AT519030A1 - Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe-, Einkaufscenter-, Camps- und Compounds - Google Patents

Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe-, Einkaufscenter-, Camps- und Compounds Download PDF

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AT519030A1
AT519030A1 ATA412/2016A AT4122016A AT519030A1 AT 519030 A1 AT519030 A1 AT 519030A1 AT 4122016 A AT4122016 A AT 4122016A AT 519030 A1 AT519030 A1 AT 519030A1
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlaggregat zur Verhinderung von Hitzestau in Einkaufs-Centern-, geschlossenen Stallungen für Nutztierbetriebe, Camps- und Compounds für Bauprojekte, mit wenigstens einem thermoakustischem Kryo-Kühler (1), mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher (2) vom Kryo-Küh1er in eine Kühlraum (3) in einer Kältezisterne (4) sowie wenigstens einem Wärmetauscher (5) zur Wärmeabfuhr der überschüssigen Entalphie in eine und/oder mehrere Wärmezisternen (6), wenigstens einem Kühllamellen-Stack (7) zum Kühlen des Luftstrom, wenigstens einer Photovoltaikanlage (8) zum Erzeugen von elektrischen Strom für Versorgung der thermoakustischen Kryo-Kühler (1) -, vorzugsweise einer Wärme-Zisterne für die Speicherung der Abwärme aus den thermoakustischen Kryo-Kühler und einer elektrischen programmierbaren Steuereinheit

