DE10354355A1 - Vorrichtung zum Temperieren von Räumen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Temperieren von Räumen
(1) mit wenigstens einem Luftkanal (4), der von der zu temperierenden
Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie
mit einem latentspeicherfähigen
Material in der Form eines latentspeicherfähigen Materials bzw. Phasenübergangsmaterials
durchströmt
werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kühlabschnitt
(3) und einen Heizabschnitt (2) aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material
in dem Kühlabschnitt
(3) einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material
in dem Heizabschnitt (2) und wobei in dem Kühlabschnitt (3) und dem Heizabschnitt
(2) jeweils Kanäle
(11, 12) vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt (3) ein Kühlmedium zu
führen
und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Kühlabschnitt
(3) Wärme
zu entziehen, und um den Heizabschnitt (2) mit Warmwasser zu durchströmen und
auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Heizabschnitt
(2) Wärmeenergie
zuzuführen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen mit wenigstens einem Luftkanal, der von der zu temperierenden Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie mit einem latentspeicherfähigen Material in der Form eines latentspeicherfähigen Materials bzw. Phasenübergangsmaterials durchströmt werden kann.
- Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise aus der DE-U-299 22 798.7 der Anmelderin bekannt. Diese Vorrichtungen besitzen einen Luftkanal, durch welchen eine zu kühlende Raumluft durch Konvektion oder zwangsgeführt mittels eines Gebläses an einem Phasenübergangsmaterial oder latentspeicherfähigen Material (PCM = Phase Change Material) vorbeigeführt wird, um die Raumluft unter Abgabe von Wärmeenergie an das PCM abzukühlen.
- Der Einsatz von Phasenübergangsmaterialien erfordert Regenerierungsphasen, in welchen das Material die aufgenommene Energie wieder abgeben kann. Um diese Regenerierungsphasen zu beschleunigen, weist die in der DE-U-29 22 798.7 beschriebene Vorrichtung ein aktives Kühlsystem auf. Konkret ist ein Kühlwasserkreislauf vorgesehen, durch welchen eine aktive Kühlung des latentspeicherfähigen Materials über einen Wasserkreislauf erfolgt, der wiederum luftgekühlt ist.
- Die bekannten Temperiervorrichtungen haben sich in der Praxis zwar durchaus bewährt. Die Bestrebungen gehen jedoch dahin, die Vorrichtungen universeller einsetzen zu können.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine effektive Klimatisierung gewährleistet und außerdem wirtschaftlich ist.
- Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie einen Kühlabschnitt und einen Heizabschnitt aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material in dem Kühlabschnitt einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material in dem Heizabschnitt und wobei in dem Kühlabschnitt und dem Heizabschnitt jeweils Kanäle vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt ein Kühlmedium zu führen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Kühlabschnitt Wärme zu entziehen, und um den Heizabschnitt mit Warmwasser zu durchströmen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Heizabschnitt Wärmeenergie zuzuführen. Der Erfindung liegt damit die Überlegung zugrunde, die Temperiervorrichtung so auszugestalten, daß sie sowohl für einen Kühlbetrieb als auch für einen Heizbetrieb einsetzbar und damit ganzjäh rig zur Temperierung von Räumen geeignet ist. Dabei weist das latentspeicherfähige Material in dem Kühlabschnitt einen niedrigeren Schmelzpunkt als das latentspeicherfähige Material in dem Heizabschnitt. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das latentspeicherfähige Material des Kühlabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 20° bis 25°C und insbesondere von 21° bis 23°C besitzt, während das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C besitzt. Im Kühlbetrieb wird beispielsweise nachts das latentspeicherfähige Material mit Luft oder auch Kaltwasser unter Abgabe von Wärmeenergie „gefroren", so daß der Kühlabschnitt „aufgeladen" wird, und tagsüber wird die Raumluft unter Aufnahme von Wärmeenergie gekühlt, wobei dann wieder ein Phasenwechsel in dem PCM-Material von fest auf flüssig stattfinden kann. Im Heizbetrieb wird das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts mit warmen Heizwasser, das beispielsweise eine Temperatur von 40°C besitzen kann, „aufgeladen", wobei das latentspeicherfähige Material Wärmeenergie aufnimmt und vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Tagsüber wird dann die durch den Heizabschnitt geführte Raumluft erwärmt, wobei das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts Wärmeenergie abgibt und dabei wieder in den festen Zustand versetzt wird.
