WO2007112978A1 - Method for converting energy in a thermal system for controlling the temperature of a building, and apparatus - Google Patents

Method for converting energy in a thermal system for controlling the temperature of a building, and apparatus Download PDF

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Felix Ziegler
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Definitions

  • the invention relates to a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building, in particular Temper michsstrom for a greenhouse, and a device for tempering a building.
  • thermochemical storage As an alternative to the mere storage of sensible heat in water reservoirs, different variants of latent heat storage and thermochemical storage have been proposed. Significant disadvantages here are relatively high costs of the storage media, which are required for a seasonal storage in very large quantities. Thermo-chemical stores, for example absorption systems, allow a considerable reduction in the storage volumes since the proportion of latently stored energy is very high.
  • BEST ⁇ T1GUNGSKOPIE have to. Open absorption processes are widespread in the drying of indoor air, for example in museums.
  • the document EP 0 965 264 A1 discloses a system and a method for transferring and using heat and / or water vapor from greenhouses and solid state fermentation plants.
  • air is led out of the greenhouse into a solar chimney, where the air is heated. Subsequently, the heated air passes through a humidifier to be subsequently introduced into a shaft in which the heated and humidified air passes over a heat exchanger. In this case, the air introduced into the shaft is cooled and condensed.
  • the heat exchanger is connected to a thermal storage, to which the thermal heat energy absorbed in the heat exchanger is supplied.
  • a closed absorption heat pump for solar heating and cooling and chemical storage is also integrated.
  • Complementary solar collectors are used to expel a solvent from a solution mixture in an expeller so that a concentrated mixed solution is formed, which is then recycled to a further storage compartment separated from the storage. In this way, a concentrated mixed solution is provided in the further memory.
  • the object of the invention is to provide an improved method for energy conversion in a thermal system for tempering a building and an improved device for tempering a building, in which an efficient energy storage and energy use is achieved with simplified means.
  • This object is achieved by a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building according to independent claim 1 and a device for tempering a building according to independent claim 15.
  • a method for energy conversion in a thermal plant for tempering a building in particular tempering for a greenhouse, in which in a solar air collector via an evaporation surface steam is expelled from a mixed solution with a solvent and an additive dissolved therein and energy usable for tempering is stored in a storage device having a supply of the solution mixture and optionally an additional, thermally activatable storage medium, wherein the storage device is loaded with thermal energy in a charging process by: the air in the solar air collector is heated by solar energy and a liquid heat carrier, which is optionally formed by the mixed solution or the additional storage medium in the storage device, is heated by means of the heated air, and with thermo-chemis is absorbed by: the air in the solar air collector is moistened with proportions of introduced into the solar air collector mixed solution and a reduced at least by the absorbed air in the solar air collector shares shares concentrate of the solution mixture is collected and fed to the storage device, whereby in the storage device, a concentrated mixed solution is formed.
  • a device for controlling the temperature of a building in particular a tempering system for a greenhouse, having the following features:
  • a storage device having a supply of a mixed solution containing a solvent and an additive dissolved therein
  • a solar air collector configured to heat air introduced into the solar air collector by solar energy
  • a moistening device configured to humidify in the solar air collector a quantity of the solution mixture humidifying the air introduced into the solar air collector, and which is optionally disposed in the solar air collector
  • a heat exchanger optionally directly in or in the air collector arranged and connected to the solar air collector duct device is configured to receive thermal energy from the heated and humidified air and to deliver to a liquid heat carrier, which is optionally formed from the mixed solution in the storage device, and a catcher configured to after humidifying the air in the solar Air collector remaining concentrate of the solution mixture to collect and deliver it to the storage device.
  • Air is heated and humidified in the solar air collector with the aid of solar energy and at the same time the mixed solution is heated and concentrated by expelling the solvent, which is preferably a water-based liquid or pure water, from the introduced mixed solution and then discharging it via the volume of the air collector.
  • the solvent which is preferably a water-based liquid or pure water.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the solution mixture is introduced into the solar air collector by means of a trickle humidifier.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the air from the solar air collector is guided to a channel device with a heat exchanger arranged therein and is returned to the discharge of heat and humidity back into the air collector. Also, this part of the plant allows the reduction of the complexity of previous absorption systems by the heat exchanger is used during the loading phase for condensation of humidity and thermal utilization of the solar energy yield from the air collector, while in the discharge phase, the thermal output from the air collector by sprinkling the heat exchanger surface with the concentrated solution mixture and absorption of the incoming from the humidified air collector humidity is dissipated in the concentrated solution mixture.
  • a conventional solar absorption heat pump system consisting of a solar collector, a cooker, a condenser, a vaporizer and an absorber is thus replaced in total by a humidable solar air collector and a humidified heat exchanger.
  • a direct air heat exchanger medium heat exchanger is used as a heat exchanger in the channel device during the loading process, in which the heat energy released by the heated air is discharged by direct contact between the heated air and the heat exchange medium.
  • the heat exchange medium which is preferably water, can be introduced in this embodiment by means of a trickle humidifier from above into the optionally designed as a shaft or chimney duct means, so that there is a flow from top to bottom.
  • the incoming air from the solar air collector which is heated and humidified, then comes in direct contact with the heat exchange medium, so that the condensation heat is transferred directly to the heat exchange medium.
  • a condensed in the heat exchange medium, previously expelled water content from the solvent can then be collected and removed.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the heated air and the heat exchange medium are brought into direct contact in the shaft by the heat exchanger medium is sprinkled into the channel device.
  • a further development of the invention provides that a cascaded direct air heat exchanger medium heat exchanger is used as the direct air tower (2004) (2004)ererme- dium heat exchanger in the channel device during the loading process, in which the
  • Heat exchange medium partially in the direction and partially against the direction of a
  • Air heat exchanger medium heat exchanger can be designed with at least two superimposed portions, wherein the heat exchange medium first flows from top to bottom due to gravity in the lower portion, then lifted by a pump from bottom to top and then trickled over an overlying portion , This lifting of the heat exchange medium can be carried out cascade-wise or partially. By lifting the heat exchange medium, this flows in the opposite direction to the downwardly flowing, heated and humidified air.
  • an indirect heat exchanger in which the heat energy released from the heated air is discharged to a not in contact with the heated air in contact heat exchanger medium.
  • the heat exchange medium flows in a separate circuit from the heated air, so that no contact between the heated air and the heat exchange medium takes place.
  • the heat energy is transferred from the heated air usually via partitions, which are preferably formed as metal surfaces, to the heat exchange medium.
  • a development of the invention can provide that the mixed solution is kept in the storage device in layered layer areas in which subsets of the solution mixture are arranged with different concentrations of the dissolved additive and for which an associated extraction line is provided.
  • the stratification in the storage device may be adjusted due to the different concentrations of the dissolved additive.
  • the higher concentration mixed solution is more likely to be in the lower part of the storage device, whereas less concentrated mixed solution accumulates in the upper part of the storage device.
  • the layering makes it possible to selectively access sub-quantities of the mixed solution with different concentrations in the loading or unloading process via the layered layer regions. For example, in the thermo-chemical discharge process, it is preferable to access the higher-concentration subsets of the mixed solution. Similarly, less concentrated subsets of the mixed solution can then be reintroduced into a particular layer area of the storage device.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the air is transported by means of a natural ⁇ formed due to different temperature zones air flow, which is supported by an optional generated by means of a fan device, artificial air flow or replaced by this.
  • a natural air flow is adjusted by means of a rising in the solar air collector due to heating of the air upward movement in combination with a done in the channel means cooling the air and the resulting output motion. In this way, the air exchange takes place in the elements of the thermal system, without the need for mechanical effort.
  • a fan device for generating an artificial or mechanical air flow may be provided in addition or alternatively.
  • the thermal energy in a thermal discharge process, the thermal energy is released from the liquid heat carrier at least partially, optionally using the heat exchanger in the Passage means.
  • the transferred in the storage device in the loading process on the liquid heat carrier thermal energy is at least partially released to use the thermal energy for a heating or cooling process.
  • This can be done either using the heat exchanger in the channel device or alternatively or additionally using other heat exchangers.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the solution mixture is used as a liquid heat carrier. In this way, only a memory must be provided for energy storage in total, since the mass of the thermo-chemical memory is additionally activated thermally.
  • a heat exchanger arranged in the store is used to cool the liquid heat carrier during the loading phase and to heat the mixed solution without unnecessarily diluting the mixed solution.
  • thermo-chemical energy in a thermo-chemical discharge process, the thermo-chemical energy is at least partially released from the concentrated mixed solution in the storage device by the concentrated solution mixture is distributed by means of a distribution device and absorbs using the released enthalpy of vaporized air humidity, whereby a heated solution mixture diluted with respect to the concentrated mixed solution is formed, which provides thermally usable energy.
  • the moisture may preferably be provided by means of humidified air, which in turn is generated in the solar air collector, wherein the moisture is not provided there from the mixed solution. Rather, the solvent, so for example water, provided. Also, moist air generated elsewhere can be used.
  • the stored in the loading process by means of concentration of the mixed solution thermochemical energy is at least partially released again.
  • the heated and diluted solution mixture produced in this case can be returned to the storage device or, alternatively or additionally, can also be used in another manner for heating or cooling by tapping the thermally usable energy.
  • thermo-chemical discharge using a thermally activated concentrate storage another heat exchanger is used in the memory to distribute the released in the absorption of moisture in the solution concentrate heat to a larger storage mass.
  • thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in the channel device using the heat exchanger arranged therein.
  • This embodiment has over the State of the art, in particular, the advantage that the discharge of the thermo-chemical energy is not necessarily about other system components in the form of absorber and evaporator units. Rather, in order to generate water vapor, in turn, the trickle body arranged in the solar air collector and, for the subsequent absorption of the steam, in turn, the heat exchanger surfaces arranged in the channel device can be used.
  • thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in an external absorption heat pump or an external system for dehumidification, which is supplied to the concentrated solution mixture.
  • the external absorption heat pump is, for example, a conventional, evacuated unit with evaporator and absorber.
  • the concentrated mixed solution may be supplied, for example, via a piping system to the external absorption heat pump.
  • a diluted solution mixture produced in the outer absorption heat pump for regeneration or thickening can then be returned to the storage device or directly into the solar air collector.
  • the concentrated solution mixture is distributed by means of a trickle.
  • a preferred development of the invention provides that the heated solution mixture diluted with respect to the concentrated solution mixture is at least partially supplied to the storage device.
  • the heat exchanger is designed according to a type selected from the following group of types: direct air heat exchanger medium heat exchanger in which the heat energy released by the heated air by means of direct contact between the heated air and Heat exchanger medium is transferred and indirect heat exchanger.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that a ventilation system is used, which is configured, a natural air flow for transporting the To generate air due to the simultaneous heating and cooling of different zones in the system.
  • a development of the invention provides that the storage device is connected to an external absorption heat pump.
  • the moistening has a trickle.
  • the moistening is arranged above a plant area in a greenhouse.
  • the moistening device can be made height-adjustable above the plant area in the greenhouse.
  • a cable is used to lower the humidifier, which is, for example, a trickle humidifier, to the height level of the plants or to remove them again.
  • the described method and the illustrated device can preferably be used for air conditioning or tempering a greenhouse by the greenhouse is used directly as an air collector.
  • the greenhouse is then connected via an arranged on the ground level and closable opening with an outlet of the channel device and connected via a arranged in a roof level and closable executed opening with an output of the solar air collector.
  • the moistening device comprises a partially translucent, displaceable or rollable shading device in the roof area of the greenhouse. Plants can generate in the greenhouse by their evaporation activity additional amounts of water vapor, which can be used in the thermo-chemical discharge process of the distributed concentrated solution mixture by utilizing the released enthalpy of vaporization to generate additional thermal energy.
  • the greenhouse is opened during the thermo-chemical loading cycle.
  • the air moisture expelled from the mixed solution via trickle humidifiers in the roof level is released to the outside of the environment without the use of thermal energy and recoverable water.
  • the greenhouse can be closed and the trickle humidifier is used directly as a heat exchanger used in which it is sprinkled with the solution concentrate at intake of humidity and heating the greenhouse air or heating the then diluted solution and retention of the dilute solution in the storage device for subsequent heating purposes.
  • thermo-chemical discharge process can be performed not only temporally but also spatially separated from each other. It may be provided to use the thermal system only for the loading process, in particular for the expulsion of the solvent from the mixed solution and for storing the thermo-chemical energy in the storage device.
  • an external evaporator using external, other solar air collectors or other heat sources are used, for example, a composting system, a geothermal probe or the like to evaporate the solvent.
  • the concentrated mixed solution is treated as a storage medium and can be transported by vehicle or piping to more distant locations. Similarly, the dilute solution mixture remaining after the thermo-chemical discharge process can then be transported back to the plant.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, to explain a loading process
  • 2 shows a schematic representation of the thermal installation for a building according to FIG. 1 for explaining a discharge process
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the thermal installation for a building according to FIG. 1 for explaining a discharge process in which the building is heated
  • Fig. 4 is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, in one embodiment with an external
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the thermal installation for a building according to FIG. 1 in which atmospheric moisture is absorbed from ambient air or a greenhouse or from both for obtaining water.
  • Fig. 6. is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, in one embodiment with a closed
  • Outer surface. 7 shows a schematic representation of a thermal installation for a building, in particular a greenhouse, in an embodiment with open ventilation during the loading phase and use of the trickle moisturizer as a heat exchanger during the discharge phase.
  • FIGS. 1 to 8 The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 8 with reference to embodiments.
  • the same reference numerals are used in FIGS.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, for explaining a loading process.