Description

Kühlanlage zur Klimatisierung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds.
Zusammenfassung:
Die Erfindung betrifft ein Kühlaggregat zur Verhinderung von Hitzestau in Einkaufs-Centern-, geschlossenen Stallungen für Nutztierbetriebe, Camps- und Compounds für Bauprojekte, mit wenigstens einem thermoakustischem Kryo-Kühler (1), mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher (2) vom Kryo-Kühler in eine Kühlraum (3) in einer Kältezisteme (4) sowie wenigstens einem Wärmetauscher (5) zur Wärmeabfuhr der überschüssigen Entalphie in eine und/oder mehrere Wärmezistemen (6), wenigstens einem Kühllamellen-Stack (7) zum Kühlen des Luftstrom, wenigstens einer Photovoltaikanlage (8) zum Erzeugen von elektrischen Strom für Versorgung der thermoakustischen Kryo-Kühler (1) -, vorzugsweise einer Wärme-Zisterne für die Speicherung der Abwärme aus den thermoakustischen Kryo-Kühler und einer elektrischen programmierbaren Steuereinheit.
Beschreibung:
In den Sommermonaten kommt es immer wieder in Einkaufscentem, landwirtschaftlichen Stallungen für Nutztiere, aber auch in Camps und Compounds beispielsweise bei Kaftwerksprojekte oder Infrastruktur-Projekten etc., zu Belastungen durch eine Hitzestaubildung. Ursache dafür sind einerseits die durch Beton oder Asphalt versiegelten Oberflächen rund um die Gebäude -, Container, Behausungen, als auch die Flachdächer über den Einkaufscentem welche üblicherweise auch als Parkmöglichkeit genutzt werden können. All diese Flächen wirken in den Sommermonaten mit Hitzeperioden geradezu wie Kollektoren und heizen die Flächen entsprechend auf. Diese heiße Umgebungsluft wird anschließend meistens über Lüftungs- und Klimaanlagen in die Gebäude gesaugt und bewirken eben diesen Hitzestau, der sehr viele konventionelle Klimaanlagen bei Außen-Temperaturen von über 40°C, überfordert.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der man mit einer Photovoltaik-Anlagen als emeuerbares- und nachhaltiges Energiekonvertierungssystem, elektrischen Strom erzeugen kann, der anschließend zum Betrieb von thermoakustischen Kryo-Kühlem verwendet wird und der wiederum Kälte erzeugt und die in einer Kältezisteme gespeichert wird und bei Bedarf, über einen oder mehrere Kühllamellen-Stacks, den Zuluft-Strom und damit die Zuluft in Räume signifikant zu kühlen, um so in den Hitzespitzen der Sommermonate die Klimaanlagen unterstützend zu entlasten.
Dabei hat die Photovoltaikanlage die Aufgabe, tagsüber über das gesamte Jahr hinweg jenen Strom zu erzeugen, denn die thermoakustischen Kryo-Kühler benötigen um genügend Kälte zu erzeugen, welche in einer Kältezisteme gespeichert und „gepuffert“ wird, bis diese zur Abdeckung des Hitzestau in Gebäuden und anderen Einrichtungen benötigt wird.
Dadurch entsteht erfindungsgemäß ein Kälte-Reservoire oder Kälte-Batterie, mit der die heißen Tage einer Hitzeperiode mit entsprechender Kühlleistung abgedeckt werden können.
Dabei wird folgender Effekt genutzt. Kühlt man Wasser von 0°C auf - 1°C bei normalem Luftdruck ab, so wird das Wasser gefrieren. Die Änderung des Aggregatzustands vom Wasser zu Eis benötigt ca. die 80 fache Menge an Energie als die umgekehrte Variante bei einer Temperaturerhöhung um 1°C der Fall ist. Diesen Effekt nennt man Erstarrungswärme oder Kristallisationswärme. Es ist demzufolge die gleiche Leistung wenn man 1 Liter Wasser von 10°C auf 90°C erforderlich wie wenn man 1 Liter Wasser mit 0°C um 1°C abkühlt und zu Eis kristallisieren lässt.
Verwendet man anstatt Wasser beispielsweise ionische Flüssigkeiten, etc., lässt sich dieser Prozess hervorragend für die Kryo-Kühlung verwenden.
Die Photovoltaikanlage liefert emeuerbaren Strom, der zum Betrieb der thermoakustischen Kühler benötigt wird und kann damit genügend Kälte (bis zu - 100°C ) erzeugen und in entsprechend dimensionierten Kältezistemen gespeichert werden, um über die bis zu 40 Tage lang andauernden Hitzeperioden im Sommer, ausreichend Kälte zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise erzeugt die erfindungsgemäße Kühlanlage über das gesamte Jahr hinweg Kälte und speichert diese in einer oder mehreren hintereinander geschalteten Kältezisteme(n), von wo die Kälte bei Bedarf in Hitzeperioden entnommen werden kann.
Wie in den Patentschriften EP 2 184 569 A2 vom 10.11.2009, als auch in DE 3613395 CI, DE 102013211177 Al-, DE 102013005304 Al-, DE 102008049412 Al-, und EP 2 161 517 Al, beschrieben, wird bei der thermoakustischen Kühlung der Effekt genutzt, dass Schallwellen an deren Grenzflächen inhomogenen Temperaturverteilungen an begrenzten Kontaktflächen erzeugen können. Beispielsweise wird durch einen Resonator wie zum Beispiel einem Lautsprecher vorzugsweise in einem sogenannten Stacks mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Helium durch longitudiale Wellenschwingung zu monochromatischen Schwingung angeregt wodurch sich durch Kompression und Expansion das Arbeitsmedium Helium lokal eine Temperaturänderung bzw. Temperatursequenzierung ergibt. Vereinfacht dargestellt werden neben einander liegende Gaspacktet in deren Zusammenwirken in einen Warmen und Kalten Bereich sequenziert und können separat abgetrennt werden, um daran anschließend über kalte oder warme Wärmetauscher in die jeweiligen Speicher wie Kälte-Zisternen oder Wärmezisteme (Boiler) abgeleitet zu werden.
All diese thermoakustischen Verfahren und Innovationen für Kühl- und Gefriergeräte werden vorwiegend für die Verwendung im Hausgebrauch eingesetzt. Zu Kühlung größerer Volumenströme eignen sich die bekannten Geräte nicht oder nur bedingt, da die Kälte einerseits nicht in größeren Gebinden wie Kältezisteme und „Vorratsspeicher“ gespeichert wird und andererseits bei kleineren Anlagen die Rentabilität-, Kosten/Nutzen- und Effizienzrechnung, solche Anlagen nicht konkurrenzfähig macht.
Erst ab Temperaturen von -40°C im Kältespeicher zusammen mit entsprechenden Kältemitteln, werden thermoakustische Kryo-Kühler wirtschaftlich unschlagbar und konkurrenzlos günstig.
Weiters verwenden diese Kühl- und Gefriergeräte zur Wärmeübertragung als Wärmeübertragungsmittel meist ein Wasser-Propylen-Glykolgemisch mit hoher Wärmeträgerkapazität und niedriger Viskosität.
Es hat sich jedoch erwiesen, dass sich für den Wärmetransport als auch Kältetransport, ionische Flüssigkeiten wie sie beispielsweise in EP 2473574 A2, WO 2011026822 A2, WO 2005007657 A2, WO 2002074718 A2, oder EP 2066710 Bl beschrieben sind, wesentlich besser eignen als konventionelle Medien aif Basis von Wasser-Propylen-Glykol.
Alle diese Erfindungen funktionieren in deren Anwendungsbereich relativ Problemlos habe aber den großen Nachteil in der Energieeffizienz als auch bei der Auslegung zu Kühlung größere Volumensströme ab 10.000m3 Luft pro Stunde, wo beispielsweise auch konventionelle Klimaanlagen an Tagen mit Hitzestau an ihre Grenzen kommen. Durch die vorliegende Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, dass die Kryo-Kühler das ganze Jahr durch eine Photovoltaikanlage mit Elektrizität versorgt werden und die Kälte von bis zu - 100°C in einer Kälte-Zisterne gespeichert wird welche die Kälte bei Bedarf in den Hitzeperioden über den Kältekreislauf der Kühllamellen-Stack zur Kühlung des Zuluftstrom zu Verfügung stellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlaggregat, mit wenigstens einem thermoakustischem Kühler (1), mit wenigstens einer Photovoltaikelement zur Energieerzeugung für die Kryo-Kühler und das dem Sonnenlauf nachgeführt werden kann-, mit wenigstens einem kalten Wärmetauscher (2) zur Kühlung der Kältezisteme (3) als Reservoire für Kälte sowie wenigstens einem warmen Wärmetauscher (5) zur Wärmeabfuhr jener Abwärme, die durch den Betrieb der Kryo-Kühler entsteht und die wiederum in einer Wärmezisteme (6) oder Boiler zur Warmwasserspeicherung geleitet wird sowie wenigstens einem Kühllamelle-Stack (7) im Zuluftstrom und zur Kühlung des Luft-Volumenstrom. Als Übertragungsmedium für die Wärme als auch Kälte werden ionische Flüssigkeiten zum Beispiel mit hoher Wärmekapazität und niedriger Viskosität verwendet und vorgeschlagen.
Zur Speicherung der Kälte in der Kältezisteme eignen sich besonders vorteilhaft Slurry-Ice., Slush oder aber auch sogenannte regenerierbare Kältemischungen aus Wasser und Salzen.

