EP1826514A1 - Kälteerzeugungsanlage mit doppeltem Nutzen - Google Patents

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EP1826514A1
EP1826514A1 EP06003559A EP06003559A EP1826514A1 EP 1826514 A1 EP1826514 A1 EP 1826514A1 EP 06003559 A EP06003559 A EP 06003559A EP 06003559 A EP06003559 A EP 06003559A EP 1826514 A1 EP1826514 A1 EP 1826514A1
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EP
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winter
evaporator
plant according
refrigeration cycle
refrigeration
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Heinz Schilling
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Priority to DK06003559.9T priority patent/DK1826514T3/da
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/001—Compression cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0409—Refrigeration circuit bypassing means for the evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2511—Evaporator distribution valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25C—PRODUCING, WORKING OR HANDLING ICE
    • F25C3/00—Processes or apparatus specially adapted for producing ice or snow for winter sports or similar recreational purposes, e.g. for sporting installations; Producing artificial snow

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system
  • Air conditioning and air conditioning systems especially in buildings, need to comply with predetermined room air conditions, such. Temperature and / or humidity, usually cold energy. This may be via natural cooling e.g. from well water, ground cold, adiabatic evaporative cooling or produced by means of refrigeration plants or be provided.
  • the mechanical refrigeration systems use the Carnot cycle with a refrigerant as a so-called working medium, which is initially compressed and liquefied and the resulting heat dissipated via the condenser and then in the evaporator, for. is expanded by an expansion valve, which creates cold and so in the evaporator heat is removed from a heat transfer medium to be cooled.
  • the heat accumulating on a condenser can usually be achieved by means of a recooling unit, e.g. be fed to the environment.
  • the internal process temperatures are usually on the cold side (evaporator side) at about + 5 ° C to -5 ° C and on the waste heat side (condenser side) between 30 ° C to 50 ° C.
  • cold water temperatures of, for example, 12 ° C to 6 ° C can be provided and re-cooling media between 25 ° C and 45 ° C are required, with which the waste heat is removed from a condenser.
  • such refrigeration systems are required in summer cooling operation at outdoor temperatures between 15 ° C and 32 ° C, for. to cool the warm outside air supplied to a building, for which e.g. a heat exchanger is arranged in a supply air flow, which is traversed by a cooled heat transfer medium, which was previously cooled in an evaporator stage of such a refrigeration system.
  • chillers As heat pump systems.
  • a secure heat source such as a heat source
  • Geothermal, well water etc. is available. If you want to use outdoor air as a source of heat or cool the exhaust air of a building below 0 degrees Celsius, this is problematic due to the condensation and icing of the heat exchanger. It is further disadvantageous that about 0.4 to 0.7 kWh of electricity is required for each kWh of heat produced. This corresponds approximately to a performance figure between 1: 2.5 to 1: 1.5.
  • the object of the invention is to make better use of the investments for an already installed refrigeration system.
  • This object is achieved by a further added benefit of a refrigeration system, e.g. by switching to a further use of cold and this possibly combined with a heat pump operation with outside air as a heat source.
  • a refrigeration system in a second Operating mode is switchable, in which the generated cold for another Kältenutzen, such as a winter sports and / or winter leisure facility and / or Kältenutzen in health, such as cold rooms, cold baths, ice baths, ice cream, etc. is used.
  • another Kältenutzen such as a winter sports and / or winter leisure facility and / or Kältenutzen in health, such as cold rooms, cold baths, ice baths, ice cream, etc.
  • a refrigeration system may e.g. in summer in the first mode as usual for cooling e.g. Building supply air are used, whereby e.g. the condenser-side waste heat of the refrigeration system can be supplied to the environment through a recooling plant, whereas e.g. in the winter in the second mode, the refrigeration system is still usable, e.g. for an additional benefit desired in winter, e.g. can be seen in a winter sports and / or winter recreation facility and / or health care.
  • the same plant e.g. Ice rinks for skating and / or curling or snowmaking equipment or other cooling applications, e.g. be operated in the health service.
