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Wärmpumpe zur Erzeugung von Nutzwärme und Nutzkälte mit Energie-
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speicherung unter Ausnutzung der Erstarrungs bzw. Schmelzwärme von
Wasser.
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Die Erfindung betrifft ein energiesparendes und energiespeicherndes
Verfahren zur Erzeugung von Nutzwärme und gleichzeitiger Er-Erzeugung von Nutzkälte
zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden und sonstigen Räumen mittels Ausnutzung der
Brstarrungs- bzw. Schmelzwärme von Wasser bzw. Eis.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse Wärmepumpen einzusetzen,
die zur Erzeugung von Nutzwärme im Winter und zur Erzeugung von Nutzkälte im Sommer
dienen, sowohl für den Betrieb im Winter zur Nutzwärmeerzeugung und für den Betrieb
im Sommer zur Nutzkälteerzeugung ist jeweils ein Energieaufwand erforderlich.
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Dabei ist es allerdings n tig, daß bei Erzeugung der Nutzwärme für
Winterbetrieb eine wärmequelle zur Verfügung gestellt wird.
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Als Wärmequilen dienen hauptsächlich und vorwiegend Oberflächenwasser
(Fluß- Bach- See- Meerwasser) Grundwasser, Luft, seltener Erdreich und Sonnenenergie.
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Bei Deckung des Vollwarmebedarfes, der sich bei Außentemperaturen
bei -180C ergibt, scheidet als Wärmequelle das Oberflächenwasser bedingt durch den
Gefrierpunkt von OOC aus.
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Ebenso kann als Wärmequelle Luft nicht mehr herangezogen werden, da
der Wärmeinhalt bzw. das Wärmeniveau zu gering ist. Grundwasser wäre ans ich eine
ideale Wärmequelle mit einem ausreichendem Wärmeniveau, selbst bei Außentemperaturen
von -180C, jedoch können in den allermeisten Fällen die umfangreichen Wassermengen,
hauptsächlich in Stadtgebieten, nicht zur Verfügung gestellt werden. Die Ausnutzung
der Wärmequellen - Erdreich und Sonnenenergie - ist technisch möglich,.åedoch scheitert
die Realisierung
an den hohen Kosten. Zusammenfassend ergibt sich
bei herkömmlichen Wärmepumpen, daß diese nur zur Beheizung in der Übergangszeit
eingesetzt werden können, bedingt durch ihre Abhängigkeit von den erforderlichen
Wärmequellen.
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Der Erfindung licht daher die Aufgabe zugrunde unter Berücksichtigung
der vorgenannten Punkte ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Nutzwärme und gleichzeitig
Nutzkälte erzeugt wird.
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Dieses Verfahren soll unabhängig von örtf.ichen Wärmequellen und somit
überall einsetzbar sein. Darüberhinaus soll das Verfahren die Deckung des Vollwärmebedarfes
gewährleisten, den Energiebedarf vermindern, die Nutzkälte ohne bzw. mit sehr geringem
Energieverbrauch mittels Energiespeicherung zur Verfügung zu stellen. Ferner steht
zur Aufgabe an, keinerlei Umweltbelastung durch Abgase, Gerüche hervorzurufen. Eine
optimale Betriebssicherheit soll erreicht werden durch den Einsatz von bereits langäährig
erprobten und marktüblichen Anlagekomponenten. Die praktische Ausführung soll für
qualifizierte Fachleute problemlos möglich sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgenäß darin, daß eine
Kälteanlage, im Wärmepumpenprinzip arbeitend, die erforderliche Heizleistung, gemäß
dem jeweilig auftretenden Wärmebedarf, zur Verfügung stellt. Als Wärmequelle dient
die Erstarrungswärme eng (80 kcal/kg) von Wasser. Das aus diesem Prozeß bestehende
Eis wird einem Eisbunker zugeführt. Dieser Eisbunker wird mit einer Belüftungsanlage
versehen. Bei Außentemperatur von +3°C bis -180C, wird das von der Käffiteanlage
erzeugte Eis im Eisbunker gespeichert. Die Belüftungsanlage dient zur Abschmelzung
des gespeicherten Eises bei Außentemperaturen von +30C und höher. Hierbei wird der
Eisbunker mit Frischluft beaufschlagt, d. h. mit deren Wärmeinhalt wird Eis abgetaut,
sodaß für die folgenden Tage mit Außentemperaturen von +3 0C und tiefer wieder Aufnahmekapazität
im Eisbunker geschaffen wird. Die bei der Eisproduktion, am Kondensator der Kälteanlage,
anfallende Wärme wird zur Deckung des Wärmebedarfes herangezogen, indem Warmwasser
erzeugt wird.
