AT519686A1

AT519686A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung des Einfrierens von Lüftungsanlagen

Info

Publication number: AT519686A1
Application number: ATA80/2017A
Authority: AT
Inventors: Kalch Reinhard
Original assignee: Kalch Reinhard
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-09-15

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung des Einfrierens von Kreuz-Gegenstrom Luft/Luftwärmetauschern bei der Außenluft (14) über Wärmetauscher (2,3) als Zuluft (11) in den Raum geblasen wird und Abluft (13) vom Raum im Gegenstrom über den Wärmetauscher (3,2) als Fortluft (12) ins Freie geblasen wird, wo zwei in einem Gehäuse (1) getrennt aufgebaute Wärmetauscher (2 13) in getrennten Luftkanälen (15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25) und mit getrennt regelbaren Luftklappen (5,6,7,8) versehen sind die bei Vereisung abwechselnd, periodisch und komplett und oder teilweise geschlossen werden und ein für jeden Wärmetauscher (2,3) eigenes Vorheizregister (9,10) angebracht ist das ebenfalls bei Vereisung einzeln und oder gemeinsamperiodisch eingeschaltet wird, dadurch wird eine Vereisung bei sehr geringer oder keiner Heizleistung der Vorheizregister (9,10) verhindert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung des Einfrierens von Lüftungsanlagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung des Einfrierens von Lüftungsanlagen, bei der Abluft über Wärmetauscher als Zuluft in den Raum geblasen und Abluft vom Raum im Gegenstrom über den Wärmetauscher als Fortluft ins Freie geblasen wird.

Luft-Luft-Wärmetauscher sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.

Bekannt ist beispielsweise ein Wärmetauscher der ein Paket, das aus mehreren Platten unter Ausbildung von Strömungskanälen für die Luftströme zusammengesetzt ist, aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Luft-Luft-Wärmetauscher so betrieben wird, dass von der warmen Seite strömende Luft durch den Wärmetauscher durch ihr zugeordnete Kanäle nach außen ins Freie auf die kalte Seite strömt und kalte Luft durch ihr zugeordnete Kanäle von der kalten Seite zur warmen Seite des Wärmetauschers hinströmt. Beim Durchströmen des Wärmetauschers findet ein Wärmeübergang statt, sodass Wärme von dem warmen Luftstrom auf den kalten LuftStrom übertragen wird.

Problematisch bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art (Luft-Luf t-Wärmetauscher mit Gegenstrom, Kreuzstrom u. dgl.) ist es, dass Gefahr von Vereisungen besteht, weshalb bei diesen bekannten Wärmetauschern an der "kalten" Seite oft Heizungen und ähnliches vorgesehen sind, um Vereisungen zu vermeiden.

Bekannt ist ein KreislaufVerbundsystem zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft eines Gebäudes, mit mindestens einem Wärmetauscher (Abluft-Wärmetauscher) , der von der Abluft durchströmt ist und die Abluftwärme auf einen Flüssigkeitskreislauf überträgt, in dem mindestens zwei weitere Wärmetauscher (Außenluft-Wärmetauscher) angeordnet sind, die nacheinander von der in das Gebäude dringenden Außenluft durchströmt sind, um diese zu erwärmen, wobei der Flüssigkeitskreislauf eine gesteuerte oder geregelte Bypassleitung aufweist, die den von der Außenluft zuerst durchströmten Wärmetauscher überbrückt.

Diese Heizungen und ähnliche Einrichtungen, mit welchen Vereisungen vermieden oder beseitigt werden sollen, stellen einen zusätzlichen Aufwand dar, verbrauchen überdies sehr viel Energie und haben eine sehr hohe Anschlussleistung, was unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gefahr von Störungen durch Vereisungen nicht gegeben ist, ohne dass große Heiz- und Anschlussleistungen erforderlich sind.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren und einer Vorrichtung, das die Merkmale der Ansprüche 1 bis 10 aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Klappensteuerung und bei der zum Ausführen dieser Klappensteuerung vorgeschlagenen Vorrichtung werden zwei getrennte Wärmetauscher (oder Wärmetauscher Pakete) und zwei getrennte Vorheizregister in einem Gehäuse angeordnet, die wiederum mit getrennt ansteuerbaren Luftklappen versehen sind. Bei Außentemperaturen unter 0°C oder Frostgefahr wird auf periodischen Betrieb umgestellt. Es wird daher abwechselnd ein Wärmetauscher durch die angeordneten Luftklappen teilweise verschlossen. Dadurch wird der Volumenstrom über diesen Wärmetauscher reduziert und das vorgeschaltete Heizregister benötigt zum Abtauen der Vereisung nur mehr eine sehr geringe Heizleistung. Auf diese Art und Weise wird das gebildete Eis mit geringer Wärmezufuhr abgetaut, sodass der Wärmetauscher wieder ohne Beeinträchtigung arbeiten kann.

