DE19903743A1 - Kühlwasserbereitstellung mittels Phasenwechselspeicher - Google Patents
Kühlwasserbereitstellung mittels PhasenwechselspeicherInfo
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Abstract
Die Kühlwasserbereitstellung mit Phasenwechselspeichern erfolgt üblicherweise in Systemen mit auf dem Kompressions-, Absorptions- und Adsorptionsverfahren beruhenden Kältemaschinen. Die bedeutet einen hohen energetischen und apparativen Aufwand auch für Anwendungsfälle, bei denen das Temperaturniveau der bereitzustellenden Kälte höher liegen kann als das mit den Kältemaschinen erreichbare Niveau. Dieser Aufwand soll durch das neue System deutlich verringert werden. DOLLAR A Das neue System umfaßt nur die Hauptbestandteile Kühlturm (2), Phasenwechselspeicher (1) und Wärmetauscher (3). Die Speicherung der Kühlenergie erfolgt nachts und in den frühen Morgenstunden durch Inbetriebnahme des Wasserkreislaufes zwischen dem Kühlturm (2) und dem Phasenwechselspeicher (1), wobei die Phasenwechseltemperatur des Stoffes im Speicher so liegt, daß auch im wärmsten Monat des Jahres das im Kühlturm (2) abgekühlte Wasser Erstarrungswärme abführt. Die Kühlwasserbereitstellung erfolgt durch Inbetriebnahme des Wasserkreislaufes zwischen dem Phasenwechselspeicher (1) und dem Wärmetauscher (3) unter Aufnahme von sensibler und Schmelzwärme durch den Phasenwechselstoff. Dabei ist der Wasserkreislauf zwischen dem Kühlturm (2) und dem Phasenwechselspeicher (1) außer Betrieb. DOLLAR A Kostengünstige Kühlwasserbereitstellung.
Description
Der Einsatz von Phasenwechselspeichern wie z. B. Eisspeichern oder Paraffinspeichern zur
Kühlwasserbereitstellung erfolgt üblicherweise in Verbindung mit Kältemaschinen, die auf
dem Kompressions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren beruhen. Ein Kältemittel
kreislauf, der durch Zufuhr von mechanischer Energie beim Kompressionsverfahren und von
thermischer Energie beim Absorptions- und Adsorptionsverfahren aufrechterhalten wird,
sorgt dabei für die Erzeugung der zu speichernden Kälte, wobei meist ein Kühlturm der
Verbesserung der Leistungszahl bzw. des Wärmeverhältnisses der Kälteerzeugung dient.
Dies bedeutet einen hohen energetischen und apparativen Aufwand auch für Anwen
dungsfälle, bei denen das Temperaturniveau der bereitzustellenden Kälte deutlich höher
liegen kann als das mit dem Kompressions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren
erreichbare Niveau.
Der im Schutzanspruch angegeben Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kühlwasser
bereitstellung mittels Phasenwechselspeicher 1 zu schaffen, die ohne auf dem Kompres
sions-, Absorptions- oder Adsorptionsverfahren beruhende Kälteerzeugung auskommt.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst. Die
Kühlwasserbereitstellung erfolgt lediglich mit Hilfe eines Phasenwechselspeichers 1, der in
den kühlen Nacht- und Morgenstunden durch einen Wasserkreislauf mit einem offenen
Kühlturm 2 bei Nutzung des Verdunstungseffektes ausgekühlt wird und der tagsüber durch
einen zweiten Wasserkreislauf Wärme über Wärmetauscher 3 vom zu kühlenden Objekt
aufnehmen kann.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß für viele Anwendungsfälle eine umweltschonende
Kühlwasserbereitstellung mit minimalem energetischen und apparativen Aufwand erfolgt.
Ein solches System zeichnet sich aufgrund der Einfachheit und nur weniger bewegter Teile
auch durch eine hohe Lebensdauer aus. Der offene Kühlturm 2 kann tagsüber für andere
Kühlzwecke genutzt werden. Es sind nur Sprühwasser- und Verdunstungsverluste
auszugleichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 erläutert. Die vorliegende
Erfindung bezieht sich hier auf ein System zur Kühlung eines Raumes unter Nutzung der
niedrigeren Außenluftenthalpie nachts und in den frühen Morgenstunden gegenüber dem
Tag. Es ist besonders geeignet für Gegenden mit großen Außenluftenthalpiedifferenzen
zwischen Tag und Nacht. Das Kühlsystem wird von den Hauptbestandteilen offener
Kühlturm 2, Phasenwechselspeicher 1 und Wärmetauscher 3 zur Wärmeabfuhr aus dem zu
kühlenden Raum 4 gebildet. Offener Kühlturm 2, Phasenwechselspeicher 1 und Wärme
tauscher 3 sind durch Rohr- bzw. Schlauchleitungen zur Führung von Wasser verbunden.
