Umweltfreundlich Energieeffizient - Frigoteam€¦ · lischen Weiche, beziehungsweise der zum PCM-Latentspeicher erweiterten Variante, zu sehen. Links die Primärseite mit Vor- und

Thermische Energiespeicher

mit PCM-Latentspeichertechnologie

(PCM = Phase Change Material)

für Kälte- und Klimaanlagen

Umweltfreundlich

Energieeffizient

Zukunftssicher

3

UNSERE KÄLTE-

ANLAGEN SCHONEN

DIE UMWELT!

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

PCM-Latentspeicher

Die F-Gase-Verordnung

Erneuerbare Energien sind die wichtigste Stromquelle in Deutsch-

land und ihr Ausbau eine zentrale Säule der Energiewende. Un-

sere Energieversorgung soll klimaverträglicher werden und uns

gleichzeitig unabhängiger vom Import fossiler Brenn-, Kraft-,

und Heizstoffe machen.

Die Stromversorgung in Deutschland wird immer grüner und der

Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch wächst

beständig: Von rund 6 % im Jahr 2000 auf rund 36 % im Jahr

2017. Bis zum Jahr 2025 sollen 40 – 45 % des in Deutschland ver-

Was sind Latentspeicher

Thermische Speicher erlangen in einer Energiewirtschaft mit ei-

nem zunehmenden Stromanteil aus fl uktuierenden Quellen, wie

Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen oder Blockheizkraftwer-

ken, eine wachsende Bedeutung. Eine Möglichkeit der thermi-

schen Speicherung besteht in der Nutzung von Phasenwechsel -

materialien (Phase Change Material, kurz PCM), bei denen die Käl-

te / Wärme in einem reversiblen Phasenübergang gespeichert wird.

Die gültige F-Gase-Verordnung EU Nr. 517 / 2014 reduziert das

2015 festgelegte CO2-Äquivalent der bisher verwendeten F-Ga-

se (Kältemittel) von 2.182.520.574 kg bis zum Jahr 2030 auf

458.329.321 kg.

Das entspricht einer Reduzierung auf 21 %. Dies hat zur Folge,

dass nur noch Kältemittel mit niedrigen GWP-Werten zum Ein-

satz kommen. In der Regel sind dann diese Kältemittel leicht

entflammbar oder brennbar, Sicherheitsgruppe A2L oder A3. Käl-

te- / Klimaanlagen werden in der Zukunft deshalb nicht mehr als

direkte Verdampfungsanlagen mit großen Kältemittelfüllmengen

ausgeführt, sondern der Kältetransport vom Kälteerzeuger zur

brauchten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. So sieht

es das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) vor.

Dieses Angebot an elektrischer Energie steht aber systembedingt

nur mit starken Schwankungen zur Verfügung, so dass Angebot

und Nachfrage nicht immer übereinstimmen.

Dies hat zur Konsequenz, dass das stark schwankende Angebot

an elektrischer Energie gespeichert werden muss. Hierfür bieten

sich elektrische Batteriespeicher oder alternativ PCM-Latentspei-

cher als thermische Energiespeicher an.

Die Vorteile dieser Art der Wärmespeicherung liegen zum einen in

der Speicherung der Kälte / Wärme auf einem relativ konstanten

Temperaturniveau, sowie in den erreichbaren, hohen Speicher-

dichten. Da die Kälte / Wärme ohne signifi kante Temperaturän-

derung, quasi „versteckt“ gespeichert wird, spricht man auch von

Latentwärmespeicherung.

Kühlstelle wird als Kaltwasser- oder Kaltsolesystem ausgeführt.

Die F-Gase Verordnung schafft somit indirekt auch die Vorausset-

zung zur Einbindung eines PCM-Speichersystems in Kälte- und

Klimaanlagen.

4

Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht diese Zusammenhänge in

einer schematischen Darstellung.

