DE10305432A1

DE10305432A1 - Energieeffizientes Verfahren zur thermischen Konditionierung vom Räumen

Info

Publication number: DE10305432A1
Application number: DE10305432A
Authority: DE
Original assignee: Fischer Volker Dring
Current assignee: Fischer Volker Dring
Priority date: 2003-02-11
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2004-08-19

Abstract

Verfahren zur energieeffizienten thermischen Konditionierung von Räumen dadurch gekennzeichnet,
dass die Raumtemperatur durch ein System aus folgenden Komponenten
– Bereitstellung von Kaltwasser durch Verfahren und Vorrichtungen der freien Kühlung, uns zwar vorrangig zeitgleich zur Lastentstehung
– Flächensysteme zur Übertragung von Energie zwischen Raum und einem Wärmetransportmedium
– latentspeichernde Materialien im Inneren des Raumes
beeinflusst wird.

Description

Mit der effizienten thermischen Konditionierung von Räumen beschäftigt sich eine Vielzahl von Veröffentlichungen und Patenten.
Die Wirtschaftlichkeit eines Einsatzes von technischen Vorrichtungen gegenüber anderen Lösungen entscheidet sich nach den üblichen Kriterien: Investitionskosten, verbrauchsgebundene Kosten, betriebsgebundene Kosten und sonstige Kosten, wobei sich die Gewichtung einzelner Einflussgrößen entsprechend den aktuellen Randbedingungen ändern kann.
Stehen energetische und ökologische Aspekte im Vordergrund, dann stellt die nachfolgend beschriebene Erfindung ein sehr effektives Verfahren dar.
Grundlegende Anforderungen an energetisch effiziente Verfahren sind

– geringe Arbeitstemperaturdifferenzen zur Umgebungstemperatur
– Nutzung von regenerativen Energien / geringer Primärenergieverbrauch
– optimierte Abstimmung von Bedarf (Lasten) und Bereitstellung der Kompensationsenergien

Die Anforderung nach dem ersten Punkt wird bei gleicher Wirkung entsprechend den Grundgleichungen der Wärmeübertragung bei natürlicher Konvektion durch große wärmeübertragende Flächen erreicht. Hierunter fallen alle Arten von Flächenheiz- und -kühlsystemen einschließlich aller Systeme mit Nutzung der Speicherwirkung großflächiger Bauteile.
Vorteile im Sinne des zweiten Anstriches bietet der Einsatz der freien Kühlung in Form von Nass- und Trockenkühltürmen (und deren Kombination). Deren Anwendungsgrenzen werden beim Einsatz zur direkten Bereitstellung von Kaltwasser für aktive Flächenkühlsysteme durch die aktuelle Feuchtkugeltemperatur bzw. Außentemperatur bestimmt. Für sich alleine bieten diese Systeme nicht die Möglichkeit, entstehende Kühllasten zu jedem Zeitpunkt abzuführen. In [1] wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines Fluidstroms durch Verdunstungskühlung erläutert, das eine erweiterte Anwendung der Verdunstungskühlung zur sommerlichen Raumtemperatursicherung ermöglicht.
Die Erfindung beschreibt eine Kombination von Detaillösungen, die im Zusammenspiel den oben angeführten Zielstellungen gerecht wird.
1 stellt die Gesamtlösung dar. Es besteht aus folgenden Systemteilen mit den nachfolgend beschriebenen wesentlichen Eigenschaften

– Position 1 – Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Kaltwasser durch freie Kühlung, besonders geeignet eine Lösung entsprechend [1]
– Position 2 – Flächensystem zur Übertragung von Energie Raum – Konditionierungssystem mit den wesentlichen Bestandteilen: I Wärmedämmung zur Minimierung der Energieübertragung an das anschließende Bauteil; II gut wärmeleitende Schicht geringer Dicke mit einem System zur Aufnahme des Transportmediums – Beispiel hierfür: Kunststoffrohre mit geringem Durchmesser und kleinem Verlegeabstand und Wasser als Transportmedium
– Position 3 – Raumumschließungskonstruktion mit innerem Abschluss aus latentspeicherndem Material (PCM – phase change material)

