DE19810725A1 - Method for cooling rooms in high ambient temperature conditions - Google Patents

Method for cooling rooms in high ambient temperature conditions

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Abstract

The cooling of buildings is performed by means of a ground heat accumulator (8) in the form of a serpent coil, whose heat is fed via heat exchanger (2) fixed to the walls in rooms. A closed circuit is formed with the heat exchanger, a circulating pump (6) and three-way valve (4). A branch of the valve forms a circuit with a heat pump (1) and a second circulating pump (5). In hot weather the valve is switched to the ground circuit to cool the room.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. Anlage ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device or system ent speaking the preamble of claim 1.

Zur Kühlung von Gebäuden bzw. -teilen werden heute in er­ ster Linie Wärmepumpen verwendet. Sie arbeiten meist nach dem Prinzip, daß der Kompressor die Kälte erzeugt und ein Lüfter sie dann in den zu kühlenden Raum transportiert. Einige Anlagen erhitzen dabei zusätzlich Brauchwasser.For cooling buildings or parts are in today line of heat pumps. They usually work on the principle that the compressor generates the cold and a Fan then transported them to the room to be cooled. Some systems also heat process water.

Der Hauptnachteil aller bisher genutzten Möglichkeiten, Kälte zu erzeugen, besteht eben darin, daß die Kälte erst erzeugt wird, obwohl sie schon vorhanden ist.The main disadvantage of all options used so far, To generate cold consists in the fact that the cold first is generated even though it already exists.

Nachteile: Energieverbrauch, Geräuschpegel, Größe und Ko­ sten dieser Anlagen, Eingriff in Gebäudestatik und -archi­ tektur durch Luftschächte.Disadvantages: energy consumption, noise level, size and Ko Most of these systems, intervention in building statics and architecture architecture through air ducts.

Vorteil der Erfindung: kaum Energieverbrauch, geräuschlose Kühlung, geringe Errichtungskosten, Platzeinsparung, keine Luftschächte, im Idealfall Kombination mit Gebäudeheizung und/oder deren Regelkreis möglich.Advantage of the invention: hardly any energy consumption, noiseless Cooling, low installation costs, space savings, none Air ducts, ideally combination with building heating and / or their control loop possible.

Lösung der Aufgabe: um effektiv Gebäude zu kühlen, wird die im Erdreich vorhandene Kälte mittels Leitungen, Wärmespei­ chermedium und Transportmittel in die Gebäude gefördert.Solution of the task: to effectively cool buildings, the Cold in the ground by means of pipes, heat storage medium and means of transport into the buildings.

Vorteile der Erfindung:
Advantages of the invention:

  • a) Einsparung von ( Elektro-)Energie mit den Folgevorteilen Ressourcenschonung, Umweltentlastung, Betriebskostenmini­ mierunga) Saving of (electrical) energy with the following advantages Conservation of resources, environmental relief, minimized operating costs lubrication
  • b) Verringerung der Errichtungskostenb) Reduction of construction costs
  • c) geräuschlose Funktionc) silent function
  • d) Einsparung von Platzd) saving space
  • e) weitere Verminderung der Errichtungskosten ist durch die Kombination von Heizung und Kühlung mögliche) further reduction of the construction costs is through the Combination of heating and cooling possible
  • f) auch die gemeinsame Temperaturregelung von Heizung und Kühlung ist möglichf) also the common temperature control of heating and Cooling is possible
  • g) es ist möglich, aber nicht zwingend notwendig, für Hei­ zung und Kühlung dieselben Wärmetauscher zu verwendeng) it is possible, but not essential, for Hei tion and cooling to use the same heat exchanger
  • h) Verbesserung der Innenansicht des Raumes durch Wegfall großer Bauteile und Schächteh) Improvement of the interior of the room by eliminating it large components and shafts
  • i) keine Zugluft, kein kalter Luftstromi) no drafts, no cold air flow
  • j) mehrere Möglichkeiten der Regelung des Kühlvorgangesj) several ways of regulating the cooling process
  • k) kaum Verschleiß, dadurch weitere Betriebskostenreduzie­ rungk) hardly any wear, thereby further reducing operating costs tion
  • l) hohe Standzeit bzw. Lebensdauer der Anlage.l) long service life or lifespan of the system.
Beispielbeschreibung einer PatentanmeldungExample description of a patent application a) Aufbaua) Structure

Die Anlage besteht aus einem Erdwärmetauscher (8), im ein­ fachsten Falle aus im Erdreich verlegten Rohrschlangen, aber auch Tiefenbohrungen und andere Variationen sind möglich.The system consists of a geothermal heat exchanger ( 8 ), in the simplest case from pipe coils laid in the ground, but also deep drilling and other variations are possible.