Im Phasenwechsel eines PCM besteht eine sehr große Speicher-

kapazität, während die Temperatur quasi konstant bleibt (latente

Energie). Beim sensiblen Wärmegewinn hingegen steigt die Tem-

peratur des Materials an.

Temperatur

kleine Temperatur-differenz

Schmelzen

Erstarren

latentsensibel sensibel

große Speicherkapazität Wärme

Latentenergiespeicher nach dem PCM (Phase Change Material)-Verfahren für Kälte- und Klimaanlagen

In der Praxis werden hierfür PCM-Elemente auf der Baustelle

einfach durch eine entsprechende Flanschöffnung in den Spei-

cher eingebracht. Diese verteilen sich dann automatisch zwi-

schen den beiden horizontal eingebrachten Lochblechen.

In der folgenden Abbildung ist der generelle Aufbau der Hydrau-

lischen Weiche, beziehungsweise der zum PCM-Latentspeicher

erweiterten Variante, zu sehen.

Links die Primärseite mit Vor- und Rücklauf eines Kälteerzeugers

(für Speicher-Beladung, PCM wird eingefroren) und die Sekun-

därseite rechts mit Vor- und Rücklauf der Verbraucher (Speicher-

Entladung, PCM wird aufgeschmolzen für Kühlbetrieb).

Je nach PCM-Typ kann somit bis zu 50 kWh „Kälte“ pro m³ ein-

gespeichert werden.

Die Speicher verfügen über Inhalte von 500 bis zu 10.000 Liter, das entspricht Speicherkapazitäten von 25 bis 500 kWh.

Bei dem Einsatz von umweltfreundlichen Kältemitteln wie Pro-

pan oder Ammoniak kommen durch die speziellen Eigenschaften

dieser Kältemittel (brennbar / toxisch) fast ausschließlich Kalt-

wasser- oder Kaltsolesysteme für den „Kälte“-Transport vom

Flüssigkeitskühler zu den Kühlstellen zum Einsatz.

Der Einsatz dieser umweltfreundlichen Kältemittel mit niedrigen

GWP-Werten wird besonders durch die seit Januar 2015 gültige F-

Gase Verordnung (EU) Nr. 517 / 2014 über fluorierte Treibhausgase

vorangetrieben.

Ein wichtiger Bestandteil dieser Anlagen ist die „hydraulische Weiche“, eingebaut zwischen Kälteerzeuger / Flüssigkeitskühler

und den einzelnen Kühlräumen oder Kühlmöbel.

Die von uns entwickelte hydraulische Weiche für ein Kaltwas-

ser- / Kaltsolesystem kann ohne großen Aufwand zu einem PCM-

Latent speicher erweitert werden.

Durch diese Erweiterung kann im Kaltwasser- / Kaltsolesystem

eine große Mengen an „Kälteenergie“ auf kleinstem Raumvo-lumen eingespeichert werden.

Temperatur-Wärme-Diagramm für Phasenübergänge

5

Vorteile des PCM-Speichersystems

Diese Geometrie garantiert einen schnellen und effektiven Pha-

senwechsel des Materials im Inneren der Kunststofflinsen / -ku-

geln. Die Geometrie der Linsen ist patentiert. Die Linsen / Kugeln

werden mit Hilfe des umlaufenden Wasser-Frostschutzgemisches

der Kälteanlage im Ladebetrieb gefroren bzw. im Entladebetrieb

wieder geschmolzen. Dieser Vorgang erfolgt bei nahezu konstan-

ter Temperatur und kann ohne Verschleiß beliebig oft wieder-

holt werden. Der PCM-Latentspeicher erfordert keinen zusätzli-

chen Wartungsaufwand.

Ein Vorteil der latenten Energiespeicherung gegenüber der ei-

nes Eisspeichers ist die Nutzbarkeit unterschiedlicher Tempe-raturbereiche. Je nach Anwendung können PCM-Elemente mit

passenden Schmelztemperaturen gewählt werden, sodass die

Energie nicht nur bei 0°C, sondern auch bei weit geringeren oder

höheren Temperaturen eingespeichert werden kann.