  • a refrigeration system according to the invention can be switched preferably at any time between the modes, if necessary. Can be done automatically after the expiration of predeterminable / predetermined time intervals and thus an intermittent operation.
  • the time intervals can be chosen arbitrarily.
  • a refrigeration system can have at least one condenser, which in the first operating mode forms an internal refrigeration circuit of a refrigerant with at least one first evaporator, wherein by means of the at least one first evaporator a heat transfer medium can be cooled in a (first) external refrigeration cycle, at least To cool a component of an air and / or air conditioning system.
  • This device may be e.g. to act at least one heat exchanger in the supply air of the building ventilation or air conditioning system.
  • the capacitor can be arranged according to the invention after switching with at least one second evaporator in an internal refrigerant circuit of the same aforementioned refrigerant, by means of the at least one second evaporator, a heat transfer medium in a second external refrigeration cycle is cooled to at least one component of another Kältenutzen, e.g. a winter sports and / or winter leisure facility and / or health care to cool.
  • another Kältenutzen e.g. a winter sports and / or winter leisure facility and / or health care to cool.
  • both external refrigeration circuits each have their own evaporator and, as required, can contain different heat transfer media.
  • the heat transfer medium in the second external refrigeration cycle is a frost-proof heat transfer medium, in particular a brine and / or a glycol-water mixture to freeze the heat transfer medium during operation in conjunction with a winter leisure or winter sports facility or a healthcare facility to prevent.
  • the heat transfer medium in the first external refrigeration cycle does not necessarily have to be frost-proof.
  • the internal refrigeration cycle is not switchable between two evaporators as described above, but comprises only one evaporator. It can be provided here that a switchover is made in the external refrigeration cycle, so that the heat transfer medium of the external refrigeration cycle is switched by a first partial circuit through the building technical system, eg on a second partial cycle by a winter sports or winter leisure facility or a facility in the health care (eg therapeutic cold applications).
  • the term of the second external refrigeration cycle is used synonymously both for the closed second external refrigeration cycle of the first embodiment variant and for the external second partial cycle of the second embodiment variant with a common evaporator.
  • the cycle of the heat transfer medium in the second external refrigeration cycle, between a plurality of components to be cooled, e.g. a winter sports and / or winter recreation facility and / or plant in health care be at least partially switchable.
  • the heat transfer medium can circulate through at least one cooling coil of an ice rink and / or a heat exchanger of a snowmaking system or a cooling coil of a cold chamber, etc.
  • the first operating mode internal evaporator process temperatures in the respective evaporators of greater than or equal to zero degrees Celsius are generated and in the second operating mode of less than zero degrees Celsius, in particular -10 ° C are generated.
  • the second mode automatically By means of a cooling coil on a cooled surface an ice surface can be generated by condensing out and freezing of atmospheric moisture, in particular wherein a freezing of the ventilation system is prevented in the first mode.
  • the internal refrigerant process pressure of the refrigerant in the internal refrigeration cycle between the condenser and a (possibly more.) Evaporator at a switch in the second operating mode can be changed, in particular can be increased, in particular in order to cool the heat transfer medium in the second external refrigeration cycle to a lower temperature than the temperature of the first external refrigeration cycle in the first operating mode.
  • the condenser-side waste heat reaches a higher heat potential than in the first mode and this waste heat is preferably alsschaltbar in a switchable manner to another heat consumer, especially as building heating or in particular subordinated to a recooling.
  • the combination of an additional use of the chiller in conjunction with the heat pump function is particularly economical because the heat and cold product of the chiller is used simultaneously and possibly. Ideally, can be dispensed with a conventional heating system.
  • the outside air can be used as a heat source for a chiller operation with simultaneous heat pump function.
  • the otherwise problematic condensate failure from the air and the concomitant icing can be used positively for ice formation.
  • a refrigeration system according to the invention can thus have a double benefit, namely, for example, in the summer for the cooling of supply air of a building and, for example, in winter, the cooling, for example, a winter attraction (Winter sports - / - leisure facility) or a cold application in health care and in particular at the same time the heating of a building.