Mit dem offenen Kühlturm 2 wird Wasser nahezu auf Kühlgrenztemperatur abgekühlt. Die
Kühlgrenztemperatur ist die niedrigste Temperatur, auf die man Wasser mit Luft
vorgegebenen Zustandes durch Ausnutzung des Verdunstungseffektes abkühlen kann. Sie
liegt, abhängig von der Luftfeuchte, unterhalb der Außenlufttemperatur. Für eine Außen
lufttemperatur von 16°C beträgt sie 15°C bei einer relativen Feuchte von 90% und 14°C bei
80%. Aus den Tagesgängen der Außenlufttemperatur im Hauptauslegungsmonat für die
Kühllastberechnung Juli (Quelle: VDI-Richtlinien, VDI 2078, Berechnung der Kühllast
klimatisierter Räume, 1994) geht hervor, daß zwischen 200 Uhr und 500 Uhr für weite Gebiete
Deutschlands die Werte zwischen 15°C und 17°C liegen. Die relative Feuchte beträgt dabei
etwas weniger als 90%. In allen anderen Monaten liegen die entsprechenden Außen
lufttemperaturen niedriger. Im zweiten Hauptauslegungsmonat, dem September, haben sie
zwischen 200 Uhr und 600 Uhr Werte von 9,5°C bis 13°C.
Der offene Kühlturm 2, der nur in den Nacht- und frühen Morgenstunden in Betrieb ist,
kühlt den Phasenwechselspeicher 1 durch Zufuhr von Wasser mit Temperaturen von unter
ca. 16°C. Nur an sehr wenigen Sommertagen wird diese Temperatur überschritten.
Der Phasenwechselspeicher 1 enthält für das hier beschriebene Beispiel als Phasen
wechselstoff Paraffin mit einer Schmelztemperatur von ca. 16°C und einer spezifischen
Schmelzenthalpie von etwa 190 kJ/kg. Der Speicher 1 ist so gestaltet, daß Raum zum
Durchströmen mit Wasser bei möglichst großer Wärmeübertragungsfläche vorhanden ist.
Beim Durchströmen mit Wasser aus dem offenen Kühlturm 2 wird das Paraffin gekühlt und
erstarrt unter Abgabe der Schmelzenthalpie. In einem Speicher mit einem Volumen von 1 m3
mit 700 kg Paraffin kann somit Kühlenergie von ca. 37 kWh bei einem Temperaturniveau
von ca. 16°C gespeichert werden.
Bei einem nur mit Wasser gefüllten Speicherbehälter gleichen Volumens ergäbe sich für den
hier beschriebenen Sachverhalt ein deutlich geringeres Speichervermögen. Zum Zwecke der
Raumkühlung ist eine Zufuhr von Wasser zum Wärmetauscher 3 des Raumes 4 mit Tempe
raturen von maximal ca. 23°C sinnvoll. Bei der Erwärmung von 1000 kg Wasser eines
Speichers von 16°C auf 23°C könnte eine Wärme von nur ca. 8,1 kWh aus einem zu
kühlenden Raum aufgenommen werden.
Nach der Wärmeabfuhr aus dem Phasenwechselspeicher 1 werden der offene Kühlturm 2
und der Wasserkreislauf zwischen dem Phasenwechselspeicher 1 und dem offenen Kühlturm
2 außer Betrieb gesetzt. Bei Bedarf wird danach der Wasserkreislauf in Betrieb genommen,
der den Phasenwechselspeicher 1 mit dem Wärmetauscher 3 zur Wärmeaufnahme aus dem
zu kühlenden Raum 4 verbindet. Nach Durchströmung des Phasenwechselspeichers 1 tritt
Wasser mit einer Temperatur von ca. 18°C in den Wärmetauscher 3. Diese Temperatur
reicht aus, um mit Wärmetauschern in Form von Kühldecken Wärme durch freie Konvektion
und Strahlung aus Räumen abzuführen. Eine intensivere Wärmeabfuhr ist durch zwangs
belüftete Rippenrohrwärmetauscher möglich. Die vom Wärmetauscher 3 aufgenommene
Wärme führt zum Erwärmen und Schmelzen des Paraffins im Phasenwechselspeicher 1.
Claims (1)
- Bereitstellung von Kühlwasser mittels Phasenwechselspeicher (1), wobei
- - das System aus den Hauptbestandteilen offener Kühlturm (2), Phasenwechselspeicher (1) und Wärmetauscher (3) besteht,
- - die Speicherung von Kühlenergie im Phasenwechselspeicher (1) nachts und in den frühen Morgenstunden durch Inbetriebnahme des Wasserkreislaufes zwischen dem offenen, zwangsbelüfteten oder mit Naturzug arbeitenden Kühlturm (2) und dem Phasenwechselspeicher (1) erfolgt,
- - die Phasenwechseltemperatur des Stoffes im Speicher dabei so liegt, daß auch im wärmsten Monat des Jahres das im offenen Kühlturm (2) abgekühlte Wasser in der Lage ist, nachts und in den frühen Morgenstunden Erstarrungswärme abzuführen,
- - die Bereitstellung von Wasser für Kühlzwecke durch Inbetriebnahme des Wasser kreislaufes zwischen dem Phasenwechselspeicher (1) und einem oder mehreren wärme aufnehmenden Wärmetauschern (3) unter Aufnahme von sensibler und Schmelzwärme durch den Phasenwechselstoff erfolgt. Dabei ist der Wasserkreislauf zwischen dem offenen Kühlturm (2) und dem Phasenwechselspeicher (1) außer Betrieb.
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Family Applications (1)
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