- In an sich bekannter Weise kann dabei eine Fördervorrichtung insbesondere in Form eines Ventilators versehen sein, um die Raumluft durch den Luftkanal des Heizabschnitts bzw. des Kühlabschnitts zu transportieren. Hier bei ist es möglich, den Heizabschnitt und den Kühlabschnitt in serieller Weise zu durchströmen, wobei dann die Raumluft zuerst den Heizabschnitt durchströmt. Damit ist das Modul stets heizbereit. Alternativ ist es ebenfalls möglich, in dem Kühlabschnitt und in dem Heizabschnitt jeweils voneinander unabhängige Luftkanäle auszubilden, so daß im Heizbetrieb nur der Heizabschnitt und in einem Kühlbetrieb nur der Kühlabschnitt von der zu temperierenden Raumluft durchströmt wird.
- In bevorzugter Weise weisen der Kühlabschnitt und/oder der Heizabschnitt jeweils Wärmetauscherelemente auf, die mit einem Trägermaterial (Matrix) für die Einlagerung des PCM gefüllt sind, wobei diese Matrix aus Graphit oder Metall Hohlräume aufweist, welche mit dem latentspeicherfähigen PCM-Material von außen befüllt werden können. Nach der Imprägnierung der Matrix mit PCM werden die Oberflächen der Matrix versiegelt, damit das flüssige PCM nicht auslaufen kann. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, daß die Wärmeleitfähigkeit erhöht wird und zusätzlich die Struktur der Matrix eine Phasentrennung des latentspeicherfähigen Materials verhindert.
- Da die Gehäuse der Wärmetauschelemente mit Metall gefüllt sind, können auch brennbare Paraffine als speicherfähige Materialien eingesetzt werden. Diese haben den Vorteil, daß der gewünschte Schmelzpunkt, d.h. die Phasenübergangstemperatur, bei Paraffinen einfacher als bei üblicherweise eingesetzten Salzhydraten einstellbar ist.
- In Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Kanäle für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser in dem Metallschaum ausgebildet oder darin eingebettet sind, so daß bei dieser Ausführungsform die Kanäle innerhalb der Wärmetauscherelemente verlaufen und diese von innen her „aufgeladen" werden können. Alternativ hierzu können die Rohrleitungen für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser auch außenseitig an den Wärmetauschermodulen angebracht sein, wozu zweckmäßigerweise die Wärmetauschermodule an ihrer Außenseite Vertiefungen aufweisen, in welche die Rohrleitungen eingelegt werden können.
- Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
-
1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung in Vorderansicht, -
2 die Temperiervorrichtung aus1 im Längsschnitt II-II, -
3 in geschnittener Draufsicht die Vorrichtungen gemäß den1 und2 , -
4 in schematischer Darstellung ähnlich der1 eine Temperiervorrichtung mit einem Querstromventilator, -
5 die Vorrichtung aus4 im Längsschnitt V-V, -
6 im Querschnitt einen Wärmetauscherblock für den Einsatz in einer Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und -
7 eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauscherblocks für den Einsatz in einer Temperiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. - In den
1 und2 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren von Räumen gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Temperiervorrichtung1 umfaßt einen Heizabschnitt2 und einen Kühlabschnitt3 , die als modulartige Blockelemente getrennt voneinander ausgebildet und übereinander liegend angeordnet sind. Wie insbesondere die2 und3 gut erkennen lassen, sind in der Temperiervorrichtung1 zwei Luftkanäle4 vorgesehen, die sich von oben nach unten durch den Heizabschnitt2 und dann den Kühlabschnitt3 erstrecken und zwischen plattenförmigen Wärmetauschermodulen5 ausgebildet sind, welche parallel zueinander ausgerichtet und an ihren Stirnseiten miteinander verbunden sind. Die Wärmetauschermodule5 besitzen jeweils ein Modulgehäuse6 mit einem geeigneten PCM-Träger7 (Matrix), dessen Hohlräume, welche bis zu 90% des Gesamtvolumens betragen können, nach einem dafür geeigneten Verfahren mit einem flüssigen latentspeicherfähigen