  • the double benefit can be analogous to a changeover, for example, between daytime and nighttime operation or can specify when switching to other specified times, in particular those of users of such a system.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a refrigeration system with a condenser 5 which forms an internal refrigeration circuit using a refrigerant with a first evaporator 7 or after switching by means of the valves 19 with a second evaporator 9.
  • a second external refrigeration cycle K2 can be cooled by means of the second evaporator 9 with a water / brine / glycol mixture as heat transfer medium, which in this embodiment circulates through a cooling coil 11 of an ice surface and / or through a heat exchanger of a snow making system 12, is cooled by means of the air, then to freeze sprayed water to snow.
  • a frost-proof, eg brine-operated, heat exchanger is preferably incorporated here, the refrigeration process temperature of the internal refrigerant in the evaporator 9 being, for example, at -10.degree
  • switchable by process pressure change is lowered, so as to allow a temperature of the heat transfer medium of about -5 ° C for use in the field of ice sports or fan attraction.
  • the process pressures can be displayed on the pressure displays 20, for example.
  • the waste heat of the condenser 5 is passed through the heat transfer medium of the recirculation RK priority to a heat exchanger 17 to transfer the waste heat either in a flow 2 or return 3 a heating system with a boiler 1 or by switching directly to the recooling 4 (usually in summer mode ) to transport.
  • the waste heat can be used in the winter for heating the building.
  • FIG. 2 shows essentially the same design as in FIG. 1, in particular with the same possibilities for influencing the process pressures and temperatures in the internal refrigerant circuit,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteerzeugungsanlage, welche in einer ersten Betriebsart zur Kühlung luft-und/oder klimatechnischer Anlagen, insbesondere in einem Gebäude, genutzt ist, die in eine zweite Betriebsart umschaltbar ist, in der die erzeugte Kälte für einen weiteren Kältenutzen, insbesondere eine Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage (11,12) und/oder Anlage des Gesundheitswesens genutzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kälteerzeugungsanlage,
  • Luft- und klimatechnische Anlagen, insbesondere in Gebäuden, benötigen zur Einhaltung vorgegebener Raumluftkonditionen, wie z.B. Temperatur und/oder Feuchte, in der Regel Kälteenergie. Diese kann über Naturkühlung z.B. aus Brunnenwasser, Erdkälte, adiabatische Verdunstungskühlung oder mittels Kälteerzeugungsanlagen erzeugt bzw, bereitgestellt werden.
  • Die mechanischen Kälteerzeugungsanlagen nutzen dazu den carnotschen Kreisprozess mit einem Kältemittel als so genanntes Arbeitsmittel, welches zunächst komprimiert und verflüssigt und die dabei entstehende Wärme über den Kondensator abgeführt und anschließend im Verdampfer z.B. über ein Expansionsventil entspannt wird, womit Kälte entsteht und so im Verdampfer Wärme aus einem zu kühlenden Wärmeträgermedium entzogen wird. Die an einem Kondensator anfallende Wärme kann üblicherweise mittels eines Rückkühlwerkes z.B. der Umwelt zugeführt werden.
  • Die inneren Prozesstemperaturen liegen üblicherweise auf der Kälteseite (Verdampferseite) bei etwa +5°C bis -5°C und auf der Abwärmeseite (Kondensatorseite) zwischen 30°C bis 50°C. Damit können z.B. Kaltwassertemperaturen von z.B. 12°C bis 6°C bereitgestellt werden und es werden Rückkühlmedien zwischen 25°C und 45°C erforderlich, mit denen die Abwärme aus einem Kondensator abgeführt wird.
  • In der Regel werden derartige Kälteerzeugungsanlagen im Sommerkühlbetrieb bei Außentemperaturen zwischen 15°C und 32°C benötigt, um z.B. die einem Gebäude zugeführte warme Außenluft abzukühlen, wofür z.B. ein Wärmetauscher in einem Zuluftstrom angeordnet wird, der von einem gekühlten Wärmeträgermedium durchflossen wird, welches zuvor in einer Verdampferstufe einer solchen Kälteerzeugungsanlage gekühlt wurde.