  • a solar air collector 3 is used to heat a mixed solution L by solar irradiation by spreading the mixed solution L on a trickle humidifier 4 as a liquid film over an irradiation surface.
  • a trickle humidifier 4 as a liquid film over an irradiation surface.
  • the mixed solution L is heated, water evaporates from the mixed solution
  • the concentration of the mixed solution LK which can be achieved as a function of an air saturation and an achievable temperature is reached within a certain residence time of the solution mixture L in the solar air collector achieved by means of a single or multiple overflow of the inclined or vertical sprinkler 4.
  • the concentrated solution mixture LK is then stored in a storage device comprising a concentrate storage 5.
  • the moisture film in the solar air collector 3 is heated by the solar radiation.
  • air over the moisture film is heated and moistened.
  • the heated and humidified air is now guided over a surface of a heat exchanger 2 arranged in an air duct 1 outside the solar air collector 3. This energy is transported by sensitive and latent heat content of the heated and humidified air.
  • the latent heat of the air moisture is converted back into sensible heat by falling below the dew point and can thus also be utilized by the heated liquid is fed to the concentrate storage 5.
  • An arranged in the concentrate storage 5 further heat exchanger 6 allows the use of water as a coolant in the air duct 1 and the transfer of heat / cold to the solution mixture L.
  • the humidity in the air duct 1 condenses here and can be removed as water gain W via an overflow device 12 ,
  • the case cooled and dehumidified air is returned via a connection shaft back into the solar air collector 3, where again heat and moisture can be absorbed.
  • a cooling medium In order to fall below the dew point temperature of the air and to constantly dehumidify the air in the closed system, a cooling medium must be provided. This is provided from a heat / cold storage 8, which is formed together with the concentrate storage 5 in the storage device.
  • part of the storage volume can be selectively cooled via the heat exchanger 2 in the night hours and re-stored as cold storage in the heat / cold storage 8.
  • part of the storage mass serves, for example, as a buffer heat storage for a first heating period in the beginning of winter or for heating in a greenhouse 9 overnight.
  • a second partial volume serves as a cold storage, namely for the storage of cold from a seasonal discharge phase or regular nocturnal cooling, to force the condensation process.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1 for explaining a discharge process.
  • a discharge of the storage device which implements the concentrate storage 5 and the heat / cold storage 8 in the illustrated embodiment, can be subdivided into a thermal and a thermo-chemical discharge process, which preferably proceeds at a time offset.
  • the heated solution mixture L can be passed through the heat exchanger 2 upon discharge of the thermal storage potential by transferring thermal energy by means of direct contact between the heat exchange medium and the heated air to heat the adjacent greenhouse 9 via the air flow.
  • the heat exchanger 2 then serves as a radiator.
  • the heated liquid is not evaporated on an open surface, since a hygroscopic acting proportion of the dissolved ingredients S prevents this, as long as a certain concentration of the solvent mixture L is not exceeded.
  • the concentration can be reduced by diluting but specifically so far that the room air is not only heated according to a set heating temperature, but is also moistened to a determinable water content.
  • a continuous minimum residual concentration of the solution mixture L in the storage device must be taken into account taking into account the ingredient S used in the design of the entire system.
  • further heat exchanger 6 in this case allows a method in which the concentration of the solution mixture LK is removed from the storage device and by repeatedly flowing the heat exchanger 2 in the air duct 1 and the further heat exchanger 6 in the storage device as long as water from the air until a dilute mixed solution LV is formed with a desired dilution, the resulting heat is transferred to the storage volume and then can be returned to the concentrate storage 5.
  • the use of the heat exchanger 2 in the direct contact type in the air duct 1 is useful in coupling with an open absorption system, because in a space heating the direct contact heat exchanger can only be used if a heating fluid by controlling the concentration of the ingredient S does not evaporate.
  • pure water is out of the question for direct contact with the indoor air used, because on open water surfaces bacterial growth occurs with unacceptable hygienic risks.
  • thermo-chemical discharge process is provided, especially during sunny and warmer winters.
  • the solution mixture L in the storage device can be reheated several times by providing the concentrated mixed solution LK.
  • a seasonal heat accumulator can be dimensioned smaller overall.
  • water W for example, line, rain or sea water for humidification in the solar air collector 3 is introduced.
  • the surfaces of the heat exchanger 2 can be used here as a trickle body, in which the concentrated mixed solution LK is passed over the heat exchanger surface in order to absorb the humidity generated in the solar air collector 3.
  • the concentrated mixed solution LK is heated due to the latent heat released during the absorption of atmospheric moisture and can be used directly for heating or for thermally activating the mixed solution in the storage device by subsequently flowing through the further heat exchanger 6. So following the heat pump principle Heat from a low-temperature source during the absorption phase upgraded, while in the previous Austreibungsphase low-temperature heat is stored over the storage device and preferably delivered at night to the environment.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1 for explaining a discharge process in which the building is heated.
  • the stored heat can also be supplied to an adjacent building 11.
  • An air circuit through the solar collector 3 is closed by at least two closable flaps 14a, 14b.
  • a new circuit is formed between the air duct 1 and the building 11 via a hinged connecting element 15a.
  • a further connecting element 15b provided with flaps is provided.
  • the heat exchanger 2 serves as a radiator of the building 11. Alternately, by opening the flaps 14a, 14b and closing the connecting elements 15a, 15b air is passed from a collector circuit and in the reverse manner from a building cycle to the heat exchanger 2.
  • the greenhouse 9 can be used here as solar irradiated collector surface, which allows a high evaporation rate due to the large evaporation surface of the plants, even at relatively low temperatures, and without being heated themselves. On sunny winter days, air in the building 11 can also be heated directly via the solar air collector 3, without discharging the heat / cold storage 8.
  • an air circuit between a collector volume and a building volume is formed by decoupling a heat exchanger shaft via a flap 16 in the air duct 1, wherein the flaps 14a, 14b and the connecting elements 15a, 15b are opened.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a thermal installation for a building, in particular a greenhouse, in another embodiment with an external evaporator and an external absorber.
  • Memory discharge can run not only temporally but also spatially separated from each other.
  • the thermal system is used only for the thermo-chemical loading.
  • a external evaporator 10a further solar humid air collectors or other heat sources, such as a composting system, a geothermal probe or the like, developed for water evaporation, which can be raised via the absorption in the provided concentrated mixed solution LK in an external absorber 10b in usable heat at a higher temperature level.
  • the concentrated mixed solution LK can be traded as a storage medium and transported via vehicles or pipe systems to more distant locations and transported back as a dilute solution mixture.
  • the material and energy transport in vacuum can also be used for solar cooling by the heat for the evaporation process in the external evaporator 10 a of the air to be cooled space or a liquid medium to be cooled is removed and the waste heat from the exiting from the external absorber 10 b , diluted solution mixture LV or via an additional cooling circuit with a heat exchanger in the external absorber 10b is discharged to the outside air of the environment.
  • seawater MW in the external evaporator 10a may be used instead of fresh water B during the thermo-chemical discharge process (see explanation of Fig. 2). In this case, regularly concentrated seawater MWK must be removed from a cycle, disposed of and reused.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1, is absorbed in the humidity from ambient air or a greenhouse or both for water production.
  • the concentrated solution mixture LK is distributed over the trickle body of the heat exchanger 2 in the air duct 1.
  • Outside air of the environment is guided via a flap 13 a in the open state via the greenhouse 9 or directly to the underside of the air duct 1.
  • the water vapor of the outside air is absorbed by the concentrated mixed solution LK.
  • the heated and dehumidified air is discharged due to buoyancy or assisted by mechanical ventilation via a fan 7 via a further opening with a controllable flap 13b at the top of the air duct 1 back to the environment.
  • the absorbed moisture of the outside air can then be evaporated again, then condensed out and made usable as service water via the overflow device 12.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of the thermal system for a building of Fig. 1, in which the trickle humidifier 4 is arranged in a closed air collector and is flowed over with the dilute mixed solution LV on evaporation of the expelled water vapor in the closed air volume and condensation at the exterior wall.
  • the concentrated solution LK is collected and trickled over the arranged in the air duct 1 heat exchanger 2.
  • Humidified air from the building volume is supplied to the air duct upon absorption of the moisture into the concentrated solution and discharge of the thereby released thermal energy into the dilute solution mixture.
  • the case over the outside temperature heated and dried air can be discharged by arranging the shaft along the outside of the building directly over the shaft wall to the ambient air.
  • the thus dried and cooled air is returned to the building volume and can be cooled by re humidification in particular on the evaporation activity of plants.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1, in which the greenhouse 9 is used directly as a solar air collector 3 and the expelled from the trickle humidifier 4 water content is released by opening flaps to the outside air.
  • the concentrated solution LK is passed over the trickle humidifier 4, which takes over the function of the heat exchanger 2 in this case by receiving by Greenhouse plants produced water vapor.
  • the thermal energy thus released can be removed via the dilute solution LV and fed to the storage device 8.
  • the released energy can be used to directly heat the greenhouse air.
  • the trickle humidifier can also be used to heat the greenhouse, in the heated and dilute solution trickles out of the memory 8 and the greenhouse is heated in this way.
  • the trickle humidifier is lowered via cables to or below the level of the vegetation.

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Abstract

The invention relates to a method for converting energy in a thermal system for controlling the temperature of a building, in which method steam is expelled from a solution mixture containing a solvent and an additive dissolved in said solvent in a solar air collector via an evaporation surface, and energy which can be used to control temperature is stored in a storage device which has a reserve of a solution mixture containing a solvent and an additive dissolved in said solvent, wherein in one loading process the storage device is loaded with thermal energy by a liquid heat exchange medium, which is optionally formed from the solution mixture in the storage device, being heated up by means of thermal energy which is emitted from the heated air to the heat exchanger in the channel device, and is loaded with thermochemical energy by the air in the air collector being humidified with portions of solution mixture which is introduced in the air collector and a concentrate of the solution mixture, which is reduced at least by the portions absorbed by the air in the solar air collector, being captured and supplied to the storage device, as a result of which a concentrated solution mixture is formed.

Description

Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes und Vorrichtung Method for energy conversion in a thermal system for tempering a building and device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes.The invention relates to a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building, in particular Temperierungsanlage for a greenhouse, and a device for tempering a building.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Der Energieverbrauch von Gebäuden trägt mit über 40% eine Hauptlast beim weltweiten Energieverbrauch. Der größte Anteil entfällt hierbei auf die Gebäudeheizung und — kühlung zum Temperieren des Gebäudes. Vor diesem Hintergrund sind neue Technologien, welche die Markteinführung regenerativer Energieversorgung ermöglichen, von besonderer Bedeutung.The energy consumption of buildings accounts for more than 40% of the world's energy consumption. The largest share is accounted for by the building heating and cooling to temper the building. Against this background, new technologies that enable the market introduction of regenerative energy supply are of particular importance.
Während solarthermische Anwendungen zur direkten Erwärmung von Wasser für die Brauchwassererwärmung oder die unterstützende Gebäudeheizung mit Kurzzeitwärmespeichern am Markt inzwischen gut etabliert sind, sind solare Anwendungen der saisonalen Wärmespeicherung und der Raumkühlung mangels Wettbewerbsfähigkeit noch weit von einer realen Markteinführung entfernt.While solar thermal applications for direct heating of water for domestic water heating or supportive building heating with short-term heat storage are now well established on the market, solar applications of seasonal heat storage and space cooling are still far from a real market launch due to lack of competitiveness.
Als Alternative zur reinen Speicherung sensibler Wärme in Wasserspeichern wurden unterschiedliche Varianten von Latentwärmespeichern und thermochemischen Speichern vorgeschlagen. Wesentliche Nachteile hierbei sind relativ hohe Kosten der Speichermedien, die für eine saisonale Speicherung in sehr großen Mengen benötigt werden. Thermo- chemische Speicher, beispielsweise Absorptionssysteme, erlauben eine erhebliche Verkleinerung der Speichervolumina, da der Anteil latent gespeicherter Energie sehr hoch ist.As an alternative to the mere storage of sensible heat in water reservoirs, different variants of latent heat storage and thermochemical storage have been proposed. Significant disadvantages here are relatively high costs of the storage media, which are required for a seasonal storage in very large quantities. Thermo-chemical stores, for example absorption systems, allow a considerable reduction in the storage volumes since the proportion of latently stored energy is very high.
Bei Absorptionswärmepumpen zur solarthermischen Saisonspeicherung und für die solare Kühlung wird Wärmeenergie bei einer Temperatur von typischerweise etwa 80° C, was von den Rahmenbedingungen abhängig ist, für die Regeneration des Arbeitsmittels benötigt. Hierfür wiederum werden relativ kostenintensive Hochleistungssolarkollektoren benötigt.In absorption heat pumps for solar thermal seasonal storage and solar cooling heat energy at a temperature of typically about 80 ° C, which depends on the conditions required for the regeneration of the working fluid. In turn, relatively expensive high-performance solar collectors are needed for this.
Weiterhin verursachen die Komponenten einer konventionellen Absorptionswärmepumpe wieFurthermore, the components of a conventional absorption heat pump cause such
Absorber, Regenerator, Verdampfer und Kondensator zusätzliche Kosten, die gegen die erzielbaren Kosteneinsparungen bei der verringerten Speichergröße gegengerechnet werdenAbsorber, regenerator, evaporator and condenser additional costs, which are offset against the achievable cost savings in the reduced storage size
BESTÄT1GUNGSKOPIE müssen. Offene Absorptionsprozesse sind weit verbreitet bei der Trocknung von Raumluft, zum Beispiel in Museen.BESTÄT1GUNGSKOPIE have to. Open absorption processes are widespread in the drying of indoor air, for example in museums.
