DE3409480C2

DE3409480C2 -

Info

Publication number: DE3409480C2
Application number: DE3409480A
Authority: DE
Inventors: Herbert 4044 Kaarst De Schmitz
Original assignee: MEYER RUD OTTO 2000 HAMBURG DE
Current assignee: MEYER RUD OTTO 2000 HAMBURG DE
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1988-08-04
Also published as: DE3409480A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kältespeicher für gebäude technische Anlagen, z.B. Klimaanlagen, mit einem Eiswas ser-Primärkreis, welcher einen Eisspeicher aufweist, der in einem isolierten Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist und mit einer Kälteerzeugungsanlage in Verbindung stehende Wärmetauscherelemente aufweist, die wahlweise mit Eisstär kefühlern ausgerüstet sind, welche mit einer Regeleinrich tung der Kälteerzeugungsanlage verbunden sind und wobei im Eisspeicher mittels Leitwänden Umlenkkanäle zwischen Was serzulauf und Wasserablauf ausgebildet sind und jedem Wasserzulauf ein Rührwerk zugeordnet ist.

Ein vergleichbarer Kältespeicher ist bereits durch die GB-PS 6 36 635 bekannt geworden. Bei diesem Kältespeicher ist jedoch keine kontinuierliche Entnahme von Eiswasser vorgesehen. Diese soll vielmehr nur bei Bedarf erfolgen. Nach dem DE-GM 19 77 833 ist ein weiterer Eisspeicher bekannt, bei dem durch Einbau von Leitwänden ein mäander förmiger Kanal für das umzuwälzende Wasser gebildet wird, um eine Queranströmung der Verdampferrohre zu erzielen. Da dieser Eisspeicher an den Wasseransaug- und -austritts stellen offen ist, dringt beim Betrieb der Pumpe des Eis wasser-Primärkreises und Stillstand des Rührwerks erwärm tes Wasser unkontrolliert in den Eisspeicher ein. Hier durch wird das Eis im Eisspeicher ungeregelt und unregel mäßig abgetaut, was zu Störungen des Betriebs des Eisspei chers durch Zusammenbacken des Eises führen kann. Wegen dieser Nachteile ist es nicht möglich, bekannte Eisspei cher mit einem Sprinklerreservoir für Sprinkleranlagen für den Brandschutz zu kombinieren, was gerade bei großen Gebäuden wegen des geringen Platzbedarfes von Vorteil wäre.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kältespei cher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er die unmittelbare Verbindung eines Sprinklerreservoirs mit einem Eisspeicher in einem gleichen Flüssigkeitsstrom derart ermöglicht, daß am Auslauf des Eisspeichers eine stets gleiche Eiswassertemperatur gewährleistet und für das gesamte Sprinklerreservoir bei allen Betriebszuständen wie alleiniger Betrieb der Rührwerke, Betrieb der Rührwer ke und des Primärkreises sowie Betrieb des Primärkreises bei Stillstand der Rührwerke eine gleichmäßige Durchströ mung gewährleistet ist, daß ferner bei stillstehenden Rührwerken eine möglichst geringe Vermischung des Zulauf wassers aus dem Primärkreis mit dem Speicherwasser erfolgt und daß ferner ein solcher Kältespeicher zur Versorgung von gebäudetechnischen Einrichtungen mit Kaltwasser einge setzt werden kann, bei denen der das Kaltwasser liefernde verbraucherseitige Wärmetauscher in dem mit dem Kältespei cher verbundenen Wärmekreis angeordnet ist.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und nachstehend am Beispiel der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt.

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Anlage zur Kälteerzeugung mit einem zwischengeschalteten Kältespeicher zur Versorgung eines einem Ver braucher zugeordneten Sekundärkreises,

Fig. 2 einen in einen isolierten Flüssigkeitsbehälter integrierten Eisspeicher in der Draufsicht,

Fig. 3 den isolierten Flüssigkeitsbehälter mit integrier tem Eisspeicher nach Fig. 2 in der Seitenansicht im Schnitt A-A,

Fig. 4 eine weitere Ausbildung eines in einen isolierten Flüssigkeitsbehälter integrierten Eisspeichers in der Draufsicht im Ausschnitt,

Fig. 5 den isolierten Flüssigkeitsbehälter mit integrier tem Eisspeicher nach Fig. 4 in der Seitenansicht im Schnitt B-B,

Fig. 6 eine Queransicht des isolierten Flüssigkeitsbehäl ters mit integriertem Eisspeicher nach Fig. 2 im Schnitt C-C,