  • Bekannt ist es weiterhin, Kältemaschinen als Wärmepumpenanlagen einzusetzen. Soll die Wärmepumpenfunktion allerdings auch bei Außentemperaturen <= 0 Grad Celsius erfolgen, ist in der Regel vorauszusetzen, dass eine gesicherte Wärmequelle wie z.B. Erdwärme, Brunnenwasser etc. zur Verfügung steht. Will man als Wärmequelle jedoch Außenluft verwenden oder die Fortluft eines Gebäudes unter 0 Grad Celsius auskühlen, ist dies durch die Kondensatbildung und Vereisung des Wärmetauschers problembehaftet. Dabei ist es weiter nachteilig, dass für jede erzeugte kWh an Heizwärme etwa 0,4 bis 0,7 kWh an Strom erforderlich wird. Dies entspricht etwa nur einer Leistungsziffer zwischen 1:2,5 bis 1:1,5.
  • Bekannte Kälteerzeugungsanlagen mit Einsatz im luft- und/oder klimatechnischen Bereich oder anderer ähnlicher Nutzungsbereiche, erfordern üblicherweise apparativ und gebäudetechnisch hohe Investitionen, welche durch die in der Regel geringen Betriebszeiten (1,000 bis 2.000 h/anno) ungenügend genutzt werden. Der Herstellkostenanteil pro kWh Kälteenergie ist daher besonders hoch. Der vorbeschriebene Zusatznutzen mit einer Wärmepumpe kann dies verbessern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Investitionen für eine ohnehin installierte Kälteerzeugungsanlage besser auszunutzen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen weiteren Zusatznutzen einer Kälteerzeugungsanlage, z.B. durch Umschaltung auf eine weitere Kältenutzung und dies ggfs. kombiniert mit einem Wärmepumpenbetrieb mit Außenluft als Wärmequelle.
  • Hierfür ist es vorgesehen, dass eine Kälteerzeugungsanlage in eine zweite Betriebsart umschaltbar ist, in der die erzeugte Kälte für einen weiteren Kältenutzen, wie z.B. eine Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder Kältenutzen im Gesundheitswesen, wie z.B. Kältekammern, Kältebäder, Eisbäder, Eiserzeugung etc. genutzt ist.
  • So kann eine Kälteerzeugungsanlage z.B. im Sommer in der ersten Betriebsart wie üblich zur Kühlung von z.B. Gebäudezuluft genutzt werden, wobei z.B. die kondensatorseitige Abwärme der Kälteerzeugungsanlage durch ein Rückkühlwerk der Umwelt zugeführt werden kann, wohingegen z.B. im Winter in der zweiten Betriebsart die Kälteerzeugungsanlage weiterhin nutzbar ist, z.B. für einen im Winter gewünschten Zusatznutzen, der z.B. in einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder im Gesundheitswesen gesehen werden kann. So können z.B. im Winter mit derselben Anlage z.B. Eisbahnen zum Schlittschuhlaufen und/oder Eisstockschießen oder auch Beschneiungsanlagen oder andere Kälteanwendungen z.B. im Gesundheitswesen betrieben werden.
  • Analog zu den genannten verschiedenen Betriebsarten einerseits im Sommer und andererseits im Winter kann es auch vorgesehen sein, zwischen den Betriebsarten bei einem Wechsel zwischen einem Tag- und einem Nachtbetrieb umzuschalten und umgekehrt. Z.B. kann so tagsüber eine Kühlung von Gebäudeluft vorgenommen werden und nachts der Einsatz für den zusätzlichen Kältenutzen.
  • Grundsätzlich gilt neben diesen bevorzugten Umschaltmöglichkeiten, dass eine erfindungsgemäße Kälteerzeugungsanlage bevorzugt zu beliebigen Zeiten zwischen den Betriebsarten umgeschaltet werden kann, ggfs. kann eine automatische periodische Umschaltung nach Ablauf von vorgebbaren/vorgegebenen Zeitintervallen und somit ein intermittierender Betrieb erfolgen. Hierbei können die Zeitintervalle beliebig gewählt sein.