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Zum Ende der Heizsaison wird das zur Erzeugung der erforderlichen
Heizleistung produzierte Eis im Eisbunker nur noch gespeichert, da die Anzahl der
Tage mit Temperaturen un-ter +3°C ständig abnimmt. Sofern sich jedoch eine Überfüllung
des Eisbunkers ergibt, wird eine Teilmenge des Eisbestandes mit dem Wärmeinhalt
der Frischluft durch den Betrieb der Belüftungsanlage abgeschmolzen, damit für den
Folgetag wieder Speicherkapazität zur Verfügung steht.
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Nach Beendigung der Heizsaison - also Anfang bis Mitte Mai - ist der
Eisbunker maximal mit Eis voll gespeichert. Diese in Form von Eis gespeicherte Energie
wird nun während der Sommerzeit benötigt um die Kühllast zu decken. Für die heute
zum Großteil zur Anwendung kommenden Klimaanlagensysteme wird als "Kälteträger"
Kaltwasser zur Kühlung herangezogen. Das von den Verbrauchern erwärmte Kaltwasser,
wird dem Eisbunker über ein Berieselungssystem zugeführt Dieses System versprüht
dieses Wasser über den im Eisbunker gespeicherten Eisbestand, das Eis gibt seine
Schmelzwärme von 50 kcal/kg an das Wasser ab, soda3 das Wasser auf ca. +1°C abgekühlt
wird.
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Zur Deckung der Kühllast im Sommer wird also keine Energie erforderlich,
da das zur Kühlung erforderliche Eis bereits bei Heizbetrieb im Winter erzeugt wurde.
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Zur Deckung der gesamten Jahreskühllast muß der Eisbunker ein Volumen
erhalten, daß etwa 10 - 12 % des gesamten Gebäudevolumen entspricht.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Efindung besteht darin, daß der
Eisbunker in seinem Volumen um etwa die Hälfte verkleinert werden kann. Dieser Fall
tritt au, wenn aus baulichen, finanziellen oder sonstigen Gründen, das Eisbunkervolumen
auf ca. 10 % bis 12 % des gesamten Gebäudevolumen nicht festgelegt werden kann.
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Die Größenordnung von ca. 5 3'o bis 6 O/o ist jedoch deshalb erforderlich,
um das bei Winterbetrieb an mehreren hintereinander folgenden kalten Tagen - also
Tage mit Außentemperaturen von +30°C und tIefer - zur Deckung des Wärmebedarfes
erzeugte Eis aufgenommen werden kann. Nach Beendigung der IIeizsaison ist auch in
diesem Falle der Eisbunker mit Eis vollgespeichert. hachdem der Eisbunker im Vergleich
zur ursprünglichen Auslegung in diesem Falle um die Hälfte verkleinert wurde, kann
die in Form von Eis gespeicherte Energie auch nur noch etwa d e Hälfte der gesamten
Kühllast decken. Die fehlende Leistung zur Deckung der Jahres-Kühllast wird nun
dadurch erbracht, da im Sommer während der Nachtstunden zwischen 2200 und 600 Uhr
unter Ausnutzung des günstigen Niederstromtarifes die gleiche Anlage, Eis zusätzlich
produziert, das wiederum dem Eisburiler zugeführt wird. Am Folgetage in einem Zeitraum
zwischen 1000 bis 1800 also bei Auftreten der Kühllast - wird das gespeicherte Eis
mit dem von den Verbrauchern erwärmten Kaltwasser berieselt, und mittels der Schmelzwärme
des Eises abgekühlt.