Fig. 7 ein Diagramm über die temperaturabhängige Änderung der Wichte des in dem Eiswasser-Primärkreislauf geführten Wassers.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage 1 zur Kälteerzeugung mit zwischengeschaltetem Kältespeicher zur Versorgung eines Kälteverbrauchers wie z.B. einer lufttechnischen Anlage 60 besteht aus einem Kaltwasser-Sekundärkreis 2, einem Eis wasser-Primärkreis 3 und einer Kälteerzeugungsanlage 30. Der Kaltwasser-Sekundärkreislauf 2 ist mit einem Wärmetau scher 11 verbunden, der von Eiswasser des Eiswasser-Primär kreises 3 beaufschlagt wird. Der Eiswasser-Primärkreis 3 weist eine Eisspeicheranlage 29 auf, in der Wärmetauscher elemente 33 angeordnet sind, die über einen Kühlmittelvor lauf 31 und einen Kühlmittelrücklauf 32 mit der Kälteer zeugungsanlage 30 verbunden sind.

Vorlauf 5 und Rücklauf 6 sind mit dem verbraucherseitigen Wärmetauscher 10 verbunden, der z.B. im Luftkanal 19 einer lufttechnischen Anlage 60 angeordnet sein kann. Zwischen dem Vorlauf 5 und dem Rücklauf 6 ist ein Beipaß 7 ausge bildet, der ein Ventil 8 aufweist, das als Drosselventil ausgebildet ist. In dem Strangabschnitt des Rücklaufes 6 zwischen dem Beipaß 7 und dem Wärmetauscher 10 ist ein weiteres Ventil 9 angeordnet. In dem Strangabschnitt des Rücklaufs zwischen dem Beipaß 7 und Wärmetauscher 11 be findet sich eine Umwälzpumpe 4. Die Drehzahl der Umwälz pumpe 4 wird in Abhängigkeit von dem zur Versorgung des verbraucherseitigen Wärmetauschers 10 erforderlichen Dif ferenzdruck geregelt. Hierzu ist ein Regler 20 vorgesehen, der mit dem Antriebsmotor der Umwälzpumpe 4 verbunden ist. Der Regler 20 steht mit Druckfühlern 23, 25 im Bereich der Anschlüsse des Beipasses 7 an den Vorlauf bzw. Rücklauf 6 in Verbindung.

Die Durchströmmenge im Beipaß 7 wird ebenfalls durch eine Differenzdruckregelung mittels eines Reglers 21 geregelt. Der Regler 21 ist mit dem Stellglied des Ventils 8 und Druckfühlern 22, 24 verbunden, die ebenfalls im Bereich der Anschlüsse des Beipasses 7 an den Vorlauf 5 und den Rücklauf 6 vorgesehen sind. Das Ventil 9 ist mit einem Regler 17 verbunden, der mit einem Temperaturfühler 18 im Luftkanal 19 der lufttechnischen Anlage 60 in Wirkverbin dung steht.

Die im Rücklauf 13 des Eiswasser-Primärkreises 3 angeord nete Umwälzpumpe 14 kann in der Drehzahl mittels des Reg lers 26 geregelt werden. Die Regelung erfolgt in Abhängig keit von der Kaltwassertemperatur des Kaltwasser-Sekundär kreises 2. Hierzu ist der Regler 26 mit zwei Temperatur fühlern 28, 28 a verbunden, von den der Temperaturfühler 28 a im Vorlauf 5 und der Temperaturfühler 28 im Rücklauf 6 des Kaltwasser-Sekundärkreises 2 angeordnet ist. Ein wei terer Temperaturfühler 27 ist im Rücklauf 13 des Eiswas ser-Primärkreises 3 vorgesehen und ebenfalls mit dem Reg ler 26 verbunden.

Ausführungsformen der Eisspeicheranlage 29 sind in den Fig. 2 bis 6 dargestellt. Die Eisspeicheranlage 29 besteht aus einem isolierten Flüssigkeitsbehälter 34 bzw. 35 und einem Eisspeicher 36. Der Eisspeicher 36 ist in den jeweiligen isolierten Flüssigkeitsbehälter integriert. Der Eisspeicher 36 ist mittels Lenkblechen 37 und vertikalen Leitwänden 38 in Umlenkkanäle 39 unterteilt. Randseitig an dem Eisspeicher 36 ist jeweils ein Rührwerk 47 vorgesehen, das aus einer mittels eines Antriebsmotors 53 angetriebe nen Ansaugpumpe 46 besteht. Die Rührwerk-Ansaugöffnungen 48, die den Eisspeicher 36 mit dem separaten Sprinklerre servoir 40, 41 verbinden, sind mittels Schiebern 42 ver schließbar. Jeder Schieber 42 ist über eine Rollenführung 50 mit einem Antriebsmotor 49 verbunden.