  • Dies kann besonders vorteilhaft in Einkaufszentren / Hotelanlagen und/oder Gesundheitszentren eingesetzt werden, die z.B. im Sommer zur Klimatisierung gekühlt werden sollen und die z.B. im Winter Ihren Kunden / Patienten einen zusätzlichen Nutzen, z.B. Freizeit- oder Sportattraktion oder therapeutische Anwendungen bieten wollen oder bei denen eine Umschaltung zwischen Tag- und Nachtbetrieb erfolgt bzw. gewünscht ist.
  • Um dies zu realisieren kann eine Kälteerzeugungsanlage wenigstens einen Kondensator aufweisen, der in der ersten Betriebsart mit wenigstens einem ersten Verdampfer einen internen Kältekreislauf eines Kältemittels bildet, wobei mittels des wenigstens einen ersten Verdampfers ein Wärmeträgermedium in einem (ersten) externen Kältekreislauf kühlbar ist, um wenigstens ein Bauelement einer luft- und/oder klimatechnischen Anlage zu kühlen.
  • Bei diesem Bauelement kann es sich z.B. um wenigstens einen Wärmetauscher im Zuluftstrom der Gebäudelüftungs- bzw. Gebäudeklimaanlage handeln. Der Kondensator kann erfindungsgemäß nach einer Umschaltung mit wenigstens einem zweiten Verdampfer in einem internen Kältekreislauf desselben vorgenannten Kältemittels angeordnet sein, wobei mittels des wenigstens einen zweiten Verdampfers ein Wärmeträgermedium in einem zweiten externen Kältekreislauf kühlbar ist, um wenigstens ein Bauelement eines weiteren Kältenutzen, z.B. einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder im Gesundheitswesen zu kühlen.
  • Hierbei weisen somit beide externe Kältekreisläufe jeweils einen eigenen Verdampfer auf und können anforderungsgemäß unterschiedliche Wärmeträgermedien beinhalten.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium im zweiten externen Kältekreislauf ein frostsicheres Wärmeträgermedium ist, insbesondere eine Sole und/oder ein Glykol-Wasser-Gemisch, um beim Betrieb in Verbindung mit einer Winterfreizeit- oder Wintersportanlage oder einer Anlage im Gesundheitswesen ein Einfrieren des Wärmeträgermediums zu verhindern. Das Wärmeträgermedium im ersten externen Kältekreislauf muss hingegen nicht zwingend frostsicher sein.
  • In einer anderen alternativen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass der interne Kältekreislauf nicht wie vorbeschrieben zwischen zwei Verdampfern umschaltbar ist, sondern nur einen Verdampfer umfasst. Es kann hier vorgesehen sein, dass eine Umschaltung im externen Kältekreislauf vorgenommen wird, so dass das Wärmeträgermedium des externen Kältekreislaufes von einem ersten Teilkreislauf durch die gebäudetechnische Anlage umgeschaltet wird, z.B. auf einen zweiten Teilkreislauf durch eine Wintersport- bzw, Winterfreizeitanlage oder eine Anlage im Gesundheitswesen (z.B. therapeutische Kälteanwendungen).
  • In beiden Teilkreisläufen ist sodann derselbe einzige Verdampfer angeordnet, um das Wärmeträgermedium dieses externen Kältekreislaufes zu kühlen. Das Wärmeträgermedium muss dann die Anforderungen an beiden Betriebsarten erfüllen und ist somit frostsicher zu wählen.
  • Im Folgenden wird der Begriff des zweiten externen Kältekreislaufs synonym verwendet sowohl für den abgeschlossenen zweiten externen Kältekreislauf der ersten Ausführungsvariante als auch für den externen zweiten Teilkreislauf der zweiten Ausführungsvariante mit einem gemeinsamen Verdampfer.
