DE2829689A1

DE2829689A1 - Vorrichtung zum speichern von waerme

Info

Publication number: DE2829689A1
Application number: DE19782829689
Authority: DE
Inventors: Bo Prof Adamsson; Lars-Erik Bengtsson; Bjoern Thoernqvist
Original assignee: BENGTSSON L E AB
Current assignee: BENGTSSON L E AB
Priority date: 1977-07-08
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1979-01-18
Also published as: FR2396940A1; GB2000859B; GB2000859A; SE402638B; FR2396940B1

Description

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Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speichern von Wärme, beispielsweise in einer Klimaanlage, mit einem Heißwasserkreis und einem Kaltwasserkreis, wobei der Heißwasserkreis eine Heizanordnung, der Kaltwasserkreis eine Kühlanordnung enthält.

Klimaanlagen mit solchen I'iarmespeichervorrichtungen sind bekannt und sind sowohl einfach zu installieren als auch wirtschaftlich zu betreiben. Dabei wird Primärluft durch Leitungen Äuslaßvorrichtungen in den einzelnen Räumen zugeführt, die an die Klimaanlage angeschlossen sind. In die Äuslaßvorrichtungen wird außerdem Sekundärluft eingeführt, d.h. dem zu klimatisierenden Raum entnommene Luft. Die Äuslaßvorrichtungen sind mit Heiz- und Kühleinheiten ausgerüstet, um die Sekundärluft entsprechend den Bedürfnissen zu kühlen oder zu heizen, ehe sie mit Ejektorwirkung in den zu klimatisierenden Raum zurückgelangt. Die Heiz- und Kühleinheiten werden von einem Arbeitsmittel, vorzugsweise Wasser, durchströmt und sind so dimensioniert, daß die Eingangstemperatur so konstant wie möglich gehalten ist, vorzugsweise 45 und 10 C. Unter der Eingangstemperatur wird die Temperatur des Arbeits-

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mittels verstanden, wenn es in die Heiz- bzw. Kühleinheit gelangt. Die Temperatur wird mit Thermostaten geregelt, die in den einzelnen, an die Klimaanlage angeschlossenen Räumen angeordnet sind. Die Thermostaten verstellen Regelventile in den Auslaßvorrichtungen, um die Strömung von Sekundärluft durch Heiz- und Kühlbatterien verändern zu können. Dabei wird dann die Menge sowohl des Arbeitsmittels als auch der Primärluft konstant gehalten, wenn die Klimaanlage im Betrieb ist.

Der Nachteil einer solchen und ähnlicher Anlagen besteht darin, daß die Heiz- und Kühlvorrichtungen so dimensioniert werden müssen, daß sie plötzlichen Änderungen der Umgebungstemperatur in einem relativ weiten Bereich Rechnung tragen können. Das ist insbesondere in Bürogebäuden zu Beginn und am Ende eines Arbeitstages der Fall. Darüber hinaus fallen während der Arbeitszeit große Mengen von Verlustwärme an, weil es normalerweise während dieses Zeitraumes notwendig ist, die Gebäude zu kühlen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage so verbessern zu können, daß die genannten Nachteile nicht mehr auftreten.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Heizkreis und den Kühlkreis eine Heizeinheit bzw. eine Kühleinheit eingeschaltet sind, um die Eingangstemperatur in jedem Kreis bei sich verändernden Heizbzw. Kühlanforderungen konstant zu halten, wozu jede dieser Einheiten eine Speichersubstanz mit einem vorgegebenen Schmelzpunkt enthält. Insbesondere wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in eine Heiz- und Kühleinheit jedes Kreises eine Speichersubstanz eingeschlossen ist, deren Schmelztemperatur der Eingangstemperatur der jeweiligen Einheit entspricht, um in jedem Kreis diese Eingangstemperatur konstant zu halten.