Bei dem isolierten Flüssigkeitsbehälter 34 ist der Wasser zulauf 45 des Eiswasser-Primärkreises 3 im Sprinklerreser voir 40 den Ansaugpumpen 46 der Rührwerke 47 zugeordnet ausgebildet. In dem Sprinklerreservoir 40 sind zur Ausbil dung einer Umlenkströmung vertikale Leitwände 51 so vorge sehen, daß im oberen Bereich des Sprinklerreservoirs 40 der Wasserzulauf 45 befindlich ist. Der Wasserzulauf 45 weist zwei im Abstand voneinander angeordnete Strangab schnitte auf, die mit dem eigentlichen Rücklauf 13 verbun den sind. Der Rücklauf 13 ist mit einer zwei parallelge schaltete Umwälzpumpen 14, 14 a aufweisenden Pumpengruppe 58 verbunden und an den Wärmetauscher 11 angeschlossen.

Bei dem isolierten Flüssigkeitsbehälter 35 nach Fig. 4 sind im Sprinklerreservoir 41 keine vertikalen Leitwände vorgesehen. Bei diesem Flüssigkeitsbehälter 35 befindet sich der Wasserzulauf 45 des Eiswasser-Primärkreises 3 über dem Boden 52 des Sprinklerreservoirs 41. Der Wasser zulauf 45 ist als Ringleitung ausgebildet und mit dem Rücklauf 13 verbunden.

Der Vorlaufanschluß 43 des Eiswasser-Primärkreises 3 be findet sich sowohl beim Flüssigkeitsbehälter 34 wie auch beim Flüssigkeitsbehälter 35 am Wasserzulauf 45 des Eis speichers 36. Der Vorlaufanschluß 43 ist über den Vorlauf 12 des Eiswasser-Primärkreises 3 mit dem Wärmetauscher 11 verbunden. An dem Wärmetauscher 11 ist der Kaltwasser- Sekundärkreis 2 angeschlossen, der eine parallelgeschalte te Umwälzpumpen 4, 4 a enthaltende Pumpengruppe 59 auf weist.

Die Antriebsmotoren 53 der Rührwerke 47 sind mit einem Regler 54 verbunden, der mit im Sprinklerreservoir 40, 41 und im Eisspeicher 36 angeordneten Temperaturfühlern 55, 55 a, 56 in Wirkverbindung steht. Zur Vergleichmäßigung des Lade- und Entladevorgangs der Eisspeicher 36 werden die Antriebsmotoren 53 der Rührwerke 47 und die Schieber 42 erst dann eingeschaltet und geöffnet bzw. ausgeschaltet und geschlossen, wenn an dem Regler 54 von den Temperatur fühlern 55, 56 bzw. 55 a, 56, die räumlich verteilt ange ordnet sind, jeweils gleichsinnig die Überschreitung oder Unterschreitung vorgegebener Temperatursollwerte wie z.B. 0,5°C für den Temperaturfühler 56 und 9,5°C bzw. 6,5°C für die Temperaturfühler 55, 55 a gemeldet wird. Für den Regelvorgang wird hierbei die Pufferwirkung der Eisspei cher 36 berücksichtigt. Das Schaltprinzip der Temperatur fühler 55 und damit sinngemäß auch der Temperaturfühler 55 a und der Temperaturfühler 56 ist als Einzelheit "X" und "Y" zu Fig. 3 dargestellt. Ferner sind an den Wärmetau scherelementen 33 im Eisspeicher 36 Eisstärkefühler 57 vorgesehen, die mit einer Regeleinrichtung der Kälteerzeu gungsanlage 30 verbunden sind.

Die Anordnung eines Eisspeichers 36 in einem isolierten Flüssigkeitsbehälter 34 gemäß Fig. 2, 3 und 6 ermöglicht einen einwandfreien Zweistufenbetrieb. Bei allen Betriebs zuständen, sei es alleiniger Betrieb der Rührwerke 47, Betrieb der Rührwerke 47 und des Eiswasser-Primärkreises 3, Betrieb des Eiswasser-Primärkreises 3 bei Stillstand der Rührwerke 47 wird eine gleichmäßige Durchströmung des gesamten Flüssigkeitsbehälters 34 gewährleistet. Die Zwangsströmung im Flüssigkeitsbehälter 34 stellt sicher, daß bei einem Primärkreisbetrieb mit stillstehenden Rühr werken 47 nur eine geringe Vermischung des Zulaufwassers mit dem Speicherwasser eintritt. Durch die besondere An ordnung des Vorlaufanschlusses 43 des Eiswasser-Primär kreises 3 ist sichergestellt, daß nur 0,5 grädiges Eiswas ser aus dem Eisspeicher 36 entnommen wird. Durch die An ordnung des Vorlaufanschlusses 43 am Wasserablauf 44 des Eisspeichers 36 steht sowohl bei laufendem wie auch bei stehendem Rührwerk 47 stets gleichtemperiertes Eiswasser zur Verfügung.