Der PCM-Latentspeicher hat ein sehr weites Anwendungsge-biet. Er kann als thermischer Zwischenspeicher für Kälte aus

günstigem Strom (Überschuss einer PV-Anlage, negative Regel-

energie) oder aber als Reserve und Rückhaltung für Lastspitzen

oder Notfallversorgungen dienen. Mit einem PCM-Latentspeicher

kann die Effizienz und die Versorgungssicherheit eines Systems

erhöht werden.

Genauere Beschreibungen zu Anwendungsfällen sind im nächs-

ten Kapitel aufgeführt.

Die Speicherung basiert auf dem Schmelzwärmeprinzip (Pha-

senänderung des Mediums) mit dem Vorteil, dass auf kleinstem

Raum große Energiemengen gespeichert werden.

Dazu werden die Kunststofflinsen, sogenannte „HeatSels“ oder

die Kunststoffkugeln mit einem für den Anwendungsfall und Temperaturbereich eingestelltem Eutektikum / Salzhydrat in die

hydraulische Weiche eingebracht.

Das PCM (Phase Change Material) befindet sich in luftdicht ver-

schweißten Linsen / Kugeln mit einer speziellen Geometrie aus

Kunststoff (HDPE).

EintrittKaltsoleerzeuger


AnlagenrücklaufKaltsole




Funktion als hydraulische Weiche, kein Lade- und Entladevorgang

LatentspeicherLadevorgang

LatentspeicherEntladevorgang

Durchfluss vorhanden

keinDurchfluss

keinDurchfluss

Durchflussvorhanden



AustrittKaltsoleerzeuger


AnlagenvorlaufKaltsole






Genereller Aufbau Hydraulische Weiche / PCM-Latentspeicher, Speicherkapazität ca. 50 kwh pro m3

6

Anwendungsbereiche von PCM-Latentspeichern

PCM-Latentspeicher als Energiespeicher für Spitzenlasten

Bei kurzfristig auftretendem Kältebedarf, wie zum Beispiel bei

Großküchen oder Brauereien, kann der PCM-Latentspeicher

die klassische Funktion der kurzfristigen Spitzenlastabdeckung

über nehmen. Zu einem günstigen Zeitpunkt kann „Kälte“ im

Spei cher eingelagert werden, welche bei Bedarf kurzfristig abge-

rufen werden kann.

Die Ausnutzung der anfallenden Verflüssigerwärme (WRG)

Sinnvollerweise sollte jede Kälteanlage mit einer Wärmerückge-

winnungseinrichtung betrieben werden, um den Wärmepum-

peneffekt der Kälteanlage zur Beheizung des Gebäudes oder zur

Brauchwassererwärmung zu nutzen.

Durch PCM-Latentspeicher kann während der Laufzeit der Kälte-

anlage Wärme ausgekoppelt sowie gespeichert werden, die dann

zu einem späteren Zeitpunkt abrufbar ist.

Ähnliches gilt für Wärmepumpen, die wenn optimale Betriebsbe-

dingungen vorherrschen, wirtschaftlich mit hohen COP arbeiten,

um die eingespeicherte Wärme zu einem späteren Zeitpunkt wie-

der zur Verfügung zu stellen (Tag- / Nachtbetrieb).

Das gleiche Prinzip gilt für thermischen Solarkollektoren, die

tagsüber viel Wärmeenergie produzieren, welche nachts aus dem

PCM Latentspeicher abgerufen werden kann.

Die Nutzung von Photovoltaikanlagen

Der Ladebetrieb eines PCM-Latentspeichers bei dieser Kombinati-

on ist immer dann sinnvoll, wenn günstige und umweltfreund-

lich erzeugte elektrische Energie zur Verfügung steht.