Durch die Erfindung kann Temperaturänderungen in einem Gebäude durch zuviel oder zu wenig Wärme mit viel kleineren Anordnungen Rechnung getragen werden, als es bisher der Fall war, weil die Latentwärme der Speichersubstanzen genutzt v/erden kann, während die Wärmeverluste reduziert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung schließt die Heizanordnung einen Kondensator, die Kühlanordnung einen Verdampfer in einem Kühlkompressorkreis ein. Zusätzlich zu den bekannten Vorteilen, die ein Kühlkompressor dadurch erbringt, daß er Nutzarbeit bei den beiden gewünschten Eingangstemperaturen von beispielsweise 45 und 10° C leistet,

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bringt diese erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß überschußwärne eines zu kühlenden Raumes in einen zu wärmenden Raum gebracht werden kann, indem Wärme vom Verdampfer zu dem Kondensator gepumpt i'/ird, während ein Teil der Speichersubstanz geschmolzen wird. Für die höchste Wirksamkeit wird im Keizkreis und im Kühlkreis eine Flüssigkeit, vorzugsweise vJasser, verwendet.

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Figurenbeschreibung

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben, in der Fig. 1 und Fig. 2 je ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigt.

Die Erfindung kann bei zahlreichen Klimaanlagen angewendet werden, die einen Heizkreis 1 und einen Kühlkreis 2 mit zugehöriger Heizeinheit 3 und Kühleinheit 4 aufweisen, die einem Raum 5 zugeordnet sind, dem Primärluft und/oder Sekundärluft zugeführt wird. Die beiden Kreise 1 und 2 benötigen ferner eine Heizanordnung 7 zum Aufheizen des Arbeitsmittels im Kreis 1, im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsmittel Wasser, und eine Kühlanordnung 8 zum Kühlen des Arbeitsmittels im Kreis 2, im Ausführungsbeispiel ebenfalls Wasser. In die Kreise sind zwei Umwälzpumpen 9,10 eingeschlossen. Weitere Elemente der Klimaanlage, die üblicherweise in solchen Klimaanlagen angewendet werden, aber keinen unmittelbaren Einfluß auf die Erfindung haben, werden aus praktischen Gründen nicht beschrieben.

Bei der dargestellten Lösung weist die Heizanordnung 7 und die Kühlanordnung 8 einen Kondensator bzw. einen Verdampfer in einem Kühlkompressorkreis 11 mit einem Kühlkompressor 12

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und einem Expansionsventil 13 auf. Der Kondensator 7 wird mit Wasser aus dem Eeizkreis 1 beschickt und ist in einem Behälter 15 untergebracht. In entsprechender Weise ist der Verdampfer 8 in einem Behälter 16 untergebracht.

Der Kreis 1 ist mit dem Behälter 15 verbunden, und das mit dem Kondensator 7 erhitzte Wasser fließt von dort zur Eeizeinheit 3 über eine Vorlaufleitung 1a. Der zugehörige Rücklauf ist mit 1b bezeichnet. Im Kreis 2 ist die Vorlaufleitung mit 2a und die Rücklaufleitung mit 2b bezeichnet.

Wird eine Raumtemperatur von etwa 20° C verlangt, so sollte die Eingangstemperatur des Arbeitsmittels in der Vorlaufleitung bei höchstens 45° C liegen. Bezüglich des Kreises sollte die Eingangsteraperatur des Arbeitsmittels in der Vorlaufleitung 10° C betragen.

Damit das System zufriedenstellend arbeitet, sollten die Temperaturen der Arbeitsmedien in den Vorlaufleitungen 1a und 2a so weit wie möglich konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck ist im Behälter 15 eine Packung 17 mit einer Speichersubstanz angeordnet, zwischen der und dem Kondensator 7 ein guter Wärmeübergang mittels des Arbeitsmittels des Kreises 1 und des Behälters 15 erfolgt und deren Speichersubstanz einen Schmelzpunkt von 45 C hat. In ent-

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sprechender Weise ist im Behälter 16 eine Packung 1S angeordnet, bei der der Schmelzpunkt der Speiehersubstanz bei 10° C liegt.