Auch die Regeneration von Arbeitsmitteln in sogenannten „Desiccant Cooling" Systemen über offene Verdunstungsflächen wurde im Ansatz untersucht, beispielsweise durch die einfache Überströmung einer Dachfläche. Dieser Ansatz hat aber den Nachteil, daß die in geschlossenen oder teilgeschlossenen Systemen verwertbare Verdunstungswärme, die überThe regeneration of work equipment in so-called "Desiccant Cooling" systems over open evaporation surfaces was investigated in the approach, for example, by the simple flow over a roof surface.However, this approach has the disadvantage that exploitable in closed or partially closed systems evaporation heat over
Kondensations- bzw. Absorptionsvorgänge nutzbar gemacht wird, hier grundsätzlich an dieCondensation or absorption processes is used, here basically to the
Umgebung verloren geht, mit dem Nachteil der niedrigeren energetischen Effizienz und hoher Wasserverluste. Zudem gibt es Beeinträchtigungen durch Regenfälle und Staubeintrag aus derEnvironment is lost, with the disadvantage of lower energy efficiency and high water losses. In addition, there are impairments caused by rain and dust from the
Umgebung in einem völlig offenen System.Environment in a completely open system.
Aus dem Dokument EP 0 965 264 Al sind eine Anlage und ein Verfahren zum Überfuhren und Nutzen von Wärme und / oder Wasserdampf aus Gewächshäusern und Solid-State- Fermentationsanlagen bekannt. Bei der bekannten Anlage wird Luft aus dem Gewächshaus in einen Solarkamin geführt, wo die Luft erwärmt wird. Anschließend gelangt die erwärmte Luft durch einen Luftbefeuchter, um anschließend in einen Schacht eingeführt zu werden, in welchem die erwärmte und befeuchtete Luft einen Wärmetauscher überstreicht. Hierbei wird die in dem Schacht eingebrachte Luft abgekühlt und kondensiert. Der Wärmetauscher ist mit einem thermischen Speicher verbunden, den die in dem Wärmetauscher aufgenommene thermische Wärmeenergie zugeführt wird. In die bekannte Anlage ist weiterhin eine geschlossene Absorptionswärmepumpe zum solaren Heizen und Kühlen und zum chemischen Speichern integriert. Ergänzende Solarkollektoren werden genutzt, um ein Lösungsmittel aus einem Lösungsgemisch in einem Austreiber auszutreiben, so daß ein konzentriertes Lösungsgemisch gebildet wird, welches dann in einen von dem Speicher separierten, weiteren Speicher zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird in dem weiteren Speicher ein konzentriertes Lösungsgemisch bereitgestellt.The document EP 0 965 264 A1 discloses a system and a method for transferring and using heat and / or water vapor from greenhouses and solid state fermentation plants. In the known system, air is led out of the greenhouse into a solar chimney, where the air is heated. Subsequently, the heated air passes through a humidifier to be subsequently introduced into a shaft in which the heated and humidified air passes over a heat exchanger. In this case, the air introduced into the shaft is cooled and condensed. The heat exchanger is connected to a thermal storage, to which the thermal heat energy absorbed in the heat exchanger is supplied. In the known system a closed absorption heat pump for solar heating and cooling and chemical storage is also integrated. Complementary solar collectors are used to expel a solvent from a solution mixture in an expeller so that a concentrated mixed solution is formed, which is then recycled to a further storage compartment separated from the storage. In this way, a concentrated mixed solution is provided in the further memory.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes und eine verbesserte Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes anzugeben, bei denen eine effiziente Energiespeicherung und Energienutzung mit vereinfachten Mitteln erreicht ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes nach dem unabhängigen Anspruch 1 und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes nach dem unabhängigen Anspruch 15 gelöst.The object of the invention is to provide an improved method for energy conversion in a thermal system for tempering a building and an improved device for tempering a building, in which an efficient energy storage and energy use is achieved with simplified means. This object is achieved by a method for energy conversion in a thermal system for tempering a building according to independent claim 1 and a device for tempering a building according to independent claim 15.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes geschaffen, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, bei dem in einem solaren Luftkollektor über eine Verdunstungsoberfläche Wasserdampf aus einem Lösungsgemisch mit einem Lösungsmittel und einem hierin gelösten Zusatzstoff ausgetrieben wird und zur Temperierung nutzbare Energie in einer Speichereinrichtung, die einen Vorrat des Lösungsgemisches und wahlweise ein zusätzliches, thermisch aktivierbares Speichermedium aufweist, gespeichert wird, wobei die Speichereinrichtung in einem Beladungsprozess mit thermischer Energie beladen wird, indem: die Luft in dem solaren Luftkollektor mittels Sonnenenergie erwärmt wird und ein flüssiger Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch oder dem zusätzlichen Speichermedium in der Speichereinrichtung gebildet wird, mittels von der erwärmten Luft erwärmt wird, und mit thermo-chemischer Energie beladen wird, indem: die Luft in dem solaren Luftkollektor mit Anteilen aus in dem solaren Luftkollektor eingebrachten Lösungsgemisch befeuchtet wird und ein zumindest um die von der Luft in dem solaren Luftkollektor aufgenommenen Anteile vermindertes Konzentrat des Lösungsgemisches aufgefangen und der Speichereinrichtung zugeführt wird, wodurch in der Speichereinrichtung ein konzentriertes Lösungsgemisch gebildet wird.According to one aspect of the invention, a method for energy conversion in a thermal plant for tempering a building is provided, in particular tempering for a greenhouse, in which in a solar air collector via an evaporation surface steam is expelled from a mixed solution with a solvent and an additive dissolved therein and energy usable for tempering is stored in a storage device having a supply of the solution mixture and optionally an additional, thermally activatable storage medium, wherein the storage device is loaded with thermal energy in a charging process by: the air in the solar air collector is heated by solar energy and a liquid heat carrier, which is optionally formed by the mixed solution or the additional storage medium in the storage device, is heated by means of the heated air, and with thermo-chemis is absorbed by: the air in the solar air collector is moistened with proportions of introduced into the solar air collector mixed solution and a reduced at least by the absorbed air in the solar air collector shares shares concentrate of the solution mixture is collected and fed to the storage device, whereby in the storage device, a concentrated mixed solution is formed.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, mit den folgenden Merkmalen geschaffen:According to another aspect of the invention, there is provided a device for controlling the temperature of a building, in particular a tempering system for a greenhouse, having the following features:
- einer Speichereinrichtung mit einem Vorrat eines Lösungsgemisches, welches ein Lösungsmittel und einen hierin gelösten Zusatzstoff enthält,a storage device having a supply of a mixed solution containing a solvent and an additive dissolved therein,
- einem solaren Luftkollektor, der konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft mittels Sonnenenergie zu erwärmen,a solar air collector configured to heat air introduced into the solar air collector by solar energy,
- einer Befeuchtungseinrichtung, die konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor eine Menge des Lösungsgemisches die in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft befeuchtend bereitzustellen, und die wahlweise in dem solaren Luftkollektor angeordnet ist, - einem Wärmetauscher, welcher wahlweise direkt in dem Luftkollektor oder in einer mit dem solaren Luftkollektor verbundenen Kanaleinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, um thermische Energie von der erwärmten und befeuchteten Luft aufzunehmen und an einen flüssigen Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung gebildet wird, abzugeben, und - einer Auffangeinrichtung, die konfiguriert ist, ein nach dem Befeuchten der Luft in dem solaren Luftkollektor verbleibendes Konzentrat des Lösungsgemisches aufzufangen und an die Speichereinrichtung abzugeben.a moistening device configured to humidify in the solar air collector a quantity of the solution mixture humidifying the air introduced into the solar air collector, and which is optionally disposed in the solar air collector, a heat exchanger optionally directly in or in the air collector arranged and connected to the solar air collector duct device is configured to receive thermal energy from the heated and humidified air and to deliver to a liquid heat carrier, which is optionally formed from the mixed solution in the storage device, and a catcher configured to after humidifying the air in the solar Air collector remaining concentrate of the solution mixture to collect and deliver it to the storage device.
In dem solaren Luftkollektor wird mit Hilfe der Sonnenenergie Luft erwärmt und befeuchtet und gleichzeitig das Lösungsgemisch erhitzt und aufkonzentriert, indem das Lösungsmittel, welches bevorzugt eine wasserbasierte Flüssigkeit oder reines Wasser ist, aus dem eingebrachten Lösungsgemisch ausgetrieben und dann über das Volumen des Luftkollektors abgeführt wird. Die im Stand der Technik sowohl apparativ als auch funktionell getrennt ausgeführten Verfahrensschritte der solaren Erzeugung von Prozesswärme und der Erhitzung und Aufkonzentrierung des Lösungsgemisches in der Beladungsphase sowie der Verfahrensschritt der Verdunstung des Lösungsmittels in der Entladungsphase kann direkt in einem Anlagenteil, dem solaren Luftkollektor realisiert werden, wodurch die thermische Anlage insgesamt vereinfacht und hierdurch kostengünstiger herstellbar ist.Air is heated and humidified in the solar air collector with the aid of solar energy and at the same time the mixed solution is heated and concentrated by expelling the solvent, which is preferably a water-based liquid or pure water, from the introduced mixed solution and then discharging it via the volume of the air collector. The process steps of the solar production of process heat and the heating and concentration of the solution mixture in the loading phase as well as the process step of the evaporation of the solvent in the discharge phase can be realized directly in a plant part, the solar air collector, in the state of the art. whereby the thermal system is simplified overall and thus cheaper to produce.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Lösungsgemisch in dem solaren Luftkollektor mittels eines Rieselbefeuchters eingebracht wird.A preferred embodiment of the invention provides that the solution mixture is introduced into the solar air collector by means of a trickle humidifier.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Luft aus dem solaren Luftkollektor zu einer Kanaleinrichtung mit einem hierin angeordneten Wärmetauscher geführt wird und nach Abführung von Wärme und Luftfeuchtigkeit wieder in den Luftkollektor zurückgeführt wird. Auch dieses Anlagenteil ermöglicht die Reduzierung der Komplexität bisheriger Absorptionssysteme, indem der Wärmetauscher während der Beladungsphase zur Kondensation der Luftfeuchtigkeit und zur thermischen Nutzung des solaren Energieertrags aus dem Luftkollektor eingesetzt wird, während in der Entladungsphase der thermische Ertrag aus dem Luftkollektor durch Berieselung der Wärmetauscheroberfläche mit dem konzentrierten Lösungsgemisch und Absorption der aus dem befeuchteten Luftkollektor zuströmenden Luftfeuchtigkeit in das konzentrierte Lösungsgemisch abgeführt wird. Ein herkömmliches solares Absorptionswärmepumpensystem, bestehend aus einem Solarkollektor, einem Kocher, einem Kondensator, einem Verdunster und einem Absorber wird also insgesamt ersetzt durch einen befeuchtbaren solaren Luftkollektor und einen befeuchtbaren Wärmetauscher. Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß als Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein direkter Luft- Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen der erwärmten Luft und der Wärmetauschermedium abgegeben wird. Das Wärmetauschermedium, bei dem es sich bevorzugt um Wasser handelt, kann bei dieser Ausführung mittels eines Rieselbefeuchters von oben in die wahlweise als Schacht oder Kamin ausgeführte Kanaleinrichtung eingebracht werden, so daß sich ein Strom von oben nach unten ergibt. Die aus dem solaren Luftkollektor einströmende Luft, welche erwärmt und befeuchtet ist, kommt dann in direkten Kontakt mit dem Wärmetauschermedium, so daß die Kondensationsabwärme direkt auf das Wärmetauschermedium übertragen wird. Ein in das Wärmetauschermedium kondensierter, zuvor ausgetriebener Wasseranteil aus dem Lösungsmittel kann dann aufgefangen und abgeführt werden.A preferred embodiment of the invention provides that the air from the solar air collector is guided to a channel device with a heat exchanger arranged therein and is returned to the discharge of heat and humidity back into the air collector. Also, this part of the plant allows the reduction of the complexity of previous absorption systems by the heat exchanger is used during the loading phase for condensation of humidity and thermal utilization of the solar energy yield from the air collector, while in the discharge phase, the thermal output from the air collector by sprinkling the heat exchanger surface with the concentrated solution mixture and absorption of the incoming from the humidified air collector humidity is dissipated in the concentrated solution mixture. A conventional solar absorption heat pump system consisting of a solar collector, a cooker, a condenser, a vaporizer and an absorber is thus replaced in total by a humidable solar air collector and a humidified heat exchanger. In an advantageous embodiment of the invention can be provided that a direct air heat exchanger medium heat exchanger is used as a heat exchanger in the channel device during the loading process, in which the heat energy released by the heated air is discharged by direct contact between the heated air and the heat exchange medium. The heat exchange medium, which is preferably water, can be introduced in this embodiment by means of a trickle humidifier from above into the optionally designed as a shaft or chimney duct means, so that there is a flow from top to bottom. The incoming air from the solar air collector, which is heated and humidified, then comes in direct contact with the heat exchange medium, so that the condensation heat is transferred directly to the heat exchange medium. A condensed in the heat exchange medium, previously expelled water content from the solvent can then be collected and removed.
Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung sieht vor, daß die erwärmte Luft und das Wärmetauschermedium in dem Schacht in direkten Kontakt gebracht werden, indem das Wärmetauschermedium in die Kanaleinrichtung eingerieselt wird.An advantageous embodiment of the invention provides that the heated air and the heat exchange medium are brought into direct contact in the shaft by the heat exchanger medium is sprinkled into the channel device.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß als direkter Luft-Wärmetauscherme- dium-Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein kaskadierter direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem dasPreferably, a further development of the invention provides that a cascaded direct air heat exchanger medium heat exchanger is used as the direct air Wärmetauschererme- dium heat exchanger in the channel device during the loading process, in which the
Wärmetauschermedium teilweise in Richtung und teilweise entgegen der Richtung einerHeat exchange medium partially in the direction and partially against the direction of a
Strömung der erwärmten Luft in der Kanaleinrichtung geführt wird. Ein kaskadierter direkterFlow of the heated air is guided in the channel device. A cascaded direct
Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher kann mit wenigstens zwei übereinander angeordneten Teilbereichen ausgeführt sein, wobei das Wärmetauschermedium zunächst aufgrund der Schwerkraft im unteren Teilbereich von oben nach unten strömt, um dann mittels einer Pumpe von unten nach oben gehoben und anschließend über einem darüber liegenden Teilbereich verrieselt wird. Dieses Anheben des Wärmetauschermediums kann kaskadenweise oder teilbereichsweise ausgeführt werden. Mittels Anheben des Wärmetauschermediums strömt dieses in Gegenrichtung zu der nach unten strömenden, erwärmten und befeuchteten Luft.Air heat exchanger medium heat exchanger can be designed with at least two superimposed portions, wherein the heat exchange medium first flows from top to bottom due to gravity in the lower portion, then lifted by a pump from bottom to top and then trickled over an overlying portion , This lifting of the heat exchange medium can be carried out cascade-wise or partially. By lifting the heat exchange medium, this flows in the opposite direction to the downwardly flowing, heated and humidified air.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß alsIn an advantageous embodiment of the invention can be provided that as
Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein indirekter Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie an ein nicht mit der erwärmten Luft in Kontakt stehendes Wärmetauschermedium abgegeben wird. Bei einem indirekten Wärmetauscher fließt das Wärmetauschermedium in einem von der erwärmten Luft getrennten Kreislauf, so daß kein Kontakt zwischen der erwärmten Luft und dem Wärmetauschermedium stattfindet. Die Wärmeenergie wird von der erwärmten Luft üblicherweise über Trennwände, die bevorzugt als Metallflächen gebildet sind, an das Wärmetauschermedium übertragen.Heat exchanger in the channel device during the loading process, an indirect heat exchanger is used, in which the heat energy released from the heated air is discharged to a not in contact with the heated air in contact heat exchanger medium. at an indirect heat exchanger, the heat exchange medium flows in a separate circuit from the heated air, so that no contact between the heated air and the heat exchange medium takes place. The heat energy is transferred from the heated air usually via partitions, which are preferably formed as metal surfaces, to the heat exchange medium.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, daß das Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung in geschichteten Schichtbereichen vorgehalten wird, in denen Teilmengen des Lösungsgemisches mit unterschiedlichen Konzentrationen des gelösten Zusatzstoffes angeordnet sind und für die eine zugeordnete Entnahmeleitung vorgesehen ist. Die Schichtung in der Speichereinrichtung kann sich hierbei aufgrund der unterschiedlichen Konzentrationen des gelösten Zusatzstoffes einstellen. Das höher konzentrierte Lösungsgemisch befindet sich eher im unteren Bereich der Speichereinrichtung, wohingegen weniger konzentriertes Lösungsgemisch sich im oberen Bereich der Speichereinrichtung anreichert. Die Schichtung ermöglicht es, über den geschichteten Schichtbereichen zugeordnete Zu- und Abflüsse im Be- oder Entladungsprozeß gezielt auf Teilmengen des Lösungsgemisches mit verschiedenen Konzentrationen zuzugreifen. So kann beispielsweise bei dem thermo-chemischen Entladungsprozeß bevorzugt auf die höher konzentrierten Teilmengen des Lösungsgemisches zugegriffen werden. In ähnlicher Weise können weniger konzentrierte Teilmengen des Lösungsgemisches dann in einem bestimmten Schichtbereich der Speichereinrichtung wieder eingebracht werden.A development of the invention can provide that the mixed solution is kept in the storage device in layered layer areas in which subsets of the solution mixture are arranged with different concentrations of the dissolved additive and for which an associated extraction line is provided. The stratification in the storage device may be adjusted due to the different concentrations of the dissolved additive. The higher concentration mixed solution is more likely to be in the lower part of the storage device, whereas less concentrated mixed solution accumulates in the upper part of the storage device. The layering makes it possible to selectively access sub-quantities of the mixed solution with different concentrations in the loading or unloading process via the layered layer regions. For example, in the thermo-chemical discharge process, it is preferable to access the higher-concentration subsets of the mixed solution. Similarly, less concentrated subsets of the mixed solution can then be reintroduced into a particular layer area of the storage device.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Luft mittels eines natürlichen^ aufgrund unterschiedlicher Temperaturzonen gebildeten Luftstroms transportiert wird, welcher wahlweise durch einen mittels einer Ventilatoreinrichtung erzeugten, künstlichen Luftstrom unterstützt oder durch diesen ersetzt wird. Ein natürlicher Luftstrom wird mittels einer im solaren Luftkollektor aufgrund von Erwärmung der Luft eintretenden Aufwärtsbewegung in Kombination mit einer in der Kanaleinrichtung erfolgten Abkühlung der Luft und hier entstehender Abtriebsbewegung eingestellt. Auf diese Weise erfolgt der Luftaustausch in den Elementen der thermischen Anlage, ohne daß es hierfür mechanischen Aufwandes bedarf. Aber auch der Einsatz einer Ventilatoreinrichtung zum Erzeugen eines künstlichen oder mechanischen Luftstroms kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein.A preferred embodiment of the invention provides that the air is transported by means of a natural ^ formed due to different temperature zones air flow, which is supported by an optional generated by means of a fan device, artificial air flow or replaced by this. A natural air flow is adjusted by means of a rising in the solar air collector due to heating of the air upward movement in combination with a done in the channel means cooling the air and the resulting output motion. In this way, the air exchange takes place in the elements of the thermal system, without the need for mechanical effort. But also the use of a fan device for generating an artificial or mechanical air flow may be provided in addition or alternatively.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in einem thermischen Entladungsprozeß die thermische Energie von dem flüssigen Wärmeträger wenigstens teilweise abgegeben wird, wahlweise unter Nutzung des Wärmetauschers in der Kanaleinrichtung. In dem thermischen Entladungsprozeß wird die in der Speichereinrichtung im Beladungsprozeß auf den flüssigen Wärmeträger übertragene, thermische Energie wenigstens teilweise abgegeben, um die thermische Energie für einen Heiz- oder Kühlprozeß zu nutzen. Dieses kann wahlweise unter Nutzung des Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung oder alternativ oder ergänzend mit Hilfe anderer Wärmetauscher erfolgen. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als flüssiger Wärmeträger das Lösungsgemisch verwendet wird. Auf diese Weise muß zur Energiespeicherung insgesamt nur ein Speicher bereitgestellt werden, da die Masse des thermo-chemischen Speichers zusätzlich thermisch aktiviert wird. Hierfür wird ein im Speicher angeordneter Wärmetauscher genutzt, um während der Beladungsphase den flüssigen Wärmeträger abzukühlen und das Lösungsgemisch zu erwärmen, ohne das Lösungsgemisch unnötig zu verdünnen.In an expedient embodiment of the invention can be provided that in a thermal discharge process, the thermal energy is released from the liquid heat carrier at least partially, optionally using the heat exchanger in the Passage means. In the thermal discharge process, the transferred in the storage device in the loading process on the liquid heat carrier, thermal energy is at least partially released to use the thermal energy for a heating or cooling process. This can be done either using the heat exchanger in the channel device or alternatively or additionally using other heat exchangers. An advantageous embodiment of the invention provides that the solution mixture is used as a liquid heat carrier. In this way, only a memory must be provided for energy storage in total, since the mass of the thermo-chemical memory is additionally activated thermally. For this purpose, a heat exchanger arranged in the store is used to cool the liquid heat carrier during the loading phase and to heat the mixed solution without unnecessarily diluting the mixed solution.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß in einem thermo-chemischen Entladungsprozeß die thermo-chemische Energie von dem konzentrierten Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung wenigstens teilweise abgegeben wird, indem das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Verteileinrichtung verteilt wird und unter Ausnutzung frei werdender Verdampfungsenthalpie Luftfeuchtigkeit aufnimmt, wodurch ein erwärmtes und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünntes Lösungsgemisch gebildet wird, welches thermisch nutzbare Energie bereitstellt. Die Feuchte kann bevorzugt mittels befeuchteter Luft bereitgestellt werden, die ihrerseits in dem solaren Luftkollektor erzeugt wird, wobei die Feuchtigkeit dort nicht aus dem Lösungsgemisch zur Verfügung gestellt wird. Vielmehr wird das Lösungsmittel, also beispielsweise Wasser, bereitgestellt. Auch kann anderswo erzeugte feuchte Luft genutzt werden. Bei dem thermo-chemischen Entladungsprozeß wird die im Beladungsprozeß mittels Aufkonzentration des Lösungsgemisches gespeicherte thermo-chemische Energie wenigstens teilweise wieder abgegeben. Das hierbei erzeugte, erwärmte und verdünnte Lösungsgemisch kann der Speichereinrichtung wieder zugeführt werden oder alternativ oder ergänzend auch in anderer Art und Weise zum Heizen oder Kühlen verwendet werden, indem die thermisch nutzbare Energie abgegriffen wird. Bei der thermo-chemischen Entladung unter Verwendung eines thermisch aktivierten Konzentratspeichers wird ein weiterer Wärmetauscher im Speicher genutzt, um die bei der Aufnahme von Feuchtigkeit in das Lösungskonzentrat frei werdende Wärme auf eine größere Speichermasse zu verteilen.An advantageous embodiment of the invention provides that in a thermo-chemical discharge process, the thermo-chemical energy is at least partially released from the concentrated mixed solution in the storage device by the concentrated solution mixture is distributed by means of a distribution device and absorbs using the released enthalpy of vaporized air humidity, whereby a heated solution mixture diluted with respect to the concentrated mixed solution is formed, which provides thermally usable energy. The moisture may preferably be provided by means of humidified air, which in turn is generated in the solar air collector, wherein the moisture is not provided there from the mixed solution. Rather, the solvent, so for example water, provided. Also, moist air generated elsewhere can be used. In the thermo-chemical discharge process, the stored in the loading process by means of concentration of the mixed solution thermochemical energy is at least partially released again. The heated and diluted solution mixture produced in this case can be returned to the storage device or, alternatively or additionally, can also be used in another manner for heating or cooling by tapping the thermally usable energy. In the thermo-chemical discharge using a thermally activated concentrate storage another heat exchanger is used in the memory to distribute the released in the absorption of moisture in the solution concentrate heat to a larger storage mass.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß der thermo-chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in der Kanaleinrichtung unter Verwendung des hierin angeordneten Wärmetauschers ausgeführt wird. Diese Ausführungsform hat gegenüber dem Stand der Technik insbesondere den Vorteil, daß die Entladung der thermo-chemischen Energie nicht zwingend über weitere Anlagenkomponenten in Form von Absorber- und Verdunstereinheiten erfolgt. Vielmehr kann zur Erzeugung von Wasserdampf zeitlich versetzt wiederum der im solaren Luftkollektor angeordnete Rieselkörper und zur anschließenden Absorption des Wasserdampfes wiederum die in der Kanaleinrichtung angeordneten Wärmetauscheroberflächen verwendet werden.Preferably, a further development of the invention provides that the thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in the channel device using the heat exchanger arranged therein. This embodiment has over the State of the art, in particular, the advantage that the discharge of the thermo-chemical energy is not necessarily about other system components in the form of absorber and evaporator units. Rather, in order to generate water vapor, in turn, the trickle body arranged in the solar air collector and, for the subsequent absorption of the steam, in turn, the heat exchanger surfaces arranged in the channel device can be used.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der thermo- chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in einer äußeren Absorptionswärmepumpe oder einer äußeren Anlage zur Luftentfeuchtung ausgeführt wird, welcher das konzentrierte Lösungsgemisch zugeführt wird. Bei der äußeren Absorptionswärmepumpe handelt es sich beispielsweise um eine konventionelle, evakuierte Einheit mit Verdunster und Absorber. Das konzentrierte Lösungsgemisch kann zum Beispiel über ein Leitungssystem der äußeren Absorptionswärmepumpe zugeführt werden. In vergleichbarer Weise kann dann ein in der äußeren Absorptionswärmepumpe erzeugtes, verdünntes Lösungsgemisch zur Regeneration oder Eindickung wieder an die Speichereinrichtung oder direkt in den solaren Luftkollektor zurückgeführt werden.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in an external absorption heat pump or an external system for dehumidification, which is supplied to the concentrated solution mixture. The external absorption heat pump is, for example, a conventional, evacuated unit with evaporator and absorber. The concentrated mixed solution may be supplied, for example, via a piping system to the external absorption heat pump. In a comparable manner, a diluted solution mixture produced in the outer absorption heat pump for regeneration or thickening can then be returned to the storage device or directly into the solar air collector.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Rieseleinrichtung verteilt wird.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the concentrated solution mixture is distributed by means of a trickle.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das erwärmte und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünnte Lösungsgemisch zumindest teilweise der Speichereinrichtung zugeführt wird.A preferred development of the invention provides that the heated solution mixture diluted with respect to the concentrated solution mixture is at least partially supplied to the storage device.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes näher erläutert.Below, advantageous embodiments of the device for tempering a building will be explained in more detail.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Wärmetauscher gemäß einer Bauart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bauarten ausgeführt ist: direkter Luft-Wärmetauschermedium-Wärmetauscher bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen der erwärmten Luft und dem Wärmetauschermedium übertragen wird und indirekter Wärmetauscher.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the heat exchanger is designed according to a type selected from the following group of types: direct air heat exchanger medium heat exchanger in which the heat energy released by the heated air by means of direct contact between the heated air and Heat exchanger medium is transferred and indirect heat exchanger.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß ein Lüftungssystem verwendet wird, welches konfiguriert ist, einen natürlichen Luftstrom zum Transportieren der Luft aufgrund der gleichzeitigen Erwärmung und Abkühlung unterschiedlicher Zonen in dem System zu erzeugen.An advantageous embodiment of the invention provides that a ventilation system is used, which is configured, a natural air flow for transporting the To generate air due to the simultaneous heating and cooling of different zones in the system.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß die Speichereinrichtung mit einer äußeren Absorptionswärmepumpe verbunden ist.Preferably, a development of the invention provides that the storage device is connected to an external absorption heat pump.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Befeuchtungseinrichtung einen Rieselbefeuchter aufweist.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the moistening has a trickle.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Befeuchtungseinrichtung oberhalb eines Pflanzenbereiches in einem Gewächshaus angeordnet ist. Die Befeuchtungseinrichtung kann höhenverstellbar oberhalb des Pflanzenbereiches in dem Gewächshaus gebildet sein. In einer Ausführung wird hierfür ein Seilzug genutzt, um die Befeuchtungseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Rieselbefeuchter handelt, auf die Höhenebene der Pflanzen herabzulassen oder von diesen wieder zu entfernen.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the moistening is arranged above a plant area in a greenhouse. The moistening device can be made height-adjustable above the plant area in the greenhouse. In one embodiment, a cable is used to lower the humidifier, which is, for example, a trickle humidifier, to the height level of the plants or to remove them again.