Besonders bei Niedrigstromtarifen oder zum Beispiel bei Über-

kapazitäten einer Photovoltaik- oder Windkraftanlage (oder der

Speicherung von negativer Regelenergie).

Für Kälte- und Klimaanlagen steht dann nachts, durch Ab-

schmelzen des PCM-Latentspeichers, die tagsüber emissionsfreie

und umweltschonend erzeugte Kältemenge zur Kühlung zur Ver-

fügung (Beispiel PV-Strom-Speicherung).

Backup-System für Kälte- / Klimaanlagen

Ein in das Rohrleitungssystem eingebundener PCM-Latentspei-

cher steht als Backup-System bei dem Ausfall der Kälteerzeugung

direkt bereit und kann das System sofort mit der notwendigen

„Kälte“ versorgen. Je nach Dimensionierung kann die Notversor-

gung mehrere Stunden oder auch Tage genutzt werden.

Besondere Anwendungsfälle sind z.B. bei der Kühlung von Re-

chenzentren oder Kälteanlagen mit hochwertigen Kühlgütern

(Medikamente) gegeben.

Bemerkenswert ist auch die Anwendung von Kaltsoleanlagen als

Kaskade in Verbindung mit CO2-DXTiefkühlsystemen, da die CO2-

Anlage ihre Verflüssigerwärme an das Kaltsolesolesystem abfüh-

ren kann und somit von dem Kaltsolesystem abhängig ist.

Photovoltaikanlage

Rechenzentrum

7

PCM-Elemente und deren Einsatzbereiche

Für die Integration von PCM-Elementen in das Hydraulische System werden diese in bestimmte

Verkapselungen eingefüllt. Die beiden Formen sind nachfolgend beschrieben:

Linsenform

Die linsenförmigen Elemente werden „HeatSel“ genannt und bestehen aus einem Kunststoffman-

tel, welcher mit einem entsprechenden Salzhydrat gefüllt ist. Die Form sowie technischen Eigen-

schaften der PCM-Elemente sind in der nachfolgenden Abbildung zu sehen.

Kugelform

Auch hier wird das Eutektikum / Salzhydrat mittels Kunststoff (HDPE) makroverkapselt. Die Form

entspricht der einer Kugel, siehe nachfolgende Abbildung.

Spezifikation Einheit / Maßangabe

Innenvolumen: 335 cm3

Durchmesser: 180 mm

maximale Dicke/Höhe: 30 mm

Oberfläche: 0,052 m2

Schüttdichte: 1.100 HeatSel / m3

Spezifikation Einheit / Maßangabe

Innenvolumen: 660 cm3

Durchmesser: 108 mm

Oberfläche: 0,037 m2

Schüttdichte: 980 Kugeln / m3

Eigenschaften Linsen („HeatSels“)

Eigenschaften Kugeln

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5. PCM-Elemente und deren Einsatzbereiche Für die Integration von PCM-Elementen in das Hydraulische System werden diese in bestimmte Verkapselungen eingefüllt. Die beiden Formen sind nachfolgend beschrieben:

5.1. Linsenform Die linsenförmigen Elemente werden „HeatSel“ genannt und bestehen aus einem dünnen Kunststoffmantel, welcher mit einem entsprechenden Salzhydrat gefüllt ist. Die Form sowie technischen Eigenschaften der PCM-Elemente sind in der nachfolgenden Abbildung zu sehen.

Abbildung 3: Eigenschaften Linsen („HeatSels“)

5.2. Kugelform Auch hier wird das Eutektikum/ Salzhydrat mittels Kunststoff (HDPE) makroverkapselt. Die Form entspricht der einer Kugel, siehe nachfolgende Abbildung.