Claims (12)

  1. Ansprüche:
    1. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Photovoltaikelemente den elektrischen Strom erzeugen, der für den Betrieb der Kryo-Kühler erforderlich ist.
  2. 2. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine oder mehrere Photovoltaikanlagen der emeuerbare und regenerative elektrische Strom in einer Batterie gespeichert wird.
  3. 3. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom aus der Batterie eine elektronische Steuerung versorgt, welche wiederum die Funktionen der Anlage koordiniert.
  4. 4. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine programmierbare elektronische Steuerung alle Funktionen der erfindungsgemäßen Kühlanlage , der Photovoltaikanlage, der Kältezisteme und des Kältekreislauf, der Wärme-Zisterne und des Wärmekreislauf, des Kühllamellen-Stack, Ventile, Sensoren, Pumpen, Kryo-Kühler sowohl die Zeit-, die Temperaturen, Leistungen, Drücke, koordiniert-, überwacht-, steuert-, kontrolliert- und dokumentiert.
  5. 5. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Kryo-Kühler in einer Kältezisteme eine partielle Kälte von bis zu -100°C erzeugen.
  6. 6. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium vorzugsweise aus ionischen Flüssigkeiten, Slush-, Slurry's und/oder aus einer Kälteeis-Mischung besteht und in der die Kälte gespeichert wird
  7. 7. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme - des oder der Kryo-Kühler über einen Kreislauf in eine Wärmezisteme abgeleitet wird, von wo diese zur anderwärtigen Verwendung zu Verfügung steht.
  8. 8. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass über einen Kältekreislauf ein oder mehrere Kühllamellen-Stacks mit Kälte versorgt werden welche wiederum den Zuluftstrom von Lüftungsanlagen abkühlen.
  9. 9. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamellen aus Kupfer-Profilen und/oder nichtrostenden Edelstahl ab V2A bestehen oder eine Beschichtung mit selbstdesinfizierender und selbstentkeimender Oberfläche im nanoskaligen Bereich, aufweisen.
  10. 10. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllamellen mehrere von oben nach unten mehrere Bohrungen aufweisen durch die das wärmeleitende Kältemittel in einem Kältekreislauf zirkuliert.
  11. 11. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die in Kühllamellen-Stack (7) angeordneten an den Kühllamellen (8) an der dem Luftstrom zugewandten Seite (9) angeordneten Wölbungen (10), den Luftstrom (11) nicht verwirbelt sondern tangential zur gegenüberliegenden Kühllamellenfläche auslenken, ohne dass dabei eine Querschnittsverengung oder ein zusätzlicher markanter Luftwiderstand im Luftvolumenstrom entsteht.
  12. 12. Kühlanlage zur Kühlung und Abdeckung von Kühllastspitzen für Nutztierbetriebe, Einkaufscentren, Camps und Compounds nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung der Kühllamellen (8) im Kühllamellen-Stack (7), der Luftstrom in einer linearen Strömung den Kühllamellen-Stack, verlässt.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2161520A2 (de) * 2008-09-05 2010-03-10 Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH Kühl- und/oder Gefriergerät
US20110252810A1 (en) * 2010-04-20 2011-10-20 King Abdul Aziz City For Science And Technology Standing wave thermoacoustic piezoelectric refrigerator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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