Von diesem Erdwärmetauscher laufen zwei Leitungen zum Ge­ bäude, wobei an eine, eventuell auch an beide, die Umwälz­ pumpe (6) angeschlossen ist. Es ist auch möglich, mehrere Leitungen zu verlegen.From this geothermal heat exchanger two lines run to the building, whereby the circulation pump ( 6 ) is connected to one, possibly to both. It is also possible to lay several lines.

Besteht die Heizung dieses Gebäudes aus einer Wärmepumpe mit Erdkreislauf, wird im Idealfall derselbe Wärmetauscher auch für die Kühlung verwendet. Es werden z. B. zwei T-Stücke gesetzt, und die Wärmepumpe und die Gebäudekühlung daran angeschlossen (an den Erdwärmetauscher (8)).If the heating in this building consists of a heat pump with an earth circuit, ideally the same heat exchanger is also used for cooling. There are e.g. B. set two T-pieces, and the heat pump and the building cooling connected to it (to the geothermal heat exchanger ( 8 )).

Die Umschaltung zwischen Wärmepumpe und Gebäudekühlung ge­ schieht im Schema durch die Umwälzpumpen (5), (6) und (7) sowie den Dreiwegehahn (4). Auch mechanische Absperrvor­ richtungen und/oder Magnetventile könnten diese Aufgabe übernehmen.The switchover between the heat pump and building cooling is done in the diagram by the circulation pumps ( 5 ), ( 6 ) and ( 7 ) and the three-way valve ( 4 ). Mechanical shut-off devices and / or solenoid valves could also take over this task.

Besteht die Heizung des Gebäudes nicht aus einer Wärmepumpe, so speist der Erdkreislauf nur die Gebäudekühlung.If the heating in the building does not consist of a heat pump, the earth circuit only feeds the building cooling.

Besteht die Gebäudekühlung aus denselben Gebäudewärmetau­ schern (2) wie die Gebäudeheizung, so ist auch kein extra Kreislauf notwendig. Die Einspeisung der Kühlung in die Ge­ bäudeheizung geschieht z. B. durch die Umwälzpumpen (5), (6) und (7) sowie durch einen Dreiwegehahn (4) mit Endschalter, der als mindestens einpoliger Umschalter ausgelegt sein sollte und die jeweiligen Endstellungen "Kühlen", im Schema dargestellt, oder "Heizen", an die Steuerung meldet, das heißt, der Hahn muß sich in einer Endstellung befinden. Auch andere Endschalterformen sind möglich. Auch die Zahl der Umwälzpumpen könnte zugunsten von Absperreinrichtungen reduziert werden.If the building cooling system consists of the same building heat exchangers ( 2 ) as the building heating system, no additional circuit is necessary. The supply of cooling in the Ge building heating is done for. B. by the circulation pumps ( 5 ), ( 6 ) and ( 7 ) and by a three-way valve ( 4 ) with limit switch, which should be designed as at least a single-pole switch and the respective end positions "cooling", shown in the diagram, or "heating" , reports to the control, that is, the tap must be in an end position. Other forms of limit switches are also possible. The number of circulation pumps could also be reduced in favor of shut-off devices.

Wird für die Kühlung jedoch ein eigener Kreislauf mit eige­ nen Gebäudewärmetauschern geschaffen, so entfällt auch die Möglichkeit der Einspeisung.For cooling, however, a separate circuit with its own building heat exchangers, this also does not apply Possibility of feeding.

Als Wärmetauscher können Heizkörper verwendet werden. Diese sollten sich im Raum oben befinden, wenn nur gekühlt wird, unten befinden, wenn nur geheizt wird, und sie sollten im Raum von oben bis unten reichen, wenn geheizt oder gekühlt wird. Möglich ist auch, die Wärmetauscher (2) in die Wände mit der oben beschriebenen Anordnung einzulassen. Wird Fuß­ bodenheizung verwendet, so installiert man die Heizung im Fußboden und die Kühlung im Fußboden des Raumes darüber, der dann allerdings keine Wärmeisolierung zur selben Decke haben dürfte, oder man bringt die Kühlung in die Decke ein oder an der Decke an.Radiators can be used as heat exchangers. These should be in the room above when cooling only, below when heating only, and they should be in the room from top to bottom when heating or cooling. It is also possible to let the heat exchangers ( 2 ) into the walls with the arrangement described above. If floor heating is used, the heating is installed in the floor and the cooling in the floor of the room above it, which, however, should not have thermal insulation to the same ceiling, or the cooling is installed in the ceiling or on the ceiling.