Abbildung 4: Eigenschaften Kugeln

Seite 9 von 17






8

Anwendung der PCM-Elemente

Der Anwendungsbereich von PCM-Elementen wird durch deren Schmelzpunt definiert. Bei den

PCM-Kugeln reicht dieser in etwa von – 38 °C bis 0 °C, bei den PCM-Linsen von etwa -10 °C bis

+55°C, siehe nachfolgende Grafik.

Standardmäßig gibt es innerhalb der gezeigten Einsatzbereiche PCM-Typen mit entsprechenden

Eigenschaften. Diese sind in Tabelle 1 für die Kugel- und Linsenformen aufgeführt.

Phasenwechseltemperaturen außerhalb der Auflistung sind auf Anfrage ebenfalls möglich.

Anwendungs- und Temperaturbereiche der PCM-Typen

Seite 9 von 17






Seite 9 von 17






+ 60 °c

+ 50 °c

+ 40 °c

+ 30 °c

+ 20 °c

+ 10 °c

0 °c

- 10 °c

- 20 °c

- 30 °c

- 40 °c

Linsen Kugeln

Wärmerückgewinnung

Klimakälte

Gewerbliche Kälte

Tiefkühlung

9

Die spezifische Speicherkapazität hängt von der Art des PCM im

inneren der Linsen ab. Die folgende Tabelle zeigt Speicherkapa-

zitäten der unterschiedlichen Standard-PCM-Elemente. Die Spei-

cherkapazität bezieht sich auf ein Volumen von 1 m³ und bein-

haltet die latente Energie des Phasenübergangs im PCM-Element,

sowie die sensible Energie des PCM und die der Kaltwassersole

in den Zwischenräumen bei einer Temperaturdifferenz von 8 K

(mittlere, logarithmische Temperaturdifferenz).

Gleiches gilt für mit PCM Material gefüllte Kunststoffkugeln aus

HDP, die über eine Flanschöffnung auch nachträglich in den

Speicher eingebracht werden können.

Eigenschaften der PCM-Elemente: Linsenform und Kugelform

Seite 9 von 17






Seite 9 von 17






PCM-Element

Linse

Schmelzpunkt in °C

Speicherkapazität

in kWh / m3

ATS55 55 41

ATS31 31 37

ATS21 21 40

ATS12 12 30

ATS11 11 42

ATS00 0 47

ATS-03 -3 43

ATS-06 -6 40

ATS-10 -10 38

PCM-Element

Kugel

Schmelzpunkt in °C

Speicherkapazität

in kWh / m3

PCM00 0 58

PCM-03 -3 58

PCM-06 -6 54

PCM-10 -10 60

PCM-12 -12 57

PCM-15 -15 56

PCM-19 -19 64

PCM-21 -21 49

PCM-26 -26 58

PCM-33 -33 55

PCM-38 -38 54

10

Dimensionierung von thermischen PCM-Latentspeichern

Bei der Auswahl eines geeigneten Speichers ist neben dem Tem-

peraturniveau auch die notwendige Speicherkapazität entschei-

dend. In Abhängigkeit von der Speicherkapazität kann die nötige

Beladeleistung (Kälteleistung), sowie Beladezeit in der Planung

des Systems vorgegeben werden. Die nachfolgende Tabelle und

Abbildung zeigt verschiedene Leistungen und Zeiten der Bela-

dung eines 1.000 Liter Latentenergiespeichers in Abhängigkeit

der Vorlauftemperatur (Beladetemperatur). Der Speicher ist mit

ATSOO-PCM-Elementen gefüllt, welche einen Phasenübergang

bei O°C vorweisen.

