Räume 6 bei der Ausführungsform nach
Fig. 6 einstückig (in Art einer Luftmatratze) ausgebildet sind, bilden die Leitungen
4 für das Kühl- bzw. Kältemittel 10 und die Räume 13 für die Gefriersole 5 eigene
Kanäle, die mit Außenwänden 19,20 verbunden und damit positioniert sind. In einfacher
Weise kann zur Bildung der Kanäle eine Zick-Zack-Bahn zwischen die Außenwände 19,20
gebracht und mit ihren
Faltkanten dort befestigt sein. Die Wandungen
können beispielsweise aus Kunststoff-Folien oder wasserundurchlässigem textilem
Stoff od. dgl. bestehen.