Der Grundgedanke dabei ist, die Heizflüssigkeit dadurch auf einer konstanten Temperatur, hier 45° C, zu halten, daß sie mit der auf konstanter Temperatur gehaltenen Packung 17 in Berührung gebracht wird, während die Kühlflüssigkeit auf einer ebenfalls konstanten, aber anderen, hier 10° C, Temperatur gehalten wird, indem sie mit der auf einer entsprechenden konstanten Tempteratur gehaltenen Packung 18 in Berührung gebracht wird.

Der Kühlkompressorkreis 11 und die Packungen 17,18 sind so bemessen, daß TemperaturSchwankungen im Verlauf von 24 Stunden mittels der Packungen als das Ergebnis ihres Schmelzens und Verfestigens ausgeglichen werden können. Wenn beispielsweise bei einem gut isolierten Bürohaus die während einer etwa 9-stündigen Arbeitszeit je Arbeitstag erzeugte Wärme eine solche Höhe hat, daß Wärme selbst bei einer Außentemperatur von -2O° C abgeführt werden muß, so beginnt die Speichersubstanz der Packung 18 zu schmelzen, um das Arbeitsmittel in der Vorlaufleitung 2a auf einer konstanten Temperatur von 10° C zu halten. Der Kondensator

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wird in entsprechander Weise vJärme erzeugen, um als Ergebnis des Schmelzens der Speichersubstanz dar Packung 17 in der Vorlaufleitung 1a die Temperatur konstant auf 45° C zu halten.

Der Kühlkompressorkreis 11 purapt in der Weise Wärme, daß ein zeitweiser WärmeÜberschuß mit einem Ilinimum an Kühleinheiten entnommen und in andere Bereiche des Gebäudes gefördert werden kann, um dort einen zeitweisen Wärmebedarf zu decken, beispielsweise KeHerräume, Garagen, zu denen Leitungen 20 führen.

Am Ende eines Arbeitstages endet der Kühlbedarf, und es entsteht normalerweise ein graduelles Heizbedürfnis. Dann arbeitet das System umgekehrt, wie oben beschrieben, d.h. die Speichersubstanzen der Packungen 17 und 18 beginnen, sich zu verfestigen und sind am Beginn des nächsten Arbeitstages verfestigt.

In Fig. 2 ist ein abgewandeltes System dargestellt, bei dem Heizspeicher und Kondensator in Serie geschaltet sind und auch Kühlspeicher und Verdampfer in Serie geschaltet sind. In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 21 eine Kühleinheit gekennzeichnet, mit der beispielsweise Wasser zum Strömen gebracht wird. Das Wasser wird mit einer Leitung

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zum Strömen durch die Kühleinheit gebracht und wird mit einer Rücklaufleitung zurückgeführt. Die Rücklaufleitung 23 ist mit einer Wärmetauscherschleife 24 oder dergleichen in einen Behälter 25 verbunden, der ganz oder teilweise mit einem Medium gefüllt ist, das sich schon bei einer niedrigen Temperatur verfestigt, z.B. Glyzerin, das sich bei 18° C verfestigt. Das Auslaßende der Schleife 24 ist mit der Leitung 22 verbunden. Wenn die Kühleinheit 21 ihre Umgebung kühlt, d.h. Wärme aufnimmt, wird das mit beispielsweise 14° C in sie eintretende Wasser auf beispielsweise 22 C erwärmt. Das durch die Schleife 24 fließende Wasser wird an das in dem Behälter 25 enthaltene Medium Wärme abgegeben, so daß das die Schleife 24 verlassende Wasser eine Temperatur von beispielsweise 18 C hat. Mit der Leitung 22 arbeitet ein Verdampfer 26 als Kühleinheit in einem Wärmepumpkreis zusammen, der außer der Kühleinheit 26 einen Kompressor 27, ein Expansionsventil 28 und einen Kondensator 29 einschließt. Die Kühleinheit 26 entnimmt dem Wasser in der Leitung 26 Wärme, so daß unterhalb der Kühleinheit 26 eine Temperatur von beispielsweise 14 C vorliegt.