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Die anfallende Wärme am Kondensator bei Eisproduktion in den Nacht
stunden kann zur Brauchwassererwärmung ausgenützt werden. nachdem jedoch der Brauchwasserbedarf
an den Tagstunden auftritt, ist in diesem Falle ein Warmwasserspeicher erforderlich.
Evtl. auftretende überschüssige Wärmemengen bei Nachtbetrieb sind über einen zusätzlichen
luftgekühlten Kondensator direkt oder über einen zusätzlichen Kühlturm indirekt
an die Atmosphäre abzuführen Nach Beendigung der Kühlsaison - also etwa Ende September
- ist der Eisbestand im Eisbunker vollends abgetaut, sodaß für die kommende Heizsaison
wieder die maximale Aufnahmekapazität zur Eisspeicherung gegeben ist. Sollte jedoch
nach Beendigung der Kühlsaison, aufgrund eines unter Durchschnitt zu kühlen Sommers
noch ein Eis - Restbestand vorhanden sein so kann dieser mit der Belüftungsanlage
des Eisbunkers gänzlich abgeschmolzen werden.
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Eine andere, bewährte Ausestaltunr- des erfindungs2emäßen Verfahrens
besteht darin, daß in der Übergangszeit innerhalb eines Außentemperaturbereiches
von +180C bis etwa +80C die Kälteanlage mit einem zusätzlichen Verdampfer ergänzt
wird, wobei dieser Verdampfer die Außenluft auf ca. +40 abkühlt. Die anfallende
Kondensatorwärme dient ebenfalls zur Warmwassererzeugung bzw. zur Deckung des relativ
geringen Wärmebedarfes in dieser Zeit.
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Eine zusätzliche, weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Verfahrens
besteht ferner darin, daß die Anlage mit Solarzellen kombinierbar ist, diese Zellen
nützen im Winter zwar relativ geringe, aber jedoch vorhandene Sonnenenergie zur
Erzeugung von Warmwasser mit einem geringen Temperaturniveau (ca. 10°C bis 150C)
aus. Dieses Warmwasser wird über die Berieselungseinrichtung im Eisbunker zum Zwecke
der Abschmelzung des Eises zugeführt. In diesem Falle kann auf den Betrieb der Belüftungsanlage
im Eisbunker verzichtet werden, ein Parallelbetrieb ist jedoch ebenfalls möglich.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren gehen aus seiner
Beschreibung anhand für die Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung von Nutzwärme
bei gleichzeitiger Erzeugung von Nutzkälte im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor,
welche schematisch zeigt: Fig. 1 das Schaltschema einer für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Nutzkälte- und Nutzwärme - Erzeugungsanlage,
wobei die Nutzkälte ohne Energieaufwand gleichzeitig bei der Nutzwärmeerzeugung
gewonnen wird.
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Gemäß Fig. 1 besteht die nach dem Kompressionsprinzip arbeitende Anlage,
aus einem oder mehreren Verdichtern 1 , ausgebildet als Kolben-,Schrauben- oder
Turboverdichter, dessen Druckseite mit
einer Leitung 2 mit dem
Kondensator in luStgekühlter Ausführung 3 bzw. mit einer Umgebungsleitung 4 mit
dem Kondensator in wassergekühlter Ausführung 5 verbunden ist. Durch Öffnen oder
Schließen der Magnetventile 6 - 7 ist ein Parallel-oder Reihenb-etrieb der Kondensatoren
3 - 5 möglich. Dem Kondensator 5 ist ein Kältemittelsammler 8 nachgeschaltet, der
über die Leitung 9 - 10 mit einem Lamellen-Verdampfer 11 bzw.
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mit einem Platten-Doppelverdampfer 12 verbunden ist. Vor Eintritt
in den Lamallenverdampfer 11 ist ein Magnetventil 13 und ein Entspannungsorgan 14
vorgesehen. Auf der Eintrittsist seite des Plattendoppelverdampfers 12 jeweils ein
Magnetventil 15 - 16 und ein Entspannungsorgan 17 angebracht. D e Austrittsseite
der Verdampfer-;11 - 12 sind mit je einer Leitung 18 - 19 über eine gemeinsame Leitung
20 mit den Verdichtern 1 verbunden, sodaß der Kältemittelkreislauf geschlossen ist.