Durch die Anordnung des Wasserzulaufes 45 im Bereich der Ansaugpumpen 46 der Rührwerke 47 ist sichergestellt, daß bei Betrieb der Rührwerke 47 das Zulaufwasser mit einer Temperatur von 9,5°C sofort im Eisspeicher 36 eingesaugt wird. Damit beim Stillstand der Rührwerke 47 und beim Betrieb des Primärkreises 3 kein unkontrolliertes 9,5 grädiges Zulaufwasser in den Eisspeicher 36 eindringt und damit ein Abtauen des Eises bewirken würde, sind im Be reich der Rührwerk-Ansaugöffnungen 48 der Rührwerke 47 Schieber 42 vorgesehen, die beim Stillstand der Rührwerke 47 schließen und den Eisspeicher 36 von dem übrigen Wasser im Flüssigkeitsbehälter 34, 35 abschließen. Hierdurch wird sichergestellt, daß eine kontinuierliche kontrollierte Entnahme des Eiswassers von 0,5°C aus dem Flüssigkeitsbe hälter 34, 35 und der Betrieb als Zweistufenspeicher mög lich ist.

Bei dem isolierten Flüssigkeitsbehälter 35 wird der Be trieb des Zweistufenspeichers dadurch verbessert, daß die Zulauftemperatur des Eiswasser-Primärkreises 3 auf maximal 6,5°C begrenzt wird. In diesem Fall erfolgt wegen der Wichte des Wassers praktisch keinerlei Vermischung mit Speicherwasser von 0,5°C mehr, was im Diagramm nach Fig. 7 verdeutlicht ist. Die Einführung des Zulaufwassers von 6,5°C erfolgt in diesem Fall über dem Boden 52 des sepa raten Sprinklerreservoirs 41 (Fig. 5). Entsprechend der Wichte des Wassers lagert sich das Zulaufwasser auf dem Boden 52 ab und das 0,5 grädige Eiswasser schwimmt oben auf. Für die Entnahme des Eiswassers ist ein Eisspeicher 36 vorgesehen mit der oben beschriebenen Funktion.

Um sicherzustellen, daß nach dem Ansprechen der Tempera turfühler 55, 55 a, 56 auch der Rest warmen Wassers in dem Eisspeicher 36 abgekühlt wird, können die Rührwerke 47 mit einer einstellbaren Nachlaufzeit betrieben werden. Durch die Kälteerzeugung in Verbindung mit dem Eisspeicher 36 als Zweistufenspeicher wird im Eiswasser-Primärkreis 3 die Wassermenge entsprechend dem Bedarf von 0 bis 100% geför dert. Die bei konventionellen Anlagen übliche Forderung zur Einhaltung einer konstanten Durchflußmenge wegen einer Einfriergefahr im Verdampfer entfällt hier.

Durch die beschriebene Anlage 1 zur Kälteerzeugung mit zwischengeschaltetem Kältespeicher werden erhebliche Vor teile erzielt. Die Förderung der Wassermengen im Kaltwas ser-Sekundärkreis 2 und Eiswasser-Primärkreis 3 erfolgt nur entsprechend des tatsächlichen Energiebedarfs der Ver braucher. In den Eisspeichern 36 sind lange Stillstands zeiten der Rührwerke 47 sichergestellt, was den Energie verbrauch mindert. Durch den Speicherbetrieb ergeben sich für den Verdichter der Kälteerzeugungsanlage 30 lange Laufzeiten und lange Stillstandszeiten mit der Folge einer hohen Lebensdauer. Die Anlage 1 zeichnet sich im Betrieb durch eine hohe Funktions- und Betriebssicherheit aus. Durch die Optimierung der Laufzeiten und Fördermengen entsprechend des tatsächlichen Verbrauchs tritt eine er hebliche Energieeinsparung bei den Antriebsleistungen ein. Zur wirtschaftlichen Optimierung des Betriebs der Anlage 1 kann der programmierte Ablauf des Aneisens und Abtauens nach dem jeweils zu ermittelnden Tageskältebedarf erfolgen.