Material (PCM-Material)8 imprägniert sind und versiegelte Oberflächen besitzen. Dabei besitzt das latentspeicherfähige PCM-Material8 in den Wärmetauschermodulen5 des Kühlabschnitts3 einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt, der beispielsweise im Bereich von 21° bis 23°C liegt, während das PCM-Material8 des Heizabschnitts2 einen höheren Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C besitzt. Wie insbesondere die1 und3 zeigen, kann dieses PCM-Material8 in flüssigem Zustand in die Wärmetauschermodule5 durch einen Füllstutzen9 eingefüllt werden, der an der einen Stirnseite der Temperiervorrichtung1 vorgesehen ist, wobei an der gegenüberliegenden Seite ein Auslaß10 vorgesehen ist, durch welchen beim Einfüllen des PCM-Materials Luft entweichen kann. - In den PCM-Träger
7 der Wärmetauschermodule5 sind weiterhin Rohrleitungen11 ,12 eingebettet (siehe auch6 ). Diese Rohrleitungen11 ,12 dienen dazu, dem Heizabschnitt2 durch eine Warmwasserversorgung13 warmes Wasser zuzuführen und den Rohrleitungen13 der Wärmetauscherelemente des Kühlabschnitts3 Kaltwasser über eine entsprechende Kaltwasserversorgung14 zuzuführen. Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, anstelle von Wasser ein anderes flüssiges oder gasförmiges Medium zum Kühlen oder Heizen einzusetzen. - Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Rohrleitungen
11 ,12 jeweils Teil eines geschlossenen Kaltwasser- bzw. Warmwasserkreislaufes, wobei sowohl die Einlässe als auch die Auslässe der Rohrleitungen11 ,12 an der Unterseite der Temperiervorrichtung1 liegen. Dies hat zur Folge, daß die Rohrleitung11 für das Kaltwasser einlaß- und auch auslaßseitig jeweils einen Leitungsabschnitt besitzt, der durch den Heizabschnitt2 geführt ist. - In den
4 und5 ist eine weitere Temperiervorrichtung1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese besitzt den gleichen Aufbau wie die zuvor beschriebene Temperiervorrichtung mit der einzigen Ausnahme, daß die Temperiervorrichtung1 gemäß den4 und5 einen Querstromventilator17 aufweist, der auf den Kühlabschnitt3 aufgesetzt ist und dazu dient, zu temperierende Raumluft anzusaugen und in die Luftkanäle4 zu blasen. - Im Betrieb der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung
1 wird zu temperierende Raumluft entweder durch Konvektion oder mittels des Ventilators17 durch die Luftkanäle geführt, wobei ein Wärmetausch mit den PCM-Materialien der Wärmetauschermodule5 stattfindet. - Um mit der Temperiervorrichtung
1 heizen zu können, wird das PCM-Material8 in den Wärmetauschermodulen5 des Heizabschnitts2 beispielsweise in einem Nachtbetrieb „aufgeladen", indem warmes Wasser mit einer Temperatur von etwa 40°C, das über die Warmwasserversorgung13 zugeführt wird, durch die Rohrleitung12 des Heizabschnitts2 geführt wird, wobei das PCM-Material8 in dem Heizabschnitt2 Wärmeenergie aufnimmt und vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Tagsüber wird dann die durch den Heizabschnitt2 geführte Raumluft erwärmt, wobei das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts2 Wärmeenergie abgibt und dabei wieder in den festen Zustand versetzt wird. - Im Kühlbetrieb wird das PCM-Material
8 des Kühlabschnitts3 „aufgeladen", indem Kaltwasser durch die Rohrleitungen11 geführt wird, wobei das PCM-Material8 in dem Kühlabschnitt3 unter Abgabe von Wärmeenergie kristallisiert. Wenn dann tagsüber Raumluft durch die Temperiervorrichtung1 geführt wird, wird diese dann gekühlt, wobei das PCM-Material8 des Kühlsabschnitts3 Wärmeenergie aufnimmt und dabei wieder in den flüssigen Zustand überführt wird. - Zusammenfassend kann die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung
1 sowohl in einem Heizbetrieb als auch in einem Kühlbetrieb eingesetzt werden und ist somit ganzjährig zur Temperierung von Räumen einsetzbar. - In der zuvor beschriebenen Temperiervorrichtung