  • In bevorzugter Ausführung kann der Kreislauf des Wärmeträgermediums im zweiten externen Kältekreislauf, zwischen mehreren zu kühlenden Bauelementen z.B. einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder Anlage im Gesundheitswesen zumindest teilweise umschaltbar sein. Beispielsweise kann das Wärmeträgermedium durch wenigstens eine Kühlschlange einer Eisbahn und/oder einen Wärmetauscher einer Beschneiungsanlage oder einer Kühlschlange einer Kältekammer etc. zirkulieren.
  • Bei allen Ausführungen kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass in der ersten Betriebsart interne Verdampfer-Prozesstemperaturen in den jeweiligen Verdampfern von größer gleich Null Grad Celsius erzeugt werden und in der zweiten Betriebsart von kleiner als Null Grad Celsius, insbesondere -10°C erzeugt werden. So kann in der zweiten Betriebsart beispielsweise automatisch mittels einer Kühlschlange auf einer gekühlten Fläche eine Eisfläche durch ein Auskondensieren und Festfrieren von Luftfeuchtigkeit erzeugt werden, insbesondere wobei in der ersten Betriebsart ein Einfrieren der lüftungstechnischen Anlage verhindert wird.
  • Um unterschiedliche Temperaturen des jeweiligen Wärmeträgermediums im ersten und zweiten externen Kältekreislauf in der ersten und zweiten Betriebsart zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass der kältemaschineninterne Prozessdruck des Kältemittels im internen Kältekreislauf zwischen Kondensator und einem (der ggfs. mehreren) Verdampfer bei einer Umschaltung in die zweite Betriebsart änderbar, insbesondere erhöhbar ist, insbesondere um das Wärmeträgermedium im zweiten externen Kältekreislauf auf eine niedrigere Temperatur zu kühlen als die Temperatur des ersten externen Kältekreislaufs in der ersten Betriebsart.
  • Hierdurch kann gleichzeitig erreicht werden, dass in der zweiten Betriebsart die kondensatorseitige Abwärme ein höheres Wärmepotential erreicht als in der ersten Betriebsart und diese Abwärme bevorzugt in umschaltbarer Weise auf einen anderen Wärmeverbraucher, insbesondere als Gebäude-Heizwärme oder insbesondere nachrangig auf ein Rückkühlwerk aufschaltbar ist.
  • Die Kombination einer zusätzlichen Nutzung der Kältemaschine in Verbindung mit der Wärmepumpenfunktion wird besonders wirtschaftlich, da das Wärme- und Kälteprodukt der Kältemaschine gleichzeitig genutzt wird und ggfs. im Idealfall auf eine übliche Heizungsanlage verzichtet werden kann.
  • Die Außenluft kann als Wärmequelle für einen Kältemaschinenbetrieb mit gleichzeitiger Wärmepumpenfunktion eingesetzt werden. Der ansonsten problematische Kondensatausfall aus der Luft und die damit einhergehende Vereisung können positiv zur Eisbildung genutzt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Kälteerzeugungsanlage kann so einen doppelten Nutzen haben, nämlich z.B. im Sommer für die Kühlung von Zuluft eines Gebäudes und z.B. im Winter die Kühlung z.B. einer Winterattraktion (Wintersport-/-freizeitanlage) oder einer Kälteanwendung im Gesundheitswesen und insbesondere gleichzeitig die Beheizung eines Gebäudes. Der doppelte Nutzen kann sich analog bei einer Umschaltung z.B. zwischen Tag- und Nachtbetrieb ergeben oder auch bei Umschaltungen zu anderen festgelegten Zeiten, insbesondere die der Nutzer einer solchen Anlage festlegen kann.
  • Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1:
    Eine Ausführung gemäß der ersten beschriebenen Alternative mit zwei Verdampfern und zwei externen getrennten Kreisläufen;
    Figur 2:
    Eine Ausführung gemäß der zweiten beschriebenen Alternative mit einem gemeinsamen Verdampfer und zwei externen verbundenen Teilkreisläufen.
  • Die Figur 1 zeigt in schematischer Übersicht eine Kälteerzeugungsanlage mit einem Kondensator 5 der unter Verwendung eines Kältemittels einen internen Kältekreislauf bildet mit einem ersten Verdampfer 7 oder nach Umschaltung mittels der Ventile 19 mit einem zweiten Verdampfer 9.