Claims

1. Kältespeicher für gebäudetechnische Anlagen, z.B. Klimaanlagen, mit einem Eiswasser-Primärkreis (3), welcher einen Eisspeicher (36) aufweist, der in einem isolierten Flüssigkeitsbehälter (34) angeordnet ist und mit einer Kälteerzeugungsanlage (30) in Verbindung stehende Wärmetauscherelemente (33) aufweist, die wahlweise mit Eisstärkefühlern (57) ausgerüstet sind, welche mit einer Regeleinrichtung der Kälteerzeugungs anlage (30) verbunden sind und wobei im Eisspeicher (36) mittels Leitwänden (38) Umlenkkanäle (39) zwischen Wasserzulauf (45) und Wasserablauf (44) ausgebildet sind und jedem Wasserzulauf (45) ein Rührwerk (47) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem isolierten Flüssigkeitsbehälter (34) neben dem Eis speicher (36) ein separates Sprinklerreservoir (40, 41) vorhanden ist, daß in der Trennwand zwischen dem Sprinklerreservoir (40, 41) und dem Eisspeicher (36) Rührwerk-Ansaugöffnungen (48) vorhanden sind, die wahlweise mit Schiebern (42) verschließbar sind, daß der Vorlaufanschluß (43) des Eiswasser-Primärkreises (3) im oberen Bereich des Wasserablaufes (44) des Eisspeichers (36) liegt und daß der Rücklauf (13) bzw. der Wasserzulauf (45) des Eiswasser-Primärkreises (3) den Ansaugpumpen (46) der Rührwerke (47) zugeordnet ist und entweder über dem Boden (52) des Sprinklerre servoirs (41) mündet oder im oberen Bereich des Sprinklerreservoirs (40) am Eingang eines durch verti kale Schotten (51) im Sprinklerreservoir (40) ausge bildeten und bis zur Trennwand geführten Umlenkkanals angeordnet ist.

2. Kältespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmotoren (53) der Rührwerke (47) und der wahlweisen Schieber (42) mit einem Regler (54) verbunden sind, dessen Eingänge mit im Sprinklerreser voir (40, 41) angeordneten Temperaturfühlern (55, 55 a) und mit im Bereich des Wasserablaufs (44) des Eisspei chers (36) angeordneten Temperaturfühlern (56) verbun den sind.

3. Kältespeicher nach Anspruch 1 oder 2 zur Versorgung der gebäudetechnischen Anlagen mit Kaltwasser, wobei mindestens ein mit dem Eiswasser-Primärkreis (3) ver bundener verbraucherseitiger Wärmetauscher (10) vor handen ist, in dessen Anschlußstrang eine Umwälzpumpe (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der verbraucherseitige Wärmetauscher (10) an einen vom Eiswasser-Primärkreis (3) beaufschlagten Wärmetauscher (11) über einen Kaltwasser-Sekundärkreis (2) ange schlossen ist, in dem die mit einem Regler (20) ver bundene Umwälzpumpe (4, 4 a) und ein zwischen dem Vor lauf (5) und dem Rücklauf (6) des verbraucherseitigen Wärmetauschers (10) verlaufender Beipaß (7) angeordnet sind, daß eine im Eiswasser-Primärkreis (3) angeord nete Umwälzpumpe (14, 14 a) mittels eines Reglers (26) regelbar ist, der mit einem Temperaturfühler (27) im Rücklauf (13) des Eiswasser-Primärkreises (3) und mit Temperaturfühlern (28, 28 a) im Rücklauf (6) bzw. Vor lauf (5) des Kaltwasser-Sekundärkreises (2) verbunden ist, und daß der Regler (20) für die Umwälzpumpe (4, 4 a) im Kaltwasser-Sekundärkreis (2) mit Druckfühlern (25, 23) verbunden ist, die an den Anschlüssen des Beipasses (7) am Vorlauf (5) und am Rücklauf (6) des verbraucherseitigen Wärmetauschers (10) angeordnet sind, wobei zur Steuerung der Mindestumlaufmenge im Kaltwasser-Sekundärkreis (2) im Bereich der Druck fühler (25, 23) weitere Druckfühler (24, 22) mit einem weiteren Regler (21) verbunden sind, der ein Ventil (8) im Beipaß (7) regelt.

4. Kältespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (27) im Rücklauf (13) des Eiswasser-Primärkreises (3) als Maximaltemperaturbe grenzer ausgebildet ist.