1 sind die Rohrleitungen11 ,12 für das Kalt- bzw. Warmwasser in die Wärmetauschermodule5 integriert. Alternativ ist es selbstverständlich möglich, die Rohrleitungen11 ,12 außenseitig an den Wärmetauschermodulen5 vorbeizuführen, wie dies in7 dargestellt ist. In diesem Fall sind in der Außenwand des Modulgehäuses6 zweckmäßigerweise Vertiefungen16 vorgesehen, in welche die Rohrleitungen11 ,12 eingelegt werden können. - Im übrigen ist es auch möglich, die Wandungen der Luftkanäle
4 direkt mit den entsprechenden PCM-Materialien8 zu belegen, so daß die PCM-Materialien8 in direktem Kontakt mit der zu temperierenden Raumluft kommen. Auch ist es nicht zwangsläufig erforderlich, Rohrleitungen11 ,12 vorzusehen, durch welche das Warm- bzw. Kaltwasser geführt wird. Alternativ kann zum Aufladen des Heizabschnitts2 bzw. des Kühlabschnitts3 entsprechend temperierte Luft bzw. Wasser mit einer gewünschten Temperatur direkt durch die Luftkanäle4 geführt werden.
Claims (12)
- Vorrichtung zum Temperieren von Räumen (
1 ) mit wenigstens einem Luftkanal (4 ), der von der zu temperierenden Raumluft unter Austausch von Wärmeenergie mit einem latentspeicherfähigen Material in der Form eines latentspeicherfähigen Materials bzw. Phasenübergangsmaterials durchströmt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kühlabschnitt (3 ) und einen Heizabschnitt (2 ) aufweist, wobei das latentspeicherfähige Material in dem Kühlabschnitt (3 ) einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das latentspeicherfähige Material in dem Heizabschnitt (2 ) und wobei in dem Kühlabschnitt (3 ) und dem Heizabschnitt (2 ) jeweils Kanäle (11 ,12 ) vorgesehen sind, um durch den Kühlabschnitt (3 ) ein Kühlmedium zu führen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Kühlabschnitt (3 ) Wärme zu entziehen, und um den Heizabschnitt (2 ) mit Warmwasser zu durchströmen und auf diese Weise dem latentspeicherfähigen Material in dem Heizabschnitt (2 ) Wärmeenergie zuzuführen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Luftkanal (
4 ) so ausgebildet ist, daß die zu temperierende Raumluft den Kühlabschnitt (3 ) und den Heizabschnitt (2 ) seriell durchströmt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlabschnitt (
3 ) und in dem Heizabschnitt (2 ) jeweils voneinander unabhängige Luftkanäle ausgebildet sind, so daß in einem Heizbetrieb nur der Heizabschnitt und in einem Kühlbetrieb nur der Kühlabschnitt von der zu temperierenden Raumluft durchströmt wird. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlabschnitt (
3 ) und der Heizabschnitt (2 ) jeweils wärmetauscherelemente (5 ) aufweist, die mit einer Graphit- oder Metallmatrix (7 ) für das latentspeicherfähige Material (8 ) gefüllt sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (
11 ,12 ) für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser in der Matrix (7 ) ausgebildet oder darin eingebettet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rohrleitungen (
11 ,12 ) für das Kühlmedium und/oder das Warmwasser außenseitig an den Wärmetauschermodulen (5 ) angebracht sind. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschermodule (
5 ) außenseitig Vertiefungen (16 ) für die Rohrleitungen (11 ,12 ) aufweisen. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als latentspeicherfähige Materialien brennbare Paraffine eingesetzt werden.
- Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das latentspeicherfähige Material des Kühlabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 20° bis 25°C, insbesondere von 21° bis 23°C hat.
- Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das latentspeicherfähige Material des Heizabschnitts einen Schmelzpunkt im Bereich von 30° bis 35°C hat.
- Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fördereinrichtung insbesondere in Form eines Ventilators vorgesehen ist, um die Raumluft durch den Luftkanal (
4 ) zu transportieren. - Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, um zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb umzuschalten.
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