Das beschriebene Verfahren und die erläuterte Vorrichtung können bevorzugt zur Klimatisierung oder Temperierung eines Gewächshauses verwendet werden indem das Gewächshaus direkt als Luftkollektor eingesetzt wird. In einer Ausführung ist dann das Gewächshaus über eine auf Bodenebene angeordnete und verschließbar ausgeführte Öffnung mit einem Ausgang der Kanaleinrichtung und über eine in einer Dachebene angeordnete und verschließbar ausgeführte Öffnung mit einem Ausgang des solaren Luftkollektors verbunden. In einer möglichen Ausführungsform umfaßt die Befeuchtungseinrichtung eine teilweise lichtdurchlässige, verschiebbar oder ausrollbar ausgeführte Beschattungsvorrichtung im Dachbereich des Gewächshauses. Pflanzen können in dem Gewächshaus durch ihre Verdunstungsaktivität zusätzliche Mengen an Wasserdampf erzeugen, welcher bei dem thermo-chemischen Entladungsprozeß von dem verteilten, konzentrierten Lösungsgemisch unter Ausnutzung der frei werdenden Verdampfungsenthalpie zum Erzeugen zusätzlicher thermischer Energie genutzt werden kann.The described method and the illustrated device can preferably be used for air conditioning or tempering a greenhouse by the greenhouse is used directly as an air collector. In one embodiment, the greenhouse is then connected via an arranged on the ground level and closable opening with an outlet of the channel device and connected via a arranged in a roof level and closable executed opening with an output of the solar air collector. In one possible embodiment, the moistening device comprises a partially translucent, displaceable or rollable shading device in the roof area of the greenhouse. Plants can generate in the greenhouse by their evaporation activity additional amounts of water vapor, which can be used in the thermo-chemical discharge process of the distributed concentrated solution mixture by utilizing the released enthalpy of vaporization to generate additional thermal energy.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Gewächshaus während des thermo-chemischen Beladungszyklus geöffnet wird. Die über Rieselbefeuchter in der Dachebene aus dem Lösungsgemisch ausgetriebene Luftfeuchtigkeit wird nach Außen an die Umgebung abgegeben bei Verzicht auf Nutzung der thermischen Energie und zurückgewinnbarem Wasser. Während der Entladungsphase kann das Gewächshaus geschlossen werden und der Rieselbefeuchter wird direkt als Wärmetauscher eingesetzt in dem es mit dem Lösungskonzentrat berieselt wird bei Aufnahme von Luftfeuchtigkeit und Erwärmung der Gewächshausluft bzw. Erwärmung der dann verdünnten Lösung und Rückhaltung der verdünnten Lösung in der Speichervorrichtung für spätere Heizzwecke.In an advantageous embodiment of the invention can be provided that the greenhouse is opened during the thermo-chemical loading cycle. The air moisture expelled from the mixed solution via trickle humidifiers in the roof level is released to the outside of the environment without the use of thermal energy and recoverable water. During the discharge phase, the greenhouse can be closed and the trickle humidifier is used directly as a heat exchanger used in which it is sprinkled with the solution concentrate at intake of humidity and heating the greenhouse air or heating the then diluted solution and retention of the dilute solution in the storage device for subsequent heating purposes.
Die beschriebenen Prozesse, nämlich der Beladungsprozeß, der thermische Entladungsprozeß sowie der thermo-chemische Entladungsprozeß können nicht nur zeitlich sondern auch räumlich getrennt voneinander ausgeführt werden. Hierbei kann vorgesehen sein, die thermische Anlage nur für den Beladungsprozeß, insbesondere für das Austreiben des Lösungsmittels aus dem Lösungsgemisch und für das Speichern der thermo-chemischen Energie in der Speichereinrichtung zu nutzen. Für den Absorptionsprozeß, das heißt den thermo-chemischen Ladungsprozeß werden dann ein äußerer Verdampfer unter Nutzung äußerer, weiterer solarer Luftkollektoren oder auch anderer Wärmequellen verwendet, zum Beispiel einer Kompostanlage, ein Erdwärmesonde oder dergleichen zum Verdunsten des Lösungsmittels. Das konzentrierte Lösungsgemisch wird als Speichermedium behandelt und kann mittels Fahrzeug oder Rohrleitungssystem an weiter entfernte Orte transportiert werden In ähnlicher Weise kann dann das nach dem thermo-chemischen Entladungsprozeß verbleibende, verdünnte Lösungsgemisch zu der Anlage zurücktransportiert werden.The processes described, namely the loading process, the thermal discharge process and the thermo-chemical discharge process can be performed not only temporally but also spatially separated from each other. It may be provided to use the thermal system only for the loading process, in particular for the expulsion of the solvent from the mixed solution and for storing the thermo-chemical energy in the storage device. For the absorption process, that is, the thermo-chemical charging process then an external evaporator using external, other solar air collectors or other heat sources are used, for example, a composting system, a geothermal probe or the like to evaporate the solvent. The concentrated mixed solution is treated as a storage medium and can be transported by vehicle or piping to more distant locations. Similarly, the dilute solution mixture remaining after the thermo-chemical discharge process can then be transported back to the plant.
Ein wasserbasiertes Lösungsgemisch mit beispielsweise 40%iger Konzentration des gelösten Zusatzstoffes, bei dem es sich in funktioneller Hinsicht um ein Absorptionsmittel handelt, welches in dem System auf 20 % verdünnbar ist, enthält pro Liter (mit 1000 g Wasser und 666 g gelöstem Zusatzstoff) dann rund 1 kWh Energie. Dies entspricht der Verdampfungsenthalpie von 1,66 Liter Wasser, welches der absorbierbaren Wassermenge bis zum Erreichen der maximal möglichen Verdünnung auf eine 20%ige Lösung (2666 g Wasser und gleichbleibenden 666g des gelösten Zusatzstoffes) entspricht. Dies entspricht etwa der zwanzigfachen Energiemenge bezogen auf die rein thermische Speicherkapazität von Wasser bei einer Erwärmung von 30 0C auf 80 0C und entspricht dem Energiegehalt von rund 55 Gramm Rohöl.A water-based solution mixture with, for example, a 40% concentration of the dissolved additive, which is functionally an absorbent which is 20% dilutable in the system, then contains per liter (with 1000 grams of water and 666 grams of dissolved additive) around 1 kWh of energy. This corresponds to the enthalpy of vaporization of 1.66 liters of water, which corresponds to the absorbable amount of water until the maximum possible dilution to a 20% solution (2666 g of water and constant 666g of the dissolved additive). This corresponds to about twenty times the amount of energy related to the purely thermal storage capacity of water when heated from 30 0 C to 80 0 C and corresponds to the energy content of about 55 grams of crude oil.
Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele der ErfindungDescription of preferred embodiments of the invention
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen unterThe invention is described below with reference to preferred exemplary embodiments
Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:Reference to figures of a drawing explained in more detail. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, zur Erläuterung eines Beladungsprozesses, Fig. 2 eine schematische Darstellung der thermische Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1 zur Erläuterung eines Entladungsprozesses, Fig. 3 eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1 zur Erläuterung eines Entladungsprozesses, bei dem das Gebäude beheizt wird; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, in einer Ausführungsform mit einem externen1 is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, to explain a loading process, 2 shows a schematic representation of the thermal installation for a building according to FIG. 1 for explaining a discharge process; FIG. 3 shows a schematic illustration of the thermal installation for a building according to FIG. 1 for explaining a discharge process in which the building is heated; Fig. 4 is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, in one embodiment with an external
Verdunster und einem externen Absorber; und Fig. 5 eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1, bei der Luftfeuchtigkeit aus Umgebungsluft oder einem Gewächshaus oder aus beiden für eine Wassergewinnung absorbiert wird.Evaporator and an external absorber; and FIG. 5 shows a schematic representation of the thermal installation for a building according to FIG. 1 in which atmospheric moisture is absorbed from ambient air or a greenhouse or from both for obtaining water.
Fig. 6. eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, in einer Ausführungsform mit einem geschlossenenFig. 6. is a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, in one embodiment with a closed
Luftkollektor und einer Vorrichtung zur Kühlung eines Gewächshauses über dieAir collector and a device for cooling a greenhouse over the
Außenfläche. Fig. 7. eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, in einer Ausführungsform mit offener Lüftung während der Beladungsphase und Nutzung des Rieselbefeuchters als Wärmetauscher während der Entladungsphase.Outer surface. 7 shows a schematic representation of a thermal installation for a building, in particular a greenhouse, in an embodiment with open ventilation during the loading phase and use of the trickle moisturizer as a heat exchanger during the discharge phase.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Für gleiche Merkmale werden in den Fig. 1 bis 8 gleiche Bezugszeichen verwendet.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 8 with reference to embodiments. For the same features, the same reference numerals are used in FIGS.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, zur Erläuterung eines Beladungsprozesses.Fig. 1 shows a schematic representation of a thermal system for a building, in particular a greenhouse, for explaining a loading process.
Während eines Beladungsprozesses, der beispielsweise während der Sommermonate stattfindet, wird ein solarer Luftkollektor 3 benutzt, um ein Lösungsgemisch L mittels solarer Einstrahlung zu erhitzen, indem das Lösungsgemisch L auf einem Rieselbefeuchter 4 als Flüssigkeitsfilm über eine Einstrahlfläche verteilt wird. Hierbei laufen zwei energetische Prozesse parallel ab.During a loading process taking place, for example, during the summer months, a solar air collector 3 is used to heat a mixed solution L by solar irradiation by spreading the mixed solution L on a trickle humidifier 4 as a liquid film over an irradiation surface. Here, two energetic processes take place in parallel.
Zunächst wird das Lösungsgemisch L erwärmt, Wasser verdunstet aus dem LösungsgemischFirst, the mixed solution L is heated, water evaporates from the mixed solution
L, und die Konzentration von Inhaltsstoffen S in dem Lösungsgemisch L wird erhöht. Die in Abhängigkeit von einer Luftsättigung und einer erzielbaren Temperatur erreichbare, maximale Konzentration des Lösungsgemisches LK wird in einer bestimmten Aufenthaltszeit des Lösungsgemisches L in dem solaren Luftkollektor mittels eines ein- oder mehrfachen Überströmen des geneigten oder auch senkrecht angeordneten Rieselbefeuchters 4 erreicht. Das konzentrierte Lösungsgemisch LK wird dann in einer einen Konzentratspeicher 5 umfassenden Speichereinrichtung eingelagert.L, and the concentration of ingredients S in the mixed solution L is increased. The maximum concentration of the mixed solution LK which can be achieved as a function of an air saturation and an achievable temperature is reached within a certain residence time of the solution mixture L in the solar air collector achieved by means of a single or multiple overflow of the inclined or vertical sprinkler 4. The concentrated solution mixture LK is then stored in a storage device comprising a concentrate storage 5.