Eine Leitung 21 verbindet die Leitung 4 mit der Austrittsseite des Platten-Doppelverdampfers
12 um diesen Verdampfer mit Heißgas von der Druckseite der Kompressionsanlage für
den Abtauvorgang zu versorgen. Die Leitung 21 ist mit Magnetventilen 22 - 23 bestückt.
Die Leitung 24 stellt eine Verbindung für die Kondensatrückführung beim Abtauvorgang
zwischen dem Doppelverilampfer 12 und dem Kältemittelsammler 8 dar, die ebenfalls
mit Magnetventilen 25 - 26 bestückt ist. Dem Doppelverdampfer ist saugseitig jeweils
ein Magnetventil 27 - 28 nachgeschaltet. Der Doppelverdampfer 12 ist in einem Behälter
29 eingebaut, der durch eine Zwischenwand 30 mittig geteilt ist. Jede Behälterhälfte
ist mit einem Propeller-Rührwerk 31 - 32 , sowie mit einem Schwimmerschalter 33
- 34 bestückt. Der Behälter besitzt am. Boden zwei trichterförmig ausgebildete Formstücke
35 - 36 , die jeweils mit einem motorbetätigtem Schieber 37 - 38 versehen sind.
Für jeden Schieber 37 . 38 ist ein Endschalter 39 - 40 vorgesehen. Der Behälter
29 ist einem Eisbunker 41 aufgesetzt. Der Eisbunker ist mit zwei Ventilatoren 42
, einem Wasserberieseiungsrohrsystem 43 , einer Eisschollenauffangvorrichtung 44
bestehend aus Profilträgern mit aufgebrachten Lochblenden, zwei Belastungsdruckschaltern
45
mehreren Lufteintrittsjalousien 46 und einer Pumpengrube 47
versehen. Eine Wasserpumpe 48 ist mit der Leitung 49 mit einem dem Behälter 29 übergeordnetem
Behälter 50 verbunden. Dieser Behälter 50 ist an seiner Unterseite mit zwei Itagnetventilen
51 - 52 bestückt, den Ventilen 51 - 52 schließt sich je eine Leitung 53 - 54 an,
die zum Behälter 29 führen; Desweiteren besitzt der Behälter SO eine Speiseleitung
55 , bestückt mit einem Ventil 56 . An die Pumpengrube 47 ist eine Entleerungsleitung
57 bestückt mit einem Magnetventil 53 angeschlossen Ferner ist ein Max.-Schwimmschalter
59 und ein Min.-Schwimmschalter 60 angebracht, Warmwasserseitig dient ein Behälter
61 abgeteilt mit einer Zwischenwand 62 zur Speicherung. Die Leitung 63 mit zwischengeschalteter
Pumpe 64 verbindet den Behälter 61 mit dem Verflüssiger 5 , die Leitung 65 ist mit
dem Behälter 61 ebenfalls verbunden. Die Leitung 66 mit Pumpe 67 stellt die Verbindung
zwischen dem Behälter 61 und den Warmwasserverbrauchern 68 dar, diese sind nur symbolisch
dargestellt Die Leitung 69 ist wieder mit dem Behälter 61 zusammengeschlossen. Die
symbolisch dargestellten Kaitwasserverbraucher 70 sind über die Leitung 71 mit Pumpe
72 mit der Pumpengrube 47 verbunden. Nachgeschaltet sind den Kaltwasserverbrauchern
70 über die Leitung 73 das Berieseiungssystem 43 bzw. über- die Leitung 74 ein Solarzellensystem
75 , daß wiederum über die Leitung 76 mit der Leitung 71 verbunden ist. Jeweils
ein Ventil 77 - 78 ist in die Leitung 71 - 76 eingebaut. Alle elektrischen Schalt-
und Steuergeräte sind in einem zentralen Schaltschrank 79 untergebracht.