Der begrenzte zeitliche Einsatz von Systemen der freien Kühlung kann durch die gezielte Ausnutzung der Speicherwirkung der Raumumschließungskonstruktion kompensiert werden. Die Wirkungsweise und Einsatzgrenzen der dargestellten Position 1 – Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung von Kaltwasser – wurden z.B. in [1] erläutert. Das dort beschriebene Verfahren stützt sich bei ungünstigen Außenbedingungen (entsprechende Paarung von Lufttemperatur und Feuchtigkeit) auf die Speicherfähigkeit der Umschließungskonstruktion.
Diese Systembedingung wird durch die Anordnung von PCM's optimal unterstützt. Die notwendigen Abmessungen und Eigenschaften zur Einhaltung behaglicher thermischer Raumzustände im Sommer sind: Schichtdicke zwischen ca. 0,5 cm bis 1.5 cm, Phasenwandeltemperatur zwischen 24 und 25 °C.
Das Bestimmende an Position 2 ist die unmittelbar anschließende Wärmedämmung. Eine zeitversetzte Einspeicherung von Energie in konstruktive Bauteile ist bei dieser Erfindung nicht notwendig. Eine Energieübertragung an angrenzende Räume ist stark eingeschränkt.
Die aufgeführten Systemkomponenten müssen nicht zwangsläufig an den in 1 dargestellten Orten angebracht werden. Ebenso kann Pos.2 an Wänden oder Fußböden angeordnet werden und die PCM's sind z.B. an der Decke positioniert.
Die Vorteile der Erfindung in der Zusammenfassung
speziell Kühlfall

– Einhaltung der Behaglichkeitskriterien zu jedem Zeitpunkt
– Bereitstellung von Kühlenergie mit geringen primärenergetischen Aufwendungen entsprechend den zeitlichen Anforderungen und mit minimalen Temperaturdifferenzen zur Umgebungstemperatur
– Entladung der PCM-Speicher bei Spitzenlasten, nur ein geringer Teil der benötigen Kühlenergie ist latent gespeichert
– Ladung der PCM's für den Kühlfall ohne integrierte Mediensysteme sehr effektiv in der Nacht durch die hohen Phasenwandeltemperaturen und die geringe Schichtdicke möglich
– geringste energetische Aufwendungen, da Führung der Raumtemperatur immer am oberen Limit möglich

– die PCM's haben durch die hohe Phasenwandeltemperatur keinen negativen Einfluss auf mögliche gewünschte Nachtabsenkungen
– Betrieb mit geringer Vorlauftemperatur – z.B. Einsatz von Wärmepumpen, Erdwärme usw. möglich
– schnelle Aufheizung möglich

– Einzelabrechnung der Verbräuche möglich
– geringste Speicherverluste
– optimale Regelung möglich
– geringe Trägheit, maximale Ausnutzung des Selbstregeleffektes
– Minimierung der Verteilungsverluste auf Grund der gewählten Systemtemperaturen

Sinnvoll kann die Integration eines Lüftungssystems beim Einsatz von PCM's entsprechend 2 geschehen.
Eine PCM-haltige Systemplatte ist in geeigneter Weise perforiert, sodass vorkonditionierte Zuluft hindurch in den Raum eintreten kann. Beim Durchtritt wird die Luft entsprechend dem Kühl- oder Heizfall durch die in der Systemplatte gespeicherte Energie abgekühlt oder aufgeheizt. Durch die große wärmeübertragende Fläche kann die latente Speicherfähigkeit von PCM's optimal genutzt und der Nachteil der geringen Wärmeleitfähigkeit auf die Leistungsfähigkeit im angestrebten Raumtemperaturbereich kompensiert werden. Das beschriebene Lüftungssystem kann auch im Wand- und Deckenbereich angeordnet sein.
Zitierte Nichtpatentliteratur

[1] Patentanmeldung „Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Fluidstroms durch Verdunstungskühlung" V. Fischer, 2001

Claims

Verfahren zur energieeffizienten thermischen Konditionierung von Räumen dadurch gekennzeichnet, dass die Raumtemperatur durch ein System aus folgenden Komponenten – Bereitstellung von Kaltwasser durch Verfahren und Vorrichtungen der freien Kühlung, uns zwar vorrangig zeitgleich zur Lastentstehung – Flächensysteme zur Übertragung von Energie zwischen Raum und einem Wärmetransportmedium – latentspeichernde Materialien im Inneren des Raumes beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensystem zur Übertragung von Energie zwischen Raum und Wärmetransportmedium an oder in der Decke, an oder im Fußboden und/oder an oder in den Wänden angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Flächensystem zur Übertragung von Energie zwischen Raum und Wärmetransportmedium zur raumabgewandten Seite hin wärmeisoliert ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die latentspeichernden Materialien auf den inneren Raumoberflächen der Wände, der Decke und/oder des Fußbodens angeordnet sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die latentspeichernden Materialien als separates Objekt im Raum angeordnet sind.
Verfahren zur energieeffizienten thermischen Konditionierung von Räumen unter Einbeziehung eines Lüftungssystems dadurch gekennzeichnet, dass die eintretende Zuluft durch eine großflächige. perforierte und latentspeichernde Systemplatte tritt und dadurch die Speicherfähigkeit des Latentspeichermaterials zur thermischen Nachkonditionierung der Zuluft ausgenutzt wird.