Zusätzlich zu der Leitung 30 weist der Heizenergie verbrauchende Kreis einen Wärmestrahler, beispielsweise die Heizung einer Auslaßvorrichtung 31 auf und eine Rücklauf-

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leitung 32, die von der Heizung 31 zu einer Wärmetauscherschleife 33 ,oder dergleichen in einem Behälter 34 führt, der beispielsweise CA (NO₃J₂ χ 4H₂O als ein bei 43° C schmelzendes, Wärme speicherndes Medium enthält. Gemäß Fig. 2 hat das durch die Leitung 32 zur Schleife 33 strömende Wasser eine Temperatur von 38° C und das die Schleife verlassende Wasser wird von der darin gespeicherten Wärme auf 42 C erwärmt. Beim Strömen durch den Kondensator 29 wird das Wasser weiter auf 46° C erwärmt, und mit dieser Temperatur gelangt das Wasser zu dem Heizkörper 31.

Von der Kühleinheit 21 wird während der Nacht keine Wärme aufgenommen bzw. wenn die sonstigen Umstände eine solche Wärmeaufnahme nicht erfordern.

Auf diese Weise nimmt das stromabwärts der Kühleinheit 26 strömende Wassser (die Strömungsrichtung in der gesamten Anlage ist durch Pfeile gekennzeichnet) keine wahrnehmbare Wärmemenge auf, wenn die Rohrleitungen entsprechend isoliert sind, und das im Behälter 25 enthaltene Medium ist bis zur Verfestigung gekühlt, indem es im Bypaßbetrieb durch die Kühlschleife der Auslaßvorrichtung 31 geführt ist.

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Wenn die Rohrleitungen angemessen isoliert sind, werden tagsüber von dem Wasser im Heizkreis keine größeren Wärmemengen abgegeben, weil die Vorrichtung 31 abgesperrt ist und das im Behälter 34 enthaltene Medium beheizt wird und im Nachtbetrieb Wärme abgibt.

Die beiden beschriebenen Anlagen sind nur Ausführungsbeispiele der Erfindung und können im Rahmen der Patentansprüche modifiziert werden. Insbesondere sind die angegebenen Temperaturen und die vorgesehenen Speichermedien nur dem Verständnis der Erfindung dienende Beispiele, die die Patentansprüche nicht einschränken sollen.

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Anmelder: LARS-ERIK BENGTSSON AB, Huddingevägen 103 B S-121 43 JOHÄNHESHOV/Schweden

Titel: Vorrichtung zum Speichern von Wärme

Patentansprüche

1) Vorrichtung zum Speichern von Wärme beispielsweise in einer Klimaanlage mit zumindest einem Heizkreis und einem Kühlkreis, wobei in den Heizkreis eine Heizanordnung, in den Kühlkreis eine Kühlanordnung eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Pleizkreis (1) und den Kühlkreis (2) eine Heizeinheit (17) bzw. eine Kühleinheit (18) eingeschaltet sind, um die Eingangstemperatur in jedem Kreis bei sich verändernden Heiz- bzw. Kühlanforderungen konstant zu halten, wozu jede dieser Einheiten eine Speichersubstanz mit einem vorgegebenen Schmelzpunkt enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichersubstanzen so gewählt sind, daß ihre Schmelzpunkte die gewünschte Eingangstemperatur von Heiz- und Kühlkreis sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizanordnung (7) einen Kondensator

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die Kühlanordnung (8) einen Verdampfer enthält, dia in einen Kühlkompressorkreis (11) eingeschaltet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als i\rbeitsmittel sin Strömungsmittel, vorzugsweise Wasser sowohl im Heizkreis (1) als auch im Kühlkreis (2) verwendet v/irti.

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