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Bei Erzeugung von Nutzwärme bei Winterbetrieb wird der Doppelbehälter
29 mit Wasser (erste Füllung) gefüllt, indem das Ventil 56 in der Speiseleitung
55 , sowie beide Ventile 51 - 52 geöffnet werden. Bei Erreichen des Betriebswasserstandes
im Behälter 29 werden die Ventile 51 - 52 - 55 durch Auslösen der Schwimmerschalter
33 - 34 geschlossen. Gleichzeitig durch Auslösen der Schwimmerschalter 33 - 34 werden
die Verdichter 1 , sowie die Rührazerke 31 - 32 eingeschaltet. Die Ventile 6 - 15
- 16 - 27 - 28
sind geöffnet. Die Ventile 7 - 13 - 22 - 23 - 25
- 26 sind geschlossen. Das flüssige, unter hohem Druck stehende, Kältemittel vom
Sammler 8 kommend, durchströmt die geöffneten Ventile 15 - 16 und wird auf niederen
Druck mittels den Entspannungsorganen 17 unter Temperaturabsenkung in die Plattenverdampfer-Hälften
12 eingespritzt. Die Rältemitteltemperatur bewegt sich in einem Bereich zwischen
-5 bis -150C. Die Plattenverdampfer-Hälften 12 bestehen aus mehreren parallel angeordneten
Platten, deren Abstand zueinander etwa 100 mm beträgt. Zwischen den Platten wird
das Wasser durch die in Betrieb befindlichen Rührwerke 31 - 32 bewegt. Das in den
Plattenkörpern verdampfte Kältemittel wird von den Verdichtern 1 angesaugt und auf
hohen Druck komprimiert. Durch diese Verdichterarbeit wird die Temperatur des gasförmigen
Kältemittels auf etwa 1O00C gebtacht. Dieses sog. Heißgas durchströmt das Ventil
6 und gelangt in den Verflüssiger 5. Der Wärmeinhalt des Kältemittels wird an das,
den Verflüssiger 5 durchströmende Wasser abgegeben, wobei dieses auf ca. 450C erwärmtwird.
Durch Entzug von Wärme kondensiert das gasförmige Kältemittel bei ca.
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50 0C unter konstantem Druck und strömt im flüssigen Zustand vom Verflüssiger
5 in den Sammler 8 und von dort aus wieder zu den Plattenverdampfern. Somit ist
der Kältemittelkreislauf geschlossen.
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An den kalten Verdampferplatten 12 kristalliert das vorbei strömende
Wasser, d. h. es bildet sich ein Eisansatz. Bei Erreichen eines max. Eisansatzes
von etwa 30 mm wird eine Plattenverdampfer-Hälfte 12 kühlseitig abgeschaltet, durch
SchlieBen der Ventile 15-27. Unmittelbar anschließend wird der Schieber 37 geöffnet,
das Wasser der Behälterhälfte 29 fällt in den Eisbunker 41 durch die Lochbleche
44 in die Pumpengrube 47. Bei Erreichen des max. Wasserstandes in der Pumpengrube
47 setzt der Schwimmerschilter 59 die Pumpe 48 in Betrieb, diese fördert das Wasser
in den Behälter 50. Bei Erreichen des min. Wasserstandes in der Pumpengrube 47 schaltet
der Schwimmerschalter 60 die Pumpe ab. Das Rührwerk 33 wurde bei Erreichen des max.
Eisansatzes
an den Platten der Plattenverdampfer-Hälfte ebenfalls
abgeschaltet. Die andere Plattenverdampfer-Hälfte 12 arbeitet unabhängig davon weiter,
d. h. die Kälteverdichter sind im Betriebszustand. An der abgeschalteten Verdampferhälfte
werden die Ventile 22 - 25 geöffnet, sodaß über die Leitung 21 von der Druckseite
der Anlage - also Leitung 4 -heißes Kältemittelgas von ca. 100 0C durch die Verdampferplatten
der abgeschalteten Verdampferhälfte strömt. Das heiße Gas erwärmt die Plattenoberfläche,
die an den Platten haftenden Eiskristalle schmelzen dadurch, der gesamte Eispelz
verliert hierdurch seine Haftung an den Platten und fällt dadurch schollenartig
durch den geöffneten Trichter 35 in den Eisbunker 41 . Die Sisschollen werden mit
der Vorrichtung 44 aufgefangen und gespeichert. Anschließend erfolgt der Umschaltvorgang
auf Kühlbetrieb, d. h. die Ventile 22 - 27 schließen, die Ventile 15 - 27 werden
geöffnet. Der Schieber 37 schließt den Trichter 35 , der Endschalter 39 öffnet das
Ventil 51 , sodaß das im Behälter 50 bereitgestellte Wasser, das bereits von der
Pumpe grube 47 hochgepumpt wurde, in die Behälterhälfte 29 fließen kann. Bei Erreichen
des Betriebswasserstandes schaltet der Schwimmerschalter 33 das Rührwerk 31 ein.