Kennwerte für Speicher-Beladung (1.000 Liter, ATS00)

Leistungen und Zeiten für Speicher-Beladung (1.000 Liter, ATS00)

Temp. Ein θein in °C

Temp. Aus θaus in °C

Leistung

P in kW

Zeit

t in h

Massenstrom

m in kg / h

-5 0 11,4 4,1 4.555,8

-6 0 13,7 3,5 4.555,8

-7 0 16,0 2,9 4.555,8

-8 0 18,3 2,6 4.555,8

-9 0 20,6 2,3 4.555,8

-10 o 22,9 2,1 4.555,8

Seite 12 von 17

6. Dimensionierung von thermischen PCM-Latentspeichern Bei der Auswahl eines geeigneten Speichers ist neben dem Temperaturniveau auch die notwendige Speicherkapazität entscheidend. In Abhängigkeit von der Speicherkapazität kann die nötige Beladeleistung (Kälteleistung), sowie Beladezeit in der Planung des Systems vorgegeben werden. Die nachfolgende Tabelle und Abbildung zeigt verschiedene Leistungen und Zeiten der Beladung eines 1000 Liter Latentenergiespeichers in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur (Beladetemperatur). Der Speicher ist mit ATS 00-PCM-Elementen gefüllt, welche einen Phasenübergang bei 0°C vorweisen. Tabelle 2: Kennwerte Speicher-Beladung (1000 Liter, ATS00)

Abbildung 6: Leistungen und Zeiten für Speicher-Beladung

11

Seite 13 von 17

Das gleiche Prinzip gilt für die Entladung des Speichers. Durch den Phasenwechsel von fest zu flüssig erfolgt ein etwas geringerer Wärmestrom aus den PCM-Elementen, als bei der Beladung des Speichers. Die Entladeleistungen, sowie Zeiten sind ebenfalls in nachfolgenden Darstellungen zu sehen.

Tabelle 3: Kennwerte für Speicher-Entladung (1000 L, ATS 00)

Abbildung 7 Leistungen und Zeiten für Speicher-Entladung

Das gleiche Prinzip gilt für die Entladung des Speichers. Durch

den Phasenwechsel von fest zu flüssig erfolgt ein etwas gerin-

gerer Wärmestrom aus den PCM-Elementen, als bei der Beladung

des Speichers. Die Entladeleistungen, sowie Zeiten sind ebenfalls

in nachfolgenden Darstellungen zu sehen.

Kennwerte für Speicher-Entladung (1.000 Liter, ATS00)

Leistungen und Zeiten für Speicher-Beladung (1.000 Liter, ATS00)

Temp. Ein θein in °C

Temp. Aus θaus in °C

Leistung

P in kW

Zeit

t in h

Massenstrom

m in kg / h

5 0 8,6 5,5 3.283,5

6 0 10,3 4,6 3.283,5

7 0 12,0 3,9 3.283,5

8 0 13,7 3,4 3.283,5

9 0 15,4 3,0 3.283,5

10 o 17,2 2,7 3.283,5

12

Anlagenschema

Beispielanlage: BAFA-Förderrechner 2018/ 2019

Frigoteam Handels GmbH

Ihr Systemanbieter für Kälteanlagenmit natürlichen Kältemitteln

Fritschestraße 6810585 BerlinTel.: 030 43727703

Bearbeitung: S. KäferDatum: 11.03.2019Zeichnungs-Nr.: 1.0Projekt: BAFA-Förderung

FlüssigkeitskühlerKälteleistung = 100 kW

(Normalkühlung)

M

+ +

- -

FU

Luftkühler 1Kälteleistung = 20 kW

M


M


M


M


PCM-Latentspeicher

Σ

Σ

WMZ

Stromzähler (Gesamtanlage)

Allgemeine Anlagenbeispiele mit PCM-Latentpeichern

Genereller Aufbau einer Kälteanlage mit PCM-Latentspeicher

Die folgende Grafik zeigt den

allgemeinen Aufbau einer Käl-

teanlage in indirekter Ausfüh-

rung. Man spricht hier auch

von einem Käteträger- oder

Kaltsolesystem, da die Kälte

vom Erzeuger zum Verbrau-

cher durch ein bestimmtes

Medium transportiert wird.