  • So kann in einer ersten Betriebsart mittels des ersten Verdampfers 7 über den nachgeschalteten externen Kältekreislauf K1 mit einem Wärmeträgermedium durch den Wärmetauscher 14 in der Lüftungsanlage 16 die Zuluft eines Gebäudes gekühlt werden.
  • Nach einer Umschaltung kann mittels des zweiten Verdampfers 9 ein zweiter externer Kältekreislauf K2 mit einem Wasser-/Sole-Glykol-Gemisch als Wärmeträgermedium gekühlt werden, welches in dieser Ausführung durch eine Kühlschlange 11 einer Eisfläche und/oder durch einen Wärmetauscher einer Beschneiungsanlage 12 zirkuliert, mittels der Luft gekühlt wird, um sodann versprühtes Wasser zu Schnee gefrieren zu lassen.
  • In dem zweiten Verdampfer 9 ist hier bevorzugt ein frostsicherer, z.B. solebetriebener Wärmeaustauscher eingebunden, wobei die Kälteprozesstemperatur des internen Kältemittels im Verdampfer 9 auf z.B. -10°C z.B. durch Prozessdruckänderung umschaltbar absenkbar ist, um damit eine Temperatur des Wärmeträgermediums von ca. -5°C zur Nutzung im Bereich von Eissport oder Fan-Attraktion zu ermöglichen. Die Prozessdrücke können z.B. an den Druckanzeigen 20 angezeigt werden.
  • Durch Abkühlung der Eissportflächen unter 0°C kann so aus der Luft Kondensat ausgefällt und direkt als Eis- und Reifschicht an der Oberfläche abgelagert werden. Im Einzelfall können auch wasserbesprühte Flächen abgekühlt werden. Eine weitere Nutzung der Kältepotentiale kann durch Auskühlung von Wasser und ggf. zur Schneeerzeugung genutzt werden,
  • Zweckmäßigerweise wird hier weiter vorgeschlagen, die interne Kältemaschinen / Wärmepumpen - Prozesstemperatur auch auf der Rückkühlseite im Kondensator 5 durch entsprechende, insbesondere höhere Prozessdrücke des internen Kältemittels in der Kälteerzeugungsanlage anzuheben, so dass Temperaturen (z.B. zwischen 40°C und 80°C) entstehen, welche für Heizzwecke nutzbar sind.
  • Hierfür wird die Abwärme des Kondensators 5 durch das Wärmeträgermedium des Rückkühlkreislaufs RK vorrangig zu einem Wärmetauscher 17 geführt, um die Abwärme wahlweise in einen Vorlauf 2 oder Rücklauf 3 einer Heizungsanlage mit einem Heizkessel 1 zu übertragen oder durch Umschaltung direkt zum Rückkühlwerk 4 (üblicherweise im Sommerbetrieb) zu transportieren. So kann die Abwärme im Winter zum Heizen des Gebäudes genutzt werden.
  • Die Figur 2 zeigt im Wesentlichen die gleiche Ausführung wie in Figur 1, insbesondere mit denselben Möglichkeiten zur Beeinflussung der Prozessdrücke und Temperaturen im internen Kältemittelkreislauf,
  • In dieser alternativen Ausführung ist jedoch nur ein einziger Verdampfer 7 vorgesehen und es erfolgt eine Umschaltung zwischen den beiden Betriebsweisen durch Umschaltung der beiden Teilkreisläufe TK1 und TK2 über die Ventile 19. Beide Teilkreisläufe TK1 und TK2 sind über den gemeinsamen Verdampfer 7 verbunden. Bei dieser Ausführung erfolgt die Umschaltung somit nur auf der externen Seite, wobei zusätzlich die Umschaltung der internen Prozessdrücke bzw, Temperaturen vorgesehen sein kann. Das gemeinsame Wärmeträgermedium ist hier frostsicher ausgewählt, um den Winterbetrieb mit geringeren Temperaturen zu garantieren ohne dass es einfriert. Die sonstige Betriebsweise kann die gleiche sein, wie zu Figur 1 beschrieben.