Weiterhin wird der Feuchtigkeitsfilm in dem solaren Luftkollektor 3 durch die Solarstrahlung erhitzt. Hierdurch wird auch Luft über dem Feuchtigkeitsfilm erhitzt und befeuchtet. Mittels eines Umluftsystems wird die erhitzte und befeuchtete Luft nun über eine Oberfläche eines in einem Luftkanal 1 außerhalb des solaren Luftkollektors 3 angeordneten Wärmetauschers 2 geführt. Hierbei wird Energie durch sensible und latente Wärmeanteile der erwärmten und befeuchteten Luft transportiert. Mittels Überfuhrung der Wärme an ein kälteres Medium in dem Wärmetauscher 2 wird bei Unterschreitung des Taupunktes auch die latente Wärme der Luftfeuchtigkeit durch Kondensation wieder in fühlbare Wärme umgewandelt und kann so ebenfalls nutzbar gemacht werden, indem die erwärmte Flüssigkeit dem Konzentratspeicher 5 zugeführt wird.Furthermore, the moisture film in the solar air collector 3 is heated by the solar radiation. As a result, air over the moisture film is heated and moistened. By means of a circulating air system, the heated and humidified air is now guided over a surface of a heat exchanger 2 arranged in an air duct 1 outside the solar air collector 3. This energy is transported by sensitive and latent heat content of the heated and humidified air. By transferring the heat to a colder medium in the heat exchanger 2, the latent heat of the air moisture is converted back into sensible heat by falling below the dew point and can thus also be utilized by the heated liquid is fed to the concentrate storage 5.
Ein in dem Konzentratspeicher 5 angeordneter weiterer Wärmetauscher 6 ermöglicht die Verwendung von Wasser als Kühlmittel in dem Luftkanal 1 und die Übertragung von Wärme / Kälte an das Lösungsgemisch L. Die Luftfeuchtigkeit im Luftkanal 1 kondensiert hierbei und kann als Wassergewinn W über eine Überlaufvorrichtung 12 abgeführt werden. Die hierbei gekühlte und entfeuchtete Luft wird über einen Verbindungsschacht wieder in den solaren Luftkollektor 3 zurückgeführt, wo erneut Wärme und Feuchtigkeit aufgenommen werden kann.An arranged in the concentrate storage 5 further heat exchanger 6 allows the use of water as a coolant in the air duct 1 and the transfer of heat / cold to the solution mixture L. The humidity in the air duct 1 condenses here and can be removed as water gain W via an overflow device 12 , The case cooled and dehumidified air is returned via a connection shaft back into the solar air collector 3, where again heat and moisture can be absorbed.
Um die Taupunkttemperatur der Luft zu unterschreiten und die Luft im geschlossenen System konstant zu entfeuchten, muß ein Kühlmedium bereitgestellt werden. Dieses wird aus einem Wärme-/Kältespeicher 8 bereitgestellt, welcher zusammen mit dem Konzentratspeicher 5 in der Speichereinrichtung gebildet ist.In order to fall below the dew point temperature of the air and to constantly dehumidify the air in the closed system, a cooling medium must be provided. This is provided from a heat / cold storage 8, which is formed together with the concentrate storage 5 in the storage device.
Bei zunehmender Erwärmung der Speichereinrichtung wird die benötigte Taupunkttemperatur zur Luftentfeuchtung ab einem bestimmten Punkt überschritten. In diesem Fall kann ein Teil des Speichervolumens über den Wärmetauscher 2 in den Nachtstunden gezielt abgekühlt werden und als Kältevorrat erneut in den Wärme-/Kältespeicher 8 eingelagert werden.With increasing heating of the storage device, the required dew point temperature for dehumidification is exceeded from a certain point. In this case, part of the storage volume can be selectively cooled via the heat exchanger 2 in the night hours and re-stored as cold storage in the heat / cold storage 8.
Während des Beladungsprozesses dient ein Teil der Speichermasse beispielsweise als Puffer- Wärmespeicher für eine erste Heizperiode im beginnenden Winter oder für die Beheizung in einem Gewächshaus 9 über Nacht. Ein zweites Teilvolumen dient als Kältespeicher, nämlich zur Bevorratung von Kälte aus einer saisonalen Entladungsphase oder regelmäßiger nächtlicher Abkühlung, zum Erzwingen des Kondensationsvorganges.During the loading process, part of the storage mass serves, for example, as a buffer heat storage for a first heating period in the beginning of winter or for heating in a greenhouse 9 overnight. A second partial volume serves as a cold storage, namely for the storage of cold from a seasonal discharge phase or regular nocturnal cooling, to force the condensation process.
Mittels Unterteilung des Wärmetauschers 2 in kaskadenartige Teilbereiche (nicht dargestellt) kann bei Verrieselung der Flüssigkeit von oben nach unten ein Gegenstrom zu der beim Beladungsprozeß ebenfalls von oben nach unten strömenden Luft erzeugt werden. Hierdurch wird eine effektivere Erwärmung der Flüssigkeitsseite erreicht. Dieses kann mittels wenigstens zwei übereinander angeordneter Teilbereiche eines Rieselkörpers erreicht werden, wobei ein Wärmetauschermedium zunächst aufgrund der Schwerkraft im untersten Teilbereich von oben nach unten strömt, um dann mittels einer Pumpe von unten nach oben gehoben und anschließend über dem darüberliegenden Teilbereich verrieselt zu werden. Mittels Anheben des Wärmetauschermediums strömt dieses in der Summe in Gegenrichtung zu der nach unten strömenden, erwärmten und befeuchteten Luft.By subdivision of the heat exchanger 2 into cascade-like subregions (not shown), countercurrent to the air which also flows from top to bottom during the loading process can be generated when the liquid trickles down from top to bottom. As a result, a more effective heating of the liquid side is achieved. This can be achieved by means of at least two superposed portions of a trickle body, wherein a heat exchange medium first flows from top to bottom due to gravity in the lowermost portion, then lifted by a pump from bottom to top and then trickled over the overlying portion. By lifting the heat exchange medium, this flows in the sum in the opposite direction to the downwardly flowing, heated and humidified air.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der thermische Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1 zur Erläuterung eines Entladungsprozesses.Fig. 2 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1 for explaining a discharge process.
Eine Entladung der Speichereinrichtung, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den Konzentratspeicher 5 und den Wärme-/Kältespeicher 8 implementiert, kann in einen thermischen und einem thermo-chemischen Entladungsprozeß unterteilt werden, die bevorzugt zeitlich versetzt ablaufen.A discharge of the storage device, which implements the concentrate storage 5 and the heat / cold storage 8 in the illustrated embodiment, can be subdivided into a thermal and a thermo-chemical discharge process, which preferably proceeds at a time offset.
In kälteren Jahreszeiten kann das erwärmte Lösungsgemisch L bei Entladung des thermischen Speicherpotentials über den Wärmetauscher 2 geführt werden, indem Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen dem Wärmetauschermedium und der erwärmten Luft übertragen wird, um das anliegende Gewächshaus 9 über den Luftstrom zu erwärmen. Der Wärmetauscher 2 dient dann als Heizkörper.In colder seasons, the heated solution mixture L can be passed through the heat exchanger 2 upon discharge of the thermal storage potential by transferring thermal energy by means of direct contact between the heat exchange medium and the heated air to heat the adjacent greenhouse 9 via the air flow. The heat exchanger 2 then serves as a radiator.
Bei Verwendung eines Flüssigkeit-Luft- Wärmetauschers in der Direktkontakt-Bauart wird die erwärmte Flüssigkeit auf einer offenen Oberfläche hierbei nicht verdunstet, da ein hygroskopisch wirkender Anteil der gelösten Inhaltsstoffe S dies verhindert, solange eine bestimmte Konzentration des Lösungsgemisches L nicht unterschritten wird. Die Konzentration kann mittels Verdünnen aber gezielt soweit herabgesetzt werden, daß die Raumluft sich entsprechend einer eingestellten Heiztemperatur nicht nur erwärmt, sondern auch auf einen bestimmbaren Wasseranteil hin befeuchtet wird. Um eine ungewünschte Überbefeuchtung der Raumluft beim Heizen zu verhindern, muß eine durchgehende Mindestrestkonzentration des Lösungsgemisches L in der Speichereinrichtung unter Berücksichtigung des verwendeten Inhaltsstoffes S bei der Auslegung des Gesamtsystems berücksichtigt werden. Der in der Speichereinrichtung angeordnete, weitere Wärmetauscher 6 ermöglicht hierbei ein Verfahren, bei dem die Konzentration des Lösungsgemisches LK aus der Speichereinrichtung entnommen wird und mittels mehrfachen Durchströmen des Wärmetauschers 2 in dem Luftkanal 1 und des weiteren Wärmetauschers 6 in der Speichereinrichtung solange Wasser aus der Luft entnehmen kann, bis dann ein verdünntes Lösungsgemisch LV mit einer gewünschten Verdünnung gebildet ist, die hierbei entstehende Wärme auf das Speichervolumen übertragen ist und dann wieder in den Konzentratspeicher 5 zurückgeführt werden kann.When using a liquid-to-air heat exchanger in the direct contact type, the heated liquid is not evaporated on an open surface, since a hygroscopic acting proportion of the dissolved ingredients S prevents this, as long as a certain concentration of the solvent mixture L is not exceeded. The concentration can be reduced by diluting but specifically so far that the room air is not only heated according to a set heating temperature, but is also moistened to a determinable water content. To an unwanted To prevent over-humidification of the room air during heating, a continuous minimum residual concentration of the solution mixture L in the storage device must be taken into account taking into account the ingredient S used in the design of the entire system. The arranged in the storage device, further heat exchanger 6 in this case allows a method in which the concentration of the solution mixture LK is removed from the storage device and by repeatedly flowing the heat exchanger 2 in the air duct 1 and the further heat exchanger 6 in the storage device as long as water from the air until a dilute mixed solution LV is formed with a desired dilution, the resulting heat is transferred to the storage volume and then can be returned to the concentrate storage 5.
Die Verwendung des Wärmetauschers 2 in der Direktkontakt-Bauart im Luftkanal 1 ist in Kopplung mit einem offenen Absorptionssystem zweckmäßig, weil bei einer Raumheizung der Direktkontakt- Wärmetauscher nur eingesetzt werden kann, wenn eine Heizflüssigkeit mittels Regelung der Konzentration des Inhaltsstoffes S nicht verdunstet. Darüber hinaus kommt reines Wasser für einen direkten Kontakt mit der genutzten Raumluft nicht in Frage, da es auf offenen Wasseroberflächen zu Bakterienbewuchs mit unvertretbaren hygienischen Risiken kommt.The use of the heat exchanger 2 in the direct contact type in the air duct 1 is useful in coupling with an open absorption system, because in a space heating the direct contact heat exchanger can only be used if a heating fluid by controlling the concentration of the ingredient S does not evaporate. In addition, pure water is out of the question for direct contact with the indoor air used, because on open water surfaces bacterial growth occurs with unacceptable hygienic risks.
Weiterhin ist ein thermo-chemischer Entladungsprozeß vorgesehen, insbesondere während sonniger und wärmerer Winterperioden. Das Lösungsgemisch L in der Speichereinrichtung kann mittels Bereitstellung des konzentrierten Lösungsgemisches LK mehrmals wieder erwärmt werden. Mit Hilfe der Wiederbeladung kann ein saisonaler Wärmespeicher insgesamt kleiner dimensioniert werden. Hierzu wird Wasser W, beispielsweise Leitungs-, Regen- oder auch Meerwasser zur Luftbefeuchtung in den solaren Luftkollektor 3 eingeführt. Mittels solarer Einstrahlung in den solaren Luftkollektor 3 oder direkter Erwärmung der Luft über Außenflächen des solaren Luftkollektors 3 kann so feuchte Luft erzeugt werden, die analog des oben beschriebenen Beladungsprozesses zum Wärmetauscher 2 geführt wird. Die Oberflächen des Wärmetauschers 2 können hierbei als Rieselkörper verwendet werden, bei dem das konzentrierte Lösungsgemisch LK über die Wärmetauscheroberfläche geleitet wird, um die in dem solaren Luftkollektor 3 erzeugte Luftfeuchte zu absorbieren. Das konzentrierte Lösungsgemisch LK wird aufgrund der bei der Aufnahme von Luftfeuchte freiwerdenden latente Wärme erhitzt und kann direkt zum Heizen oder zum thermischen Aktivieren des Lösungsgemisches in der Speichereinrichtung eingesetzt werden, indem es anschließend den weiteren Wärmetauscher 6 durchströmt. Dem Wärmepumpenprinzip folgend wird also Wärme aus einer niedrig temperierten Quelle während der Absorptionsphase aufgewertet, während in der vorangehenden Austreibungsphase niedrig temperierte Wärme über die Speichereinrichtung zwischengelagert und vorzugsweise nachts an die Umgebung abgegeben wird.Furthermore, a thermo-chemical discharge process is provided, especially during sunny and warmer winters. The solution mixture L in the storage device can be reheated several times by providing the concentrated mixed solution LK. With the help of reloading, a seasonal heat accumulator can be dimensioned smaller overall. For this purpose, water W, for example, line, rain or sea water for humidification in the solar air collector 3 is introduced. By means of solar radiation in the solar air collector 3 or direct heating of the air over the outer surfaces of the solar air collector 3 so moist air can be generated, which is performed analogous to the loading process described above to the heat exchanger 2. The surfaces of the heat exchanger 2 can be used here as a trickle body, in which the concentrated mixed solution LK is passed over the heat exchanger surface in order to absorb the humidity generated in the solar air collector 3. The concentrated mixed solution LK is heated due to the latent heat released during the absorption of atmospheric moisture and can be used directly for heating or for thermally activating the mixed solution in the storage device by subsequently flowing through the further heat exchanger 6. So following the heat pump principle Heat from a low-temperature source during the absorption phase upgraded, while in the previous Austreibungsphase low-temperature heat is stored over the storage device and preferably delivered at night to the environment.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1 zur Erläuterung eines Entladungsprozesses, bei dem das Gebäude beheizt wird.Fig. 3 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1 for explaining a discharge process in which the building is heated.