Der PCM-Latentspeicher erfüllt

außerdem die Funktion der

Hy draulischen Weiche. Der pri-

märe Volumenstrom, auf der

Seite des Flüssigkeitskühlers ist

konstant, der sekundäre Volu-

menstrom ist in Abhängigkeit

von der Kühllast der Verbrau-

cher variabel.

+

-

+

-

ATS + 11 °C

4000 L193 kWh

PCM-Kältespeicher(Notreserve)

M

Kältemaschine 1Kältemittel R290

17 °C/ 22°CPKälte = 35 kW

Hydraulische Weiche

1000 L

Mit Freier Kühlung (bei Außentemperaturen unter 12 °C)

+

-

+

-

Freier Kühlung (bei Außentemperaturen

unter 1 °C)

Kältemaschine 2Kältemittel R290

6 °C/ 11°CPKälte = 2,7 kW

Server-schrank

Kühler

Rechenzentrum, Kühllast 30 kW

solareStrahlung

Photovoltaik

FU

T

M

aus

P4

1

2

Regelung

Kontakte geschlossen

Optionale Stromversorgung über PV

17 °C

6 °C

17 °C 17 °C

22 °C

11 °C

22 °C

22 °C

Legende

Vorlauf Kaltsole Stromversorgung Membranausdehnungsgefäß 3-Wege-Ventil Rückschlagklappe

Rücklauf Kaltsole Fließrichtung Kaltsole Pumpe Temperaturfühler Frequenzumformer

Signalfluss (Regelung) Notstromaggregat Sicherheitsventil Absperrarmatur

FU

M

T

Backup-Kältereserve / Notfall-Kälteversorgung für ein Rechenzentrum

PCM-Latentspeicher als NotfallreserveIn diesem Fall übernimmt der

PCM-Latentspeicher die Not-

käl te versorgung bei dem Aus-

fall der Kälteversorgung /

Kalt wassersätze. Der PCM-La-

tent speicher ist direkt in das

Rohr leitungssystem eingebun-

den und ersetzt somit die

sonst notwendige, elektrisch

auf wendige Batteriepufferun-

gen oder sogar ein großes Not-

stromaggregat.

13

-1°C-6°C

2. Sollwert

Kälte- / Klimaanlage in Verbindung mit einer Photovoltaik-Anlage (Sonne scheint)

PV-Strom-Speicherung (Sonne scheint) Tagsüber wird bei hoher Über-

schussleistung der Photovol-

taikanlage die Kältemaschine

betrieben und somit Kälte-

energie und Wärmeenergie

in jeweils einem PCM-Latent-

speicher eingelagert.

Strom-Speicherung (keine Sonne)

Kälte- / Klimaanlage in Verbindung mit einer Photovoltaik-Anlage (keine Sonne)

Nachts wird durch Abschmel-

zen des PCM-Latentpeichers die

eingespeicherte „Kältemen ge“

wieder zur Kühlung ab gerufen,

ohne dass elektrische Energie

für den Betrieb der Kälteanla-

ge zugekauft wer den muss.

14

Allgemeine Anlagenbeispiele mit PCM-Latentpeichern

Anlagenschema

Kälteversorgung - Biopulver

Frigoteam Handels GmbHBearbeitung: S. Käfer

Ihr Systemanbieter für Kälteanlagenmit natürlichen Kältemitteln

Fritschestraße 6810585 BerlinTel.: 030 43727703

Datum: 19.09.2018

Projekt: Biopulver

Kältemaschine 1Q0 = 415 kWQe = 162 kWQK = 577 kWKältemittel: R290GWP = 3Leistungsstufen: 9

+-

+-

WRG

Kältemaschine 2Q0 = 415 kWQe = 162 kWQK = 577 kWKältemittel: R290GWP = 3Leistungsstufen: 9

Noteinspeisung

ϑ

+

-

+

-

PCM

+/- 0°C5000 Liter

PCM-Kältespeicher

Flüssigkeitskühler (Speicherbeladung)