Die Verdampferplatten sind nun zur neuerlichen Eisproduktion bereit. Bei Erreichen
des max. Eisansatzes der zweiten Verdampferhälfte, erfolgt analog der gleiche Betriebsablauf,
d. h. der Kühlvorgang wird kurzzeitig zur Entfernung des Eispelzes unterbrochen,
wobei die erste Plattenverdampfer-Hälfte auf IZuhlbetrieb geschaltet ist, sodaß
Heißgas zur Abtauung der zweiten Plattenverdampfer-Hälfte zur Verfügung steht.
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Die Vorgänge Kühlen und Abtauen erfolgen in zeitlich periodischen
Abschnitten ca. alle 2 Stunden. Die Nutzwärme wird am Verflüssiger 5 ständig frei,
sodaß die Nutzwärme zur Versorgung der Verbraucher 68 mittels Warmwassertransport
durch die Pumpen 64 - 67 gegeben ist. Der Behälter 62 dient lediglich zu Pufferung
des Warmwassers und zur Ausnivelierung der Leistungsspitzen (z. B. Brauchwasser-Versorgung).
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Das Anlagesystem soll auch bei Tagen von Außentemperaturen bis 1800
unabhängig von äußeren Wärmequellen arbeiten. Diese Forderung ist dadurch gegeben,
daß die Eiserzeugung am Plattenverdampfer 12 ohne Rücksicht auf +ußere Umstände
erfolgt. Bei Tagen mit Außentemperaturen von +3°C bis -18°C wird das produzierte
Eis im Eisbunker gespeichert. Tage mit Außentemperaturen von -S3°C bis etwa 1500
werden ausgenützt, um mit der Belüftungsanlage, bestehend aus den Ventilatoren 42,
den Lufteintrittsjalousien 46. das gespeicherte Eisvolumon bzw.
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den Eisbestand im Eisbunker 41 abzubauen. Die Ventilatoren 42 werden
thermostatisch bei Überschreiten von +3 oC Außentemperatur eingeschaltet und saugen
die Frischluft durch die Jalousien 46 in den Eisbunker. Mit dem Wärme inhalt des
den Eisbunker 41 durchströmenden Luftsromes, wird Eis abgeschmolzen, das Tauwasser
läuft durch die Vorrichtung mit den Lochblechen 44 zur Pumpengrube 47. Von dort
wird es bei Ansprechen des Schatimmerschalters 59 über die Pumpe 48 dem Behälter
50 zugeführt und steht zur neuerlichen iEisproduktion zur Verfügung. Sollte der
Eisbestand an relativ warmen Tagen gänzlich abgetragen sein, so werden die Druckschalter
45 entlastet, die die Ventilatoren 42 abschalten und verriegeln. Die Ventilatoren
42 können erst wieder thermostatisch eingeschaltet werden, wenn dem Eisbunker 41
neu produziertes Eis zugeführt wurde. Die Druckfederschalter 45 werden belastet
und die Ventilatoren 42 entriegelt.
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Das Anlage system ist mit Solarzellen 75 kombinierbar, in der Form,
daß von der Pumpengrube 47 die Pumpe 72 , über das geöffnete Ventil 78 - Ventil
77 ist geschlossen - über die Leitung 76 , dem Solarzellensystem 75 zur Erwärmung
mittels Sonnenenergie zufördert. Das erwärmte Wasser wird über die Leitung 74 -73
dem Berieselungssystem 43 zugeführt, wo es über dem Eisbestand im Eisbunker 41 versprüht
wird. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich Eis während der Heizsaison abgetaut werden.