Wie sich aus Fig. 3 ergibt, kann die gespeicherte Wärme auch einem anliegenden Gebäude 11 zugeführt werden. Ein Luftkreislauf durch den solaren Kollektor 3 wird hierbei über mindestens zwei verschließbare Klappen 14a, 14b geschlossen. Es wird ein neuer Kreislauf zwischen dem Luftkanal 1 und dem Gebäude 11 über ein mit Klappen versehenes Verbindungselement 15a gebildet. Des weiteren ist ein mit Klappen versehenes weiteres Verbindungselement 15b vorgesehen.As can be seen from FIG. 3, the stored heat can also be supplied to an adjacent building 11. An air circuit through the solar collector 3 is closed by at least two closable flaps 14a, 14b. A new circuit is formed between the air duct 1 and the building 11 via a hinged connecting element 15a. Furthermore, a further connecting element 15b provided with flaps is provided.
Der Wärmetauscher 2 dient als Heizkörper des Gebäudes 11. Abwechselnd wird mittels Öffnen der Klappen 14a, 14b und Schließen der Verbindungselemente 15a, 15b Luft aus einem Kollektorkreislauf und in umgekehrter Weise aus einem Gebäudekreislauf zum Wärmetauscher 2 geführt. Das Gewächshaus 9 kann hierbei als solar bestrahlte Kollektorfläche verwendet werden, die aufgrund der großen Verdunstungsoberfläche der Pflanzen eine hohe Verdunstungsrate ermöglicht, auch bei relativ niedrigen Temperaturen, und ohne selbst beheizt zu werden. An sonnigen Wintertagen kann Luft in dem Gebäude 11 auch direkt über den solaren Luftkollektor 3 erwärmt werden, ohne den Wärme- /Kältespeicher 8 zu entladen. Hierfür wird ein Luftkreislauf zwischen einem Kollektorvolumen und einem Gebäudevolumen unter Abkopplung eines Wärmetauscherschachtes über eine Klappe 16 in dem Luftkanal 1 gebildet, wobei die Klappen 14a, 14b und die Verbindungselemente 15a, 15b geöffnet sind.The heat exchanger 2 serves as a radiator of the building 11. Alternately, by opening the flaps 14a, 14b and closing the connecting elements 15a, 15b air is passed from a collector circuit and in the reverse manner from a building cycle to the heat exchanger 2. The greenhouse 9 can be used here as solar irradiated collector surface, which allows a high evaporation rate due to the large evaporation surface of the plants, even at relatively low temperatures, and without being heated themselves. On sunny winter days, air in the building 11 can also be heated directly via the solar air collector 3, without discharging the heat / cold storage 8. For this purpose, an air circuit between a collector volume and a building volume is formed by decoupling a heat exchanger shaft via a flap 16 in the air duct 1, wherein the flaps 14a, 14b and the connecting elements 15a, 15b are opened.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer thermischen Anlage für ein Gebäude, insbesondere ein Gewächshaus, in einer anderen Ausfiihrungsform mit einem externen Verdunster und einem externen Absorber.4 shows a schematic representation of a thermal installation for a building, in particular a greenhouse, in another embodiment with an external evaporator and an external absorber.
Die beschriebenen Prozesse der Speicherbeladung (vgl. Erläuterung zu Fig. 1) und derThe described processes of memory loading (see explanation of Fig. 1) and the
Speicherentladung (vgl. Erläuterungen zu Fig. 2) können nicht nur zeitlich sondern auch räumlich getrennt voneinander ablaufen. In diesem Fall wird die thermische Anlage nur für die thermo-chemische Beladung genutzt. Für den Absorptionsprozeß werden dann in einem externen Verdampfer 10a weitere solare Feuchtluftkollektoren oder auch andere Wärmequellen, beispielsweise eine Kompostanlage, eine Erdwärmesonde oder dergleichen, zur Wasserverdunstung erschlossen, die über die Absorption in das bereitgestellte konzentrierte Lösungsgemisch LK in einem externen Absorber 10b in verwertbare Wärme auf höherer Temperaturebene gehoben werden können.Memory discharge (see explanations to Fig. 2) can run not only temporally but also spatially separated from each other. In this case, the thermal system is used only for the thermo-chemical loading. For the absorption process are then in a external evaporator 10a further solar humid air collectors or other heat sources, such as a composting system, a geothermal probe or the like, developed for water evaporation, which can be raised via the absorption in the provided concentrated mixed solution LK in an external absorber 10b in usable heat at a higher temperature level.
Das konzentrierte Lösungsgemisch LK kann als Speichermedium gehandelt werden und über Fahrzeuge oder Rohrsysteme an weiter entfernte Orte transportiert und als verdünntes Lösungsgemisch wieder zurücktransportiert werden. Ein Lösungsgemisch mit beispielsweise 40%-iger Konzentration des Absorptionsmittels, welches auf 20% verdünnbar ist, enthält pro Liter dann etwa 0,6kWh Energie in Form von potentieller Verdampfungsenthalpie / Kondensationsenthalpie . Dies ist etwa der 10-fache Wert der thermischen Speicherkapazität von Wasser bei Beladung von 300C auf 8O0C und entspricht etwa dem Energiegehalt von 5 Gramm Rohöl.The concentrated mixed solution LK can be traded as a storage medium and transported via vehicles or pipe systems to more distant locations and transported back as a dilute solution mixture. A solution mixture with, for example, 40% concentration of the absorbent, which can be diluted to 20%, then contains about 0.6 kWh per liter of energy in the form of potential evaporation enthalpy / condensation enthalpy. This is about 10 times the thermal storage capacity of water when loaded from 30 0 C to 8O 0 C and corresponds approximately to the energy content of 5 grams of crude oil.
Zur Erhöhung der Effizienz kann der Stoff- und Energietransport bei dem Entladungsprozeß zwischen Komponenten des externen Verdampfers 10a und des externen Absorbers 10b wie bei herkömmlichen Wärmepumpen auch im Vakuum ablaufen, so daß die Energieaufnahme über den externen Verdampfer 10a bei gegebener Temperatur der erschlossenen Niedrigwärme erhöht wird.To increase the efficiency of the material and energy transport in the discharge process between components of the external evaporator 10a and the external absorber 10b as in conventional heat pumps also run in vacuum, so that the energy consumption is increased via the external evaporator 10a at a given temperature of the developed low heat ,
Der Stoff- und Energietransport im Vakuum kann auch zur solaren Kühlung eingesetzt werden, indem die Wärme für den Verdunstungsprozeß im externen Verdampfer 10a der Luft des zu kühlenden Raumes oder einem zu kühlenden flüssigen Medium entnommen wird und die Abwärme über das aus dem externe Absorber 10b austretende, verdünnte Lösungsgemisch LV oder über einen zusätzlichen Kühlkreislauf mit einem Wärmetauscher im externen Absorber 10b an die Außenluft der Umgebung abgeführt wird. Da die Konzentration des Lösungsgemischs L weit über der Konzentration von Salz im Meerwasser liegt, kann während des thermo-chemischen Entladungsprozesses (vgl. Erläuterungen zu Fig. 2) anstelle von Süßwasser B auch Meerwasser MW im externen Verdampfer 10a verwendet werden. Hierbei muß regelmäßig konzentriertes Meerwasser MWK aus einem Kreisprozeß entnommen, entsorgt und weiterverwertet werden. Verdunstete Anteile können nach Absorption aus dem verdünnten Lösungsgemisch über die Überlaufvorrichtung 12 im folgenden Regenerationszyklus (vgl. Erläuterungen zu Fig. 1) abgetrennt und als kondensiertes Süßwasser verwertet werden . Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1, bei der Luftfeuchtigkeit aus Umgebungsluft oder einem Gewächshaus oder aus beiden für eine Wassergewinnung absorbiert wird.The material and energy transport in vacuum can also be used for solar cooling by the heat for the evaporation process in the external evaporator 10 a of the air to be cooled space or a liquid medium to be cooled is removed and the waste heat from the exiting from the external absorber 10 b , diluted solution mixture LV or via an additional cooling circuit with a heat exchanger in the external absorber 10b is discharged to the outside air of the environment. Since the concentration of the mixed solution L is far above the concentration of salt in the seawater, seawater MW in the external evaporator 10a may be used instead of fresh water B during the thermo-chemical discharge process (see explanation of Fig. 2). In this case, regularly concentrated seawater MWK must be removed from a cycle, disposed of and reused. Evaporated fractions can be separated after absorption from the dilute solution mixture via the overflow device 12 in the following regeneration cycle (see also explanations to Fig. 1) and used as condensed fresh water. Fig. 5 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1, is absorbed in the humidity from ambient air or a greenhouse or both for water production.
Hierfür wird das konzentrierte Lösungsgemisch LK über den Rieselkörper des Wärmetauschers 2 im Luftkanal 1 verteilt. Außenluft der Umgebung wird über eine Klappe 13a im geöffneten Zustand über das Gewächshaus 9 oder direkt an die Unterseite des Luftkanals 1 geführt. Bei ausreichend hoher Luftfeuchte wird der Wasserdampf der Außenluft von dem konzentrierten Lösungsgemisch LK absorbiert. Die erwärmte und entfeuchtete Luft wird auftriebsbedingt oder unterstützt durch mechanische Lüftung über einen Ventilator 7 über eine weitere Öffnung mit einer regelbaren Klappe 13b an der Oberseite des Luftkanals 1 wieder an die Umgebung abgegeben. Beim nächsten Beladungsprozeß (vgl. Erläuterungen zu Fig. 1) kann die absorbierte Feuchtigkeit der Außenluft dann wieder verdunstet, anschließend auskondensiert und als Brauchwasser über die Überlaufvorrichtung 12 nutzbar gemacht werden.For this purpose, the concentrated solution mixture LK is distributed over the trickle body of the heat exchanger 2 in the air duct 1. Outside air of the environment is guided via a flap 13 a in the open state via the greenhouse 9 or directly to the underside of the air duct 1. At sufficiently high humidity, the water vapor of the outside air is absorbed by the concentrated mixed solution LK. The heated and dehumidified air is discharged due to buoyancy or assisted by mechanical ventilation via a fan 7 via a further opening with a controllable flap 13b at the top of the air duct 1 back to the environment. In the next loading process (see explanations to FIG. 1), the absorbed moisture of the outside air can then be evaporated again, then condensed out and made usable as service water via the overflow device 12.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1, bei welcher der Rieselbefeuchter 4 in einem geschlossenen Luftkollektor angeordnet ist und mit dem verdünnten Lösungsgemisch LV überströmt wird bei Verdunstung des Ausgetriebenen Wasserdampfes in das geschlossene Luftvolumen und Kondensation an der Außenwand. Die konzentrierte Lösung LK wird gesammelt und über den in dem Luftkanal 1 angeordnet Wärmetauscher 2 verrieselt. Befeuchtete Luft aus dem Gebäudevolumen wird dem Luftkanal zugeführt bei Absorption der Feuchtigkeit in die konzentrierte Lösung und Abführung der dabei frei werdenden thermischen Energie in das verdünnte Lösungsgemisch. Die dabei über die Außentemperatur hinaus erwärmte und getrocknete Luft kann durch Anordnung des Schachtes entlang der Gebäudeaußenseite direkt über die Schachtwand an die Umgebungsluft abgegeben werden. Die so getrocknete und abgekühlte Luft wird in das Gebäudevolumen zurückgeführt und kann durch erneute Luftbefeuchtung insbesondere über die Verdunstungsaktivität von Pflanzen gekühlt werden.Fig. 6 shows a schematic representation of the thermal system for a building of Fig. 1, in which the trickle humidifier 4 is arranged in a closed air collector and is flowed over with the dilute mixed solution LV on evaporation of the expelled water vapor in the closed air volume and condensation at the exterior wall. The concentrated solution LK is collected and trickled over the arranged in the air duct 1 heat exchanger 2. Humidified air from the building volume is supplied to the air duct upon absorption of the moisture into the concentrated solution and discharge of the thereby released thermal energy into the dilute solution mixture. The case over the outside temperature heated and dried air can be discharged by arranging the shaft along the outside of the building directly over the shaft wall to the ambient air. The thus dried and cooled air is returned to the building volume and can be cooled by re humidification in particular on the evaporation activity of plants.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der thermischen Anlage für ein Gebäude nach Fig. 1, bei welcher das Gewächshaus 9 direkt als solarer Luftkollektor 3 genutzt wird und der aus dem Rieselbefeuchter 4 ausgetriebene Wasseranteil über Öffnen von Klappen an die Außenluft abgegeben wird. Während eines Entladungsprozesses, bei dem das Gewächshaus 9 beheizt wird. Hierfür wird die konzentrierte Lösung LK über den Rieselbefeuchter 4 geleitet, der für diesen Fall die Funktion des Wärmetauschers 2 übernimmt bei Aufnahme von durch Gewächshauspflanzen erzeugten Wasserdampf. Bei stärkerer Einstrahlung kann die dabei frei werdende thermische Energie über die verdünnte Lösung LV abgeführt und der Speichereinrichtung 8 zugeführt werden. Bei schwacher Einstrahlung kann die frei werdende Energie zur direkten Erwärmung der Gewächshausluft eingesetzt werden. Zudem kann der Rieselbefeuchter auch zur Erwärmung des Gewächshauses herangezogen werden, in dem erwärmte und verdünnte Lösung aus dem Speicher 8 verrieselt und das Gewächshaus auf diese Weise beheizt wird. Zur Verhinderung der Verschattung an strahlungsarmen Tagen wird der Rieselbefeuchter über Seilzüge auf oder unter die Ebene der Vegetation heruntergelassen.Fig. 7 shows a schematic representation of the thermal system for a building according to Fig. 1, in which the greenhouse 9 is used directly as a solar air collector 3 and the expelled from the trickle humidifier 4 water content is released by opening flaps to the outside air. During a discharge process in which the greenhouse 9 is heated. For this purpose, the concentrated solution LK is passed over the trickle humidifier 4, which takes over the function of the heat exchanger 2 in this case by receiving by Greenhouse plants produced water vapor. In the case of stronger irradiation, the thermal energy thus released can be removed via the dilute solution LV and fed to the storage device 8. In case of weak irradiation, the released energy can be used to directly heat the greenhouse air. In addition, the trickle humidifier can also be used to heat the greenhouse, in the heated and dilute solution trickles out of the memory 8 and the greenhouse is heated in this way. To prevent shading on low-radiation days, the trickle humidifier is lowered via cables to or below the level of the vegetation.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, claims and drawings may be significant to the realization of the invention in its various embodiments both individually and in any combination thereof.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Luftkanal1 air duct
2 Wärmetauscher2 heat exchangers
3 solarer Luftkollektor3 solar air collector
4 Rieselbefeuchter 5 Konzentratspeicher4 trickle humidifier 5 concentrate storage