Hydraulische Weiche

4000 Liter Verbraucher

negative Regelenergie

Reserve

+-

+-

WRG

+-

+-

WRG

Pumpe im Gehäuse des KWS integriert

Noteinspeisung

+ 8°C

+ 2°C

Master-Regelung

ϑ

+ 8°C

+ 2°C

+ 8°

C

+ 2°C

+ 8°

C

+ 2°C

+ 8°

C

+ 2°C

Photovoltaik

FU

FU

ϑ

ϑ

ϑ

ϑ

ϑ

ϑ

M

M

Signal FU Maschinenleistung

aus Masterregelung

PCM-Latentspeicher und negative Regelenergie

Speicherung von negativer Regelenergie

Wird mehr Strom erzeugt als verbraucht, gibt es eine Schieflast

im Stromnetz und die Netzfrequenz würde ansteigen. Dies kann

beispielsweise bei einem Überangebot an Strom aus erneuerba-

ren Energien der Fall sein. Um diesem Mechanismus entgegen

zu wirken, macht man von der so genannten negativen Rege-

lenergie gebrauch. Teilnehmer des Regelenergiemarktes erhö-

hen genau in diesen Zeiten ihren Stromverbrauch, damit sich

Erzeugung und Verbrauch ausgleichen und die Netzfrequenz

möglichst stabil bleibt. Der Strom, der als negative Regelenergie

vom Verbraucher bezogen werden muss, kann beispielsweise in

Form von Kälteenergie in einen PCM-Latentspeicher eingespei-

chert werden. Der Strom wird dabei bei sehr günstigen Kondi-

tionen eingespeichert und steht bei Bedarf jederzeit als Kälte

zur Verfügung. Die nachfolgende Abbildung zeigt eine derartige

Anlage. Es ist ein separater Flüssigkeitskühler vorgesehen, der

ausschließlich mit negativer Regelenergie betrieben wird, um

den PCM-Latentspeicher zu beladen. Je nach Kältebedarf kann

dann die gesamte Kälteleistung über den Speicher abgedeckt

werden (kein Flüssigkeitskühler in Betrieb, Kältebedarf wird aus

PCM gedeckt) oder als Vorkühlung eingebunden werden, sodass

die Flüssigkeitskühler mit reduzierter Leistung betrieben werden

können.

Volumen (gesamt)

in Liter

Volumen (zwischen Lochblechen)

in Liter

Höhe (ohne Isolierung)

in mm

Durchmesser (ohne Isolierung)

in mm

570 500 1.995 50

1.115 1.000 2.500 790

1.725 1.500 2.540 1.000

2.240 2.000 2.620 1.100

2.845 2.500 2.695 1.250

3.430 3.000 3.270 1.250

4.430 4.000 4.050 1.250

5.910 5.000 3.480 1.600

6.910 6.000 3.990 1.600

7.910 7.000 4.480 1.600

9.750 8.000 3.650 2.000

10.750 9.000 4.050 2.000

11.750 10.000 4.370 2.000

15

Maßzeichnung einer Hydraulischen Weiche

Technische Daten Standard-Speicher (Erweiterbar zu PCM-Latentspeichern)

Konstruktion einer hydraulischen Weiche (erweiterbar als PCM-Latentspeicher)

Je nach Anwendungsfall ist ein passender Speicher mit entsprechender Speicherkapazität zu di-

mensionieren. Eine Übersicht zu den verschiedenen Speichern mit deren technischen Eigenschaften

ist nachfolgend dargestellt, Sonderausführungen sind möglich.

Diese Abbildung zeigt den prin zipiellen Aufbau

einer hydraulischen Weiche, welche als PCM-

Speicher ebenfalls genutzt werden kann.

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Frigoteam Handels GmbH

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10585 Berlin

Telefon 0049 (0) 30 43727703

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