  • Die beschriebenen Funktionen gelten äquivalent auch für andere Kälteerzeugungsarten wie z.B. Turboverdichteranlagen, Absorptionskälteanlagen etc.

Claims (10)

  1. Kälteerzeugungsanlage, welche in einer ersten Betriebsart zur Kühlung luft- und/oder klimatechnischer Anlagen, insbesondere in einem Gebäude, genutzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine zweite Betriebsart umschaltbar ist, in der die erzeugte Kälte für einen weiteren Kältenutzen, insbesondere eine Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage (11,12) und/oder Anlage des Gesundheitswesens genutzt ist.
  2. Kälteerzeugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Verdampfer (9) aufweist, der einen Kältekreislauf beaufschlagt, um wenigstens ein Bauelement (11,12) eines weiteren Kältenutzens, insbesondere einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder einer Gesundheitsanwendung zu kühlen.
  3. Kälteerzeugungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Kondensator (5) aufweist, der in der ersten Betriebsart mit wenigstens einem ersten Verdampfer (7) in einem internen Kältekreislauf angeordnet ist, wobei mittels des wenigstens einen ersten Verdampfers (7) ein Wärmeträgermedium in einem externen Kältekreislauf kühlbar ist, um wenigstens ein Bauelement (14) einer luft- und/oder klimatechnischen Anlage (16) zu kühlen und wobei der Kondensator (5) nach einer Umschaltung mit wenigstens einem zweiten Verdampfer (9) in einem internen Kältekreislauf angeordnet ist wobei mittels des wenigstens einen zweiten Verdampfers (9) ein Wärmeträgermedium in einem zweiten externen Kältekreislauf kühlbar ist, um wenigstens ein Bauelement (11,12) eines weiteren Kältenutzens, insbesondere einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder Anlage des Gesundheitswesens zu kühlen.
  4. Kälteerzeugungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium im zweiten externen Kältekreislauf ein frostsicheres Mittel ist, insbesondere eine Sole und/oder Glykol-Wasser-Gemisch.
  5. Kälteerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite externe Kältekreislauf des Wärmeträgermediums zwischen mehreren zu kühlenden Bauelementen (11,12) eines weiteren Kältenutzens, insbesondere einer Wintersport- und/oder Winterfreizeitanlage und/oder Anlage des Gesundheitswesens zumindest teilweise umschaltbar ist.
  6. Kälteerzeugungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium durch wenigstens eine Kühlschlange einer Eisbahn (11) und/oder einen Wärmetauscher (12) einer Beschneiungsanlage zirkuliert.
  7. Kälteerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessdruck des Kältemittels im internen Kältekreislauf zwischen Kondensator (5) und einem Verdampfer (7,9) bei einer Umschaltung in die zweite Betriebsart änderbar, insbesondere erhöhbar ist, insbesondere um den zweiten externen Kältekreislauf (11,12) auf eine niedrigere Temperatur zu kühlen als die Temperatur des ersten externen Kältekreislaufs in der ersten Betriebsart.
  8. Kälteerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kondensatorseitige Abwärme, insbesondere mit einem erhöhten Wärmepotential gegenüber der ersten Betriebsart, auf einen anderen Wärmeverbraucher, insbesondere als Gebäude-Heizwärme wahlweise auf Vorlauf (2) oder Rücklauf (3) einer Gebäudeheizung aufschaltbar ist oder auf ein Rückkühlwerk (4) aufschaltbar ist.
  9. Kälteerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer-Prozesstemperaturen zwischen den Betriebsarten umschaltbar sind, insbesondere von Null Grad Celsius, auf minus 10°C.
  10. Kälteerzeugungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen den Betriebsarten umschaltbar ist bei einem Wechsel zwischen einem Sommer-/Winterbetrieb und/oder Winter/Sommerbetrieb und/oder Tag-/Nachtbetrieb und/oder Nacht-/Tagbetrieb.
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