6 weiterer Wärmetauscher6 more heat exchangers
7 Ventilator7 fans
8 Wärme-/Kältespeicher8 heat / cold storage
9 Gewächshaus 1 Oa, 1 Ob externer Verdampfer einer Absorptionswärmepumpe, externer Absorber9 Greenhouse 1 Oa, 1 Whether external evaporator of an absorption heat pump, external absorber
1 1 Gebäude1 1 building
12 Überlaufvorrichtung 13a, 13b Klappe12 overflow device 13a, 13b flap
14 Klappe zwischen Luftkanal 1 und Gewächshaus 9 15 Klappen zwischen Luftkanal 1 und Gebäude 1 114 flap between air duct 1 and greenhouse 9 15 flaps between air duct 1 and building 1 1
16 schließbare Klappe16 closable flap
5 ϊnhaltsstoff eines Lösungsgemisches L L Lösungsgemisch5 Ingredient of a mixed solution L L Solution mixture
LK, LV konzentriertes Lösungsgemisch, verdünntes Lösungsgemisch W, MW Wasser, MeerwasserLK, LV concentrated mixed solution, dilute mixed solution W, MW water, seawater
MWK konzentriertes Meerwasser MWK concentrated sea water

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Energieumwandlung in einer thermischen Anlage zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, bei dem in einem solaren Luftkollektor über eine Verdunstungsoberfläche Wasserdampf aus einem1. A method for energy conversion in a thermal system for tempering a building, in particular Temperierungsanlage for a greenhouse, wherein in a solar air collector via an evaporation surface water vapor from a
Lösungsgemisch mit einem Lösungsmittel und einem hierin gelösten Zusatzstoff ausgetrieben wird und zur Temperierung nutzbare Energie in einer Speichereinrichtung, die einen Vorrat des Lösungsgemisches und wahlweise ein zusätzliches, thermisch aktivierbares Speichermedium aufweist, gespeichert wird, wobei die Speichereinrichtung in einem BeladungsprozeßSolution mixture is expelled with a solvent and an additive dissolved therein and stored for temperature control usable energy in a storage device having a supply of the solution mixture and optionally an additional thermally activated storage medium, wherein the storage device in a loading process
- mit thermischer Energie beladen wird, indem:- is charged with thermal energy by:
- die Luft in dem solaren Luftkollektor mittels Sonnenenergie erwärmt wird und- The air in the solar air collector is heated by solar energy and
- ein flüssiger Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch oder dem zusätzlichen Speichermedium in der Speichereinrichtung gebildet wird, von der erwärmten Luft erwärmt wird, unda liquid heat carrier, which is optionally formed by the mixed solution or the additional storage medium in the storage device, is heated by the heated air, and
- mit thermo-chemischer Energie beladen wird, indem:- is loaded with thermo-chemical energy by:
- die Luft in dem solaren Luftkollektor mit Anteilen aus in dem solaren Luftkollektor eingebrachten Lösungsgemisch befeuchtet wird und ein zumindest um die von der Luft in dem solaren Luftkollektor aufgenommenen Anteile vermindertes Konzentrat des Lösungsgemisches aufgefangen und der- The air in the solar air collector is moistened with proportions of introduced into the solar air collector solution mixture and collected at least to the absorbed by the air in the solar air collector portions reduced concentrate of the mixed solution and the
Rückhalteeinrichtung als konzentriertes Lösungsgemisch zugeführt wird.Retaining device is supplied as a concentrated solution mixture.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Lösungsgemisch in dem solaren Luftkollektor gemäß wenigstens einer der folgenden Prozesse eingebracht wird: mittels eines Rieselbefeuchters und mittels Besprühen oder Betropfen einer2. The method of claim 1, characterized in that the solution mixture is introduced into the solar air collector according to at least one of the following processes: by means of a trickle and by spraying or dropping a
Absorberfläche.Absorber area.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Luft aus dem solaren Luftkollektor über eine erste Öffnung zu einer Kanaleinrichtung mit mindestens einem hierin angeordneten Wärmetauscher geführt wird und nach Abführung von Wärme und Luftfeuchtigkeit über eine zweite Öffnung wieder in den Luftkollektor zurückgeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the air is guided from the solar air collector via a first opening to a channel device with at least one heat exchanger arranged therein and returned to the removal of heat and humidity via a second opening back into the air collector becomes.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass als Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein direkter Luft- Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen der erwärmten Luft und dem Wärmetauschermedium übertragen wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as a heat exchanger in the channel device during the loading process, a direct air Heat exchanger medium heat exchanger is used, in which the heat energy emitted from the heated air is transferred by means of direct contact between the heated air and the heat exchange medium.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Luft und das Wärmetauschermedium in der Kanaleinrichtung in direkten Kontakt gebracht werden, indem das Wärmetauschermedium in die Kanaleinrichtung eingerieselt wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the heated air and the heat exchange medium are brought into direct contact in the channel device by the heat exchanger medium is sprinkled into the channel device.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als direkter Luft- Wärmetauschermedium-Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein kaskadierter Luft- Wärmetauschermedium-Wärmetauscher verwendet wird, bei dem das Wärmetauschermedium teilweise in Richtung und teilweise entgegen der Richtung einer Strömung der erwärmten Luft in der Kanaleinrichtung geführt wird.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that is used as a direct air heat exchanger medium heat exchanger in the channel device during the loading process, a cascaded air heat exchanger medium heat exchanger in which the heat exchanger medium partially in the direction and partially against the direction of flow heated air is conducted in the duct device.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauscher in der Kanaleinrichtung beim Beladungsprozeß ein indirekter Wärmetauscher verwendet wird, bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie an ein nicht mit der erwärmten Luft in Kontakt stehendes Wärmetauschermedium abgegeben wird.6. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an indirect heat exchanger is used as the heat exchanger in the channel device during the loading process, in which the heat energy released by the heated air is delivered to a not in contact with the heated air in contact heat exchanger medium ,
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung in geschichteten Zonen vorgehalten wird, in denen Teilmengen des Lösungsgemisches mit unterschiedlichen Konzentrationen des gelösten Zusatzstoffes angeordnet sind und für die eine zugeordnete Entnahmeleitung vorgesehen ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solution mixture is kept in the storage device in layered zones in which subsets of the solution mixture are arranged with different concentrations of the dissolved additive and for which an associated extraction line is provided.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft mittels eines natürlichen, aufgrund unterschiedlicher Temperaturzonen gebildeten Luftstroms transportiert wird, welcher wahlweise durch einen mittels einer8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the air is transported by means of a natural, formed due to different temperature zones airflow, which optionally by means of a
Ventilatoreinrichtung erzeugten, künstlichen Luftstrom unterstützt oder durch diesen ersetzt wird.Fan device generated, supported artificial airflow or is replaced by this.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem thermischen Entladungsprozeß die thermische Energie von dem Wärmeträger wenigstens teilweise abgegeben wird, wahlweise unter Nutzung des Wärmetauschers in der Kanaleinrichtung.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a thermal discharge process, the thermal energy of the Heat transfer medium is at least partially discharged, optionally using the heat exchanger in the duct device.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem thermo-chemischen Entladungsprozeß die thermo-chemische Energie von dem konzentrierten Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung wenigstens teilweise abgegeben wird, indem das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Verteileinrichtung verteilt wird und unter Ausnutzung frei werdender Verdampfungsenthalpie Luftfeuchtigkeit aufnimmt, wodurch ein erwärmtes und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünntes Lösungsgemisch gebildet wird, welches thermisch nutzbare Energie bereitstellt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in a thermo-chemical discharge process, the thermo-chemical energy is released from the concentrated mixed solution in the storage device at least partially by the concentrated mixed solution is distributed by means of a distributor and released by use of Evaporating enthalpy absorbs humidity, thereby forming a heated mixed solution diluted with respect to the concentrated mixed solution, which provides thermally usable energy.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der thermo-chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in der Kanaleinrichtung unter Verwendung des hierin angeordneten Wärmetauschers ausgeführt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in the channel means using the heat exchanger arranged therein.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der thermo- chemische Entladungsprozeß wenigstens teilweise in einer äußeren Absorptionswärmepumpe oder in einer äußeren Lufttrocknungsanlage ausgeführt wird, welcher das konzentrierte Lösungsgemisch zugeführt wird.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the thermo-chemical discharge process is carried out at least partially in an outer absorption heat pump or in an outer air drying plant, to which the concentrated mixed solution is supplied.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das konzentrierte Lösungsgemisch mittels einer Rieseleinrichtung verteilt wird.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the concentrated solution mixture is distributed by means of a trickle device.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte und gegenüber dem konzentrierten Lösungsgemisch verdünnte Lösungsgemisch zumindest teilweise der Speichereinrichtung zugeführt wird.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the heated and compared to the concentrated solution mixture diluted solution mixture is at least partially supplied to the storage device.
15. Vorrichtung zum Temperieren eines Gebäudes, insbesondere Temperierungsanlage für ein Gewächshaus, mit:15. Device for controlling the temperature of a building, in particular tempering system for a greenhouse, comprising:
- einer Speichereinrichtung mit einem Vorrat eines Lösungsgemisches, welches ein Lösungsmittel und einen hierin gelösten Zusatzstoff enthält,a storage device having a supply of a mixed solution containing a solvent and an additive dissolved therein,
- einem solaren Luftkollektor, der konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft mittels Sonnenenergie zu erwärmen, - einer Befeuchtungseinrichtung, die konfiguriert ist, in dem solaren Luftkollektor einea solar air collector configured to heat air introduced into the solar air collector by solar energy, a humidifier configured in the solar air collector
Menge des Lösungsgemisches die in dem solaren Luftkollektor eingebrachte Luft befeuchtend bereitzustellen, und die wahlweise in dem solaren Luftkollektor angeordnet ist,Amount of mixed solution the air introduced into the solar air collector humidifying, and which is optionally located in the solar air collector,
- einem Wärmetauscher, welcher wahlweise direkt in dem Luftkollektor oder in einer mit dem solaren Luftkollektor verbundenen Kanaleinrichtung angeordnet und konfiguriert ist, um thermische Energie von der erwärmten und befeuchteten Luft aufzunehmen und an einen flüssigen Wärmeträger, welcher wahlweise von dem Lösungsgemisch in der Speichereinrichtung gebildet wird, abzugeben, und- A heat exchanger, which is optionally arranged directly in the air collector or in a connected to the solar air collector duct means and configured to receive thermal energy from the heated and humidified air and to a liquid heat carrier, which is optionally formed from the mixed solution in the storage device to deliver, and
- einer Auffangeinrichtung, die konfiguriert ist, ein nach dem Befeuchten der Luft in dem solaren Luftkollektor verbleibendes Konzentrat des Lösungsgemisches aufzufangen und an die Speichereinrichtung abzugeben.a catcher configured to collect a concentrate of the solution mixture remaining after humidifying the air in the solar air collector and to deliver it to the storage device.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher gemäß einer Bauart ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Bauarten ausgeführt ist: direkter Luft- Wärmetauschermedium- Wärmetauscher bei dem die von der erwärmten Luft abgegebene Wärmeenergie mittels direktem Kontakt zwischen erwärmter17. The apparatus of claim 15 or 16, characterized in that the heat exchanger is designed according to a type selected from the following group of types: direct air heat exchanger medium heat exchanger in which the heat energy released by the heated air by means of direct contact between heated
Luft und dem Wärmetauschermedium übertragen wird und indirekter Wärmetauscher.Air and the heat exchanger medium is transmitted and indirect heat exchanger.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 17, gekennzeichnet durch ein Lüftungssystem, welches konfiguriert ist, einen natürlichen Luftstrom zum Transportieren der Luft durch die gleichzeitigen Erwärmung und Abkühlung unterschiedlicher Zonen in dem System zu erzeugen.18. The apparatus of claim 15 to 17, characterized by a ventilation system which is configured to generate a natural air flow for transporting the air by the simultaneous heating and cooling of different zones in the system.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung mit einer äußeren Absorptionswärmepumpe oder einer äußeren Lufttrocknungsanlage verbunden ist.19. Device according to one of claims 15 to 18, characterized in that the storage device is connected to an outer absorption heat pump or an outer air drying plant.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung einen Rieselbefeuchter aufweist.20. Device according to one of claims 15 to 19, characterized in that the moistening device has a trickle moisturizer.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung oberhalb eines Pflanzenbereiches in einem Gewächshaus angeordnet ist. 21. Device according to one of claims 15 to 20, characterized in that the moistening device is arranged above a plant area in a greenhouse.
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