Die Belüftungsanlage 42 - 46 kann parallel dazu betrieben werden
oder
ein unabhängiger Betrieb beider Komponenten ist ebenfalls möglich.
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Darüberhinaus kann das Anlagensystem mit einem zusätzlichem Lamellenverdampfer
11 zur Luftkühlung variiert werden. Diese Kombination ist während der Heizperiode
in der Übergangszeit, also im Außentemperaturbereich von +180C bis etwa +8 0C denkbar.
Die Frischluft wird am Verdampfer 11 auf s40c abgekühlt.
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Auf den Kältemitteikreislauf bezogen, wird das flüssige Kältemittel
vom Sammler 8 kommend, über die Leitung 9 dem Verdampfer 11 zugeführt. Das Ventil
13 ist geöffnet. Durch Schließen der Ventile 15 - 16 - 22 - 23 - 25 - 26 - 27 -
28 ist der gesamte Plattenverdampfer außer Betrieb gesetzt. Das Kältemittel wird
durch das Entspannungsorgan 14 entspannt und in die Verdampfer 11 eingespritzt.
Das unter Wärmeaufnahme, aus der dem Verdampfer 11 durchströmenden Frischluft, verdampfte
Kältemittel, wird von den Verdichtern 1 über die Leitung 19 - 20 angesaugt und auf
hohen Druck unter Temperaturanstieg verdichtet. Das heiße Kältemittelgas wird über
die Leitung 2 - 4 über das geöffnete Ventil 6 - Ventil 7 ist geschlossen - dem Verflüssiger
5 zugeleitet. Von dort gelangt das Kältemittel im flüssigen Zustand in den Sammler
t3 und wird über die Leitung 9 wieder dem Verdampfer 11 zugeleitet. Der Wärmeinhalt
des Kältemittels wird mittels Verflüssiger 5 an das Wasser abgegeben, d. h. die
Wärme steht zur Beheizung der Verbraucher 68 zur Verfügung.
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Dieser Betrieb - durch den zusätzlichen Verdampfer 11 ermöglicht -entspricht
einem reinen Wärmepumpenbetrieb auf Basis Luft/Wasser.
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Bei Nutzkälteerzeugung in der Kühlsaison (Sommer) wird das im Winter
(Heizsaison) erzeugte Eis herangezogen. Zum letzten Drittel der Heizsaison - etwa
von März bis Mitte Mai - wird das zur Deckung des Wärmebedarfes produzierte Eis
im Eisbunker 41 nur noch gespeichert, sodaß der max. Eisbestand im Eisbunker 41
gegen Mitte Mai erreicht ist. Die Belüftungsanlage 42 - 46 bzw.
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das Solarzellensystem 75 ist nicht in Betrieb, sodaß eine Abschmelzung
des Eises im Eisbunker unterbunden ist.
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Mit der in Form von Eis gespeicherten Energie kann nun die gesamte
Jahres-Kühllast gedeckt werden. Das iNisbunkervolumen muß - um dieser Forderung
gerecht zu werden - auf etwa 10 bis 12 °,h des Volumens der zu beheizenden Räume
festgelegt werden. In diesem Falle ist für die Erzeugung der Kälteleistung zur Deckung
der Jahres-Kühllast keinerlei Energieaufwand erforderlich.
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Das von den Verbraucher 70 erwärmte Wasser, wird über die Leitung
73 dem Berieselungssystem 43 im Eisbunker 41 zugeführt und fein zerstäubt über den
Eisbestand versprüht. Das Eis gibt seine Schmelzwärme (80 k.cal/kg) an das Wasser
ab, wobei dieses etwa auf +1 0C abgekühlt wird. Das abgekühlte Wasser rieselt durch
die Vorrichtung mit den Lochblechen 44 in die Pumpengrube 47 , von dort aus, wird
es über die Pumpe-72 den Verbrauchern 70 zur Kühlung zugeführt. Ventil 77 ist geöffnet,
Ventil 78 ist geschlossen. Alle anderen Anlagekomponenten, - die hier nicht erläutert
wurden - sind außer Betrieb.