Wird die Raumluft jedoch mit Hilfe von Lüftern zirkuliert, so können die Gebäudewärmetauscher (2) beliebig im Raum po­ sitioniert werden. However, if the room air is circulated with the help of fans, the building heat exchangers ( 2 ) can be positioned anywhere in the room.

Die Regelung funktioniert im einfachsten Fall durch eine Sollwertvorgabe und eine Istwerterfassung, deren Vergleich und Auswertung der dabei auftretenden Differenz. Diese Differenz wird einer Auswerteeinheit zugeschickt, die sie in Richtung und Größe analysiert und Heizung oder Kühlung in entsprechender Intensität auslöst.In the simplest case, the regulation works with a Setpoint specification and an actual value acquisition, their comparison and evaluation of the difference that occurs. This Difference is sent to an evaluation unit, which it analyzed in direction and size and heating or cooling triggers in appropriate intensity.

Die Regelung für Heizung und Kühlung kann gemeinsam, teil­ weise gemeinsam oder vollständig getrennt erfolgen. Wird ein separater Kreislauf verlegt, so besteht die Mög­ lichkeit, nur einige Räume mit der Kühlung auszustatten, z. B. Räume mit Fenstern nach Süd, Wohn- und Schlafräume und/oder Räume im Dachgeschoß.The regulation for heating and cooling can be common, part be done together or completely separately. If a separate circuit is installed, the possibility exists possibility to equip only some rooms with cooling, e.g. B. Rooms with south-facing windows, living rooms and bedrooms and / or rooms on the top floor.

Es ist auch möglich, die Luft außerhalb des zu kühlenden Raumes abzukühlen und sie dann über Schächte oder andere Luftleitungen zuzuführen und die erwärmte Luft wieder abzuführen.It is also possible to cool the air outside of the Cool down the room and then over shafts or others Supply air lines and the heated air again dissipate.

Das kalte Wärmespeichermedium, im Idealfalle Wasser, kann mit nahezu konstanter Temperatur in die Kühlung eingespeist werden oder man variiert dessen Temperatur durch einen By­ paß, Mischer oder andere Vorrichtungen, etwa im Bereich +5 . . . +20°C.The cold heat storage medium, ideally water, can fed into the cooling system at an almost constant temperature or you can vary its temperature with a by pass, mixer or other devices, such as in the area +5. . . + 20 ° C.

Es ist auch möglich, auf den Kreislauf des Wassers zu ver­ zichten und es nach Passieren des Gebäudewärmetauschers (2) nicht mehr zu verwenden, d. h. ablaufen zu lassen. Dies ist mit Trinkwasser zwar möglich, aber sicher kostspielig. Gün­ stiger ist sicher die Nutzung von Brunnenwasser oder anderen Quellen. Diese Variante kann jedoch nur als Notlösung be­ trachtet werden, es sei denn, das Wasser wird weiterhin nach Passieren des Gebäudewärmetauschers als Trink- bzw. Brauch­ wasser genutzt. Der Gebäudewärmetauscher (2) hätte hier die Zusatzfunktion eines Wasservorerwärmers.It is also possible to dispense with the circulation of the water and to stop using it after passing the building heat exchanger ( 2 ), ie to let it run off. This is possible with drinking water, but it is certainly expensive. Gün stiger is sure to use well water or other sources. However, this variant can only be considered as an emergency solution, unless the water continues to be used as drinking or process water after passing through the building heat exchanger. The building heat exchanger ( 2 ) would have the additional function of a water preheater here.

Die Dimensionierung von Kühlfläche und -leistung sollte nach den gleichen Kriterien wie bei der Wärmepumpenheizung erfol­ gen, d. h. 1-1,2 grd Abweichung der Außentemperatur sollte eine Temperaturänderung des Wärmespeichermediums von 1 grd nach sich ziehen.The dimensioning of the cooling surface and performance should be based on the same criteria as for heat pump heating gen, d. H. 1-1.2 grd deviation in outside temperature should a temperature change of the heat storage medium of 1 grd entail.

Die Dimensionierung des Erdwärmetauschers (8) sollte der notwendigen Kühlfläche entsprechen, im Maximalfall sollte sie so groß wie der Wärmetauscher der Heizung gewählt werden. The dimensioning of the geothermal heat exchanger ( 8 ) should correspond to the necessary cooling surface, in the maximum case it should be chosen as large as the heat exchanger of the heating.

b) Funktionb) Function

Bei hohen Außentemperaturen wird der Dreiwegehahn (4) auf "Kühlen" gestellt oder andere Umstellmöglichkeiten ge­ tätigt. Wurden Magnetventile oder Umwälzpumpen als Umstell­ einheit installiert, so erledigt die automatische Steuerung die Umschaltung.At high outside temperatures, the three-way valve ( 4 ) is set to "cooling" or other changeover options are carried out. If solenoid valves or circulation pumps have been installed as a changeover unit, the automatic control does the switchover.

Steigt nun die Zimmertemperatur über einen kritischen Wert, wird die Kühlung durch Zuschalten der Umwälzpumpe (6) in Betrieb genommen. Zur Variation der Kühlung gibt es folgen­ de Möglichkeiten:
If the room temperature now rises above a critical value, the cooling is started by switching on the circulation pump ( 6 ). There are the following options for varying the cooling:

  • - Umwälzpumpe (6) ist in ihrer Drehzahl variabel- The circulation pump ( 6 ) is variable in its speed
  • - Umwälzpumpe (6) erhält eine variable Kurzschlußstrecke (9)- Circulation pump ( 6 ) receives a variable short-circuit path ( 9 )
  • - es wird ein Bypaß bzw. Mischer installiert, der die Tem­ peratur des Kaltwassers variiert- A bypass or mixer is installed, the tem cold water temperature varies
  • - Umwälzpumpe (6) arbeitet im Intervallbetrieb- Circulation pump ( 6 ) works in interval mode
  • - Umwälzpumpe (6) arbeitet ständig, wobei jeder Raum durch sein eigenes Thermostatventil geregelt wird- Circulation pump ( 6 ) works continuously, with each room being regulated by its own thermostatic valve

All diese Maßnahmen können einzeln oder auch miteinander kombiniert verwirklicht werden. Sie können noch ergänzt werden durch eine Zeitschaltuhr, da die größte Hitze tags­ über auftritt, oder je nach Anwesenheit der Personen ge­ kühlt werden soll. All of these measures can be taken individually or together can be realized in combination. You can still add are by a timer since the greatest heat is during the day about occurs, or depending on the presence of people ge to be cooled.  

Erläuterung zur ZeichnungExplanation of the drawing

Auf dem Bild ist eine Wärmepumpenheizung dargestellt, die auch über die Möglichkeit der Kühlung verfügt.The picture shows a heat pump heater that also has the possibility of cooling.

Die Umschaltung zwischen "Heizen" und "Kühlen" ge­ schieht mit einem Dreiwegehahn, die Förderleistung der Um­ wälzpumpe "Kühlen" geschieht mit einer variablen Kurz­ schlußstrecke.Switching between "heating" and "cooling" ge with a three-way valve, the delivery rate of the order Rolling pump "cooling" is done with a variable short final stretch.

Folgende weitere Anlagenteile wurden eingezeichnet:
1 Wärmepumpe, auf die Darstellung des Brauchwasser-Kreis­ laufes wurde verzichtet, da dieser hier nicht von Bedeutung ist
2 Gebäudewärmetauscher bzw. Heizkörper zum Heizen oder Kühlen
3 Regelventil des Heizkörpers, hier wird ein kombi­ niertes Ventil zum Heizen und Kühlen verwendet
4 Dreiwegehahn für die Umschaltung zwischen "Heizen" und "Kühlen", im Bild ist die Betriebsart "Kühlen"-dargestellt. Auf "Heizen" wird umgestellt, indem man den Hahn um 90° nach links (gegen den Uhrzeigersinn) dreht
5 Umwälzpumpe für die Betriebsart "Heizen"
6 Umwälzpumpe für die Betriebsart "Kühlen"
Umwälzpumpe 5 und 6 können nie gemeinsam betrieben werden
7 Umwälzpumpe für den Erdkreislauf, auch Solepumpe genannt
8 Erdkreislauf, dieser gewährleistet Kühlung, Heizung und Brauchwassererwärmung.The following other parts of the plant were drawn in:
1 heat pump, the process water circuit is not shown because it is not important here
2 building heat exchangers or radiators for heating or cooling
3 Control valve of the radiator, here a combined valve is used for heating and cooling
4 Three-way valve for switching between "heating" and "cooling", the operating mode "cooling" is shown in the figure. Switch to "heating" by turning the tap 90 ° to the left (counterclockwise)
5 Circulation pump for the "heating" operating mode
6 Circulation pump for the "cooling" operating mode
Circulation pumps 5 and 6 can never be operated together
7 Circulation pump for the earth circuit, also called brine pump
8 Earth circuit, this ensures cooling, heating and hot water heating.