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Im Falle, daß der Eisbunker aus baulichen, platzmäßigen, finanziellen
oder sonstigen Gründen, auf das vorgenannte Volumen von 10 bis 12 % nicht festgelegt
werden kann, kann eine noch sehr wirtschaftliche Alternative vorgesehen werden.
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Der Eisbunker wird volumenmäßig auf etwa 5 bis 6 50 - also gegenüber
der vorgenannten Größenordnung um die Hälfte verkleinert -beschränkt werden.
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Auch hier ist am Ende der Heizperiode der Eisbunker 41 mit Eis vollgespeichert.
Diese in Form von Eis gespeicherte Energie kann demzufolge nur die Hälfte der Jahreskühllast
decken.
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Die fehlende Kälteleistung muß nun durch Betrieb des Anlagensystemes
unter Aufwendung von Energie aufgebracht werden.
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Die Anlage wird jedoch nur während der Nachtstunden unter Ausnutzung
des günstigen Niederstromtarifes zur Produktion von Eis betrieben. Diese Betriebszeit
ist voll ausreichend, nachdem
50 ,0 der erforderlichen Jahres-Kältereistung
durch die gespeicherte Energie in Form von Eis vorhanden ist.
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Um dieses Verfahren zu ermöglichen, wird das Anlagensystem mit einem
zusätzlichen Verflüssiger 3 ergänzt. Der Plattenverdampfer 12 wird - wie bereits
beschrieben - in Betrieb gesetzt, um periodisch Eis zu produzieren. Das von dem
Plattenverdampfer 12 kommende Kältemittelgas wird unter Temperaturerhöhung auf hohen
Druck mittels dem Verdichter 1 komprimiert. Das Heißgas wird über die Leitung 2
über das geöffnete Ventil 6 - Ventil 7 ist geschlossen - dem Verflüssiger 5 zugeleitet.
Mit dem Wärmeinhalt des Heißgases wird die Brauchwassererwärmung, während der Nachtstunden
durchgeführt. Der ursprüngliche Behälter 61 dient jetzt als Warmwasserspeicher,
da der Brauchwasserbedarf, während den Tagstunden auftritt. -Überschüssige Kondensatorwärme
wird dem zusätzlichen luftgekühlten Kondensator 3 zugeführt, daß Ventil 7 ist geöffnet
-Ventil 6 ist geschlossen -, das verflüssigte Kältemittel fließt durch den Verflüssiger
5 in den Sammler 8, von dort aus strömt es wieder dem Plattenverdampfer 12 zu.
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Alle in Fig. 1 dargestellten Wärmetauscher, wie Verdampfer, Verflüssiger
und Verbraucher sind ohne Rücksicht auf den tatsächlichen inneren Auf- oder Zusammenbau
rein schematisch dargestellt.
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Zur Steuerung des Anlagesystemes dient ein zentraler Schaltschrank
79 , der alle elektrischen Geräte enthält.
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Außer der Eingangs erwähnten ersten Betriebsfüllung, des Systemes
mit Wasser ist theoretisch während dem Betrieb der Anlage, innerhalb der Heiz- und
Kiihlsaison, kein Wasserverbrauch gegeben. Das Betriebswasser befindet sich ständig
im Umlauf, wobei der Aggregatzustand zwischen fest und flüssig, durch produzieren
von Eis bzw. durch Schmelzen von Eis periodisch geändert wird. Bei praktischem Betrieb
werden jedoch Verdunstungsverluste
des Wassers bei Betrieb der
Belüftungsanlage 42 - 46 des Eisbunkers 41 durch Sättigung des, den Eisbunker durchströmenden,
Luftstromes auftreten. Dieser Wasserverlust ist gegenüber konventionellen Systemen
äußerst gering, die Grössenordnung liegt etwa bei 2 bis 3 %. Die Ergänzung des Betriebswassers
erfogt über die Speiseleitung 55 durch Öffnen des Ventils 56 in den Behälter 50.