Claims (9)

1. Anlage zur Förderung eines Wärmespeichermediums vom Erd­ reich (8) zum zu kühlenden Gebäude (2), dadurch gekennzeichnet, daß es in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert wird, d. h. vom Gebäudewärmetauscher (2) in den Erdwärmetauscher (8) wieder zurückfließt,
  • - daß es zur Kühlung dieselben Gebäudewärmetauscher (2) wie für die Heizung verwendet, die dann zu modifizieren wären,
  • - daß es für die Kühlung dieselbe Regelung verwendet wie für die Heizung, die dann zu modifizieren wäre,
  • - daß Heizkörper (2), an der Wand befestigt und über bestimm­ te Maße verfügend, zum Einsatz kommen,
  • - daß die Gebäudeheizung durch eine Wärmepumpe (1) geleistet wird,
  • - daß der Erdwärmetauscher aus im Erdreich verlegten Rohr­ schlangen (8) besteht,
  • - daß kalte bzw. heiße Luft in dem Raum erzeugt werden, wo sie benötigt werden,
  • - daß die Temperatur des Wärmespeichermediums durch einen Bypaß oder Mischer variiert wird.
1. Plant for conveying a heat storage medium from the earth ( 8 ) to the building to be cooled ( 2 ), characterized in that it is circulated in a closed circuit, ie flows back from the building heat exchanger ( 2 ) into the geothermal heat exchanger ( 8 ),
  • - That it uses the same building heat exchanger ( 2 ) for cooling as for heating, which would then have to be modified,
  • - that it uses the same control for cooling as for heating, which would then have to be modified,
  • - That radiators ( 2 ), attached to the wall and having certain dimensions, are used,
  • - That the building heating is provided by a heat pump ( 1 ),
  • - That the geothermal heat exchanger consists of pipes laid in the ground ( 8 ),
  • - that cold or hot air is generated in the room where it is needed,
  • - That the temperature of the heat storage medium is varied by a bypass or mixer.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmespeichermedium nach Durchfluß durch den Gebäudewärmetauscher nicht weiter ver­ wendet wird, d. h. der Kreislauf offen ist.2. Plant according to claim 1, characterized in that the heat storage medium after Flow through the building heat exchanger no further ver is applied, d. H. the cycle is open. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung ein separater Kreislauf und separate Gebäudewärmetauscher (2) geschaffen werden.3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that a separate circuit and separate building heat exchanger ( 2 ) are created for cooling. 4. Anlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung ein extra Re­ gelkreis installiert wird, der vom Heizregelkreis ganz oder teilweise getrennt wird.4. Plant according to claim 1, 2 or 3, characterized in that an extra Re for cooling gelkreis is installed, the whole of the heating control loop or partially separated. 5. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebäudewärmetauscher (2) in der Wand bzw. im Fußboden bzw. in der Decke befestigt werden.5. Plant according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the building heat exchanger ( 2 ) in the wall or in the floor or in the ceiling are attached. 6. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebäude über eine beliebi­ ge andere Heizungsart verfügt, z. B. Öl-, Gas-, Kohle-, Holz­ feuerung, Fernwärmeanschluß bzw. Elektro- oder Solar­ heizung.6. Plant according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the building over an arbitrary has a different type of heating, e.g. B. oil, gas, coal, wood firing, district heating connection or electrical or solar heater. 7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdwärmetauscher (8) nicht aus Rohrschlangen besteht, sondern z. B. durch Tiefenboh­ rung oder -schuß hergestellt wurde oder jegliche andere Form aufweist. 7. Plant according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the geothermal heat exchanger ( 8 ) does not consist of coils, but z. B. was made by Tiefenboh tion or shot or has any other shape. 8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kalte bzw. warme Luft von außen dem Raum zugeführt wird.8. Plant according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized in that the cold or warm air is fed into the room from the outside. 9. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmespei­ chermediums nicht gezielt variiert werden kann.9. Plant according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that the temperature of the heat storage medium cannot be specifically varied.
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