Mit anderen Worten wird bei der erfindungsgemäßen Klappensteuerung die benötigte Größe des Wärmetauschers überdimensioniert und dieser auf zwei einzelne getrennte Wärmetauscher (oder Wärmetauscher Pakete) in getrennten Kammern und Luftwegen aufgebaut. Diese getrennten Luftwege werden jeweils mit eigens ansteuerbaren Vorheizregister in der Außenluft und Luftklappen in der Fort- und Zuluft versehen. Bei Gefahr von Vereisung wird bei einem Wärmetauscher durch die Luftklappen der Volumenstrom langsam reduziert, die Ventilator- Leistung durch den steigenden Druck angepasst um den Volumenstrom gleichzuhalten und das an diesen Luftweg angebrachte Heizregister eingeschalten. Dadurch steigt die Temperatur und das sich gebildete Eis im Wärmetauscher wird abgetaut. Der Öffnungswinkel der Klappen kann an die Außentemperatur und den Volumenstrom auf die Heizleistung der Vorheizregister über die Steuerung angepasst werden um die Effizienz so groß wie möglich zu halten. In dieser Zeit übernimmt der andere Wärmetauscher die Hauptarbeit und es bildet sich in diesem eine Vereisung. Die Vereisung des einen und die Abtauung des anderen Wärmetauschers kann über verschiedene Sensoren wie z.B.: Temperatur-, Feuchte- und Drucksensoren erfasst werden und nach erfolgter Abtauung des einen Wärmetauschers wird der Vorgang umgedreht. Die periodische Umschaltung der Heizregister und Luftklappen der jeweiligen Luftwege kann in fixen Perioden oder sensorgesteuert erfolgen. Es ist auch möglich, bis zu gewissen minus Temperaturen die über die Temperaturfühler und dem gemessenen Volumenstrom erfasst und berechnet werden, beide Heizregister und Wärmetauscher mit geöffneten Klappen zu betreiben und eisfrei zu halten, bevor man auf das zuvor beschriebene Verfahren umstellt.

Eine weitere Möglichkeit dieser Vorrichtung, das Vereisen des Wärmetauschers zu verhindern besteht darin die Zuluftklappe komplett und die Fortluftklappe teilweise, eines Wärmetauschers zu schließen, dadurch gelangt nur mehr warme Abluft in den Wärmetauscher und er wird abgetaut. Dadurch verringert sich die Abluft des anderen Wärmetauschers, der zu vereisen beginnt, und es entsteht eine Dysbalance zwischen Ab- und Zuluft in den beiden Wärmetauschern die wiederum den Wärmebereitstellungsgrad und die Zulufttemperatur sinken lässt. Durch ein in die Zuluft integriertes Nachheizregister wird eine zu kalte Zuluft verhindert. Die Vereisung des einen und die Abtauung des anderen Wärmetauschers kann über verschiedene Sensoren wie z.B.: Temperatur-, Feuchte- und Drucksensoren erfasst werden um den optimalen Zeitpunkt für die Systemumkehr zu bestimmen und das Abtauen und Einfrieren der Wärmetauscher exakt bestimmen zu können.

Die vier getrennt ansteuerbaren Luftklappen können gleichzeitig als Absperrklappen bei ausgeschaltetem Gerät eingesetzt werden, um eine unerwünschte Luftzirkulation zu verhindern, indem alle Luftklappen geschlossen werden. Zusätzlich können sie auch als Bypass zum Umgehen der Wärmerückgewinnung im Sommerbetrieb eingesetzt werden, indem die Zuluftklappe des einen und die Fortluftklappe des anderen Wärmetauschers und Luftweges geschlossen wird und daher keine Wärmerückgewinnung mehr stattfinden kann.

Die Vorteile dieser Klappensteuerung und der Vorrichtung sind eine starke Verringerung der Heiz- und Anschlussleistung des Vorheizregisters. Es ist auch möglich auf ein Vorheizregister zu verzichten. Durch das teilweise periodische Verschließen des jeweiligen Wärmetauschers durch die Luftklappen, kann das abfließende Wasser der gelösten Vereisung von der Fortluftseite zur Wanne in der Abluft gegen den stark reduzierten Luftstrom beim Abtauprozess ungestört abfließen. Die eingebauten Luftklappen können gleichzeitig als Bypass- und Absperrklappen benutzt werden. Durch die Überdimensionierung der Wärmetauscher ergibt sich bei Temperaturen über 0°C und daher geöffneten Luftklappen ein wesentlich besserer Wärmebereitstellungsgrad, geringerer Druckverlust und daher niedrigerer Stromverbrauch.

Die Erfindung stellt somit eine Klappensteuerung zur Verfügung, mit der das Einfrieren (Bilden von Vereisungen) bei Kreuz-Gegenstrom-Luft/Luft-Wärmetauschern verhindert wird, indem abwechselnd bei einem der beiden Wärmetauscher bei Temperaturen unter 0°C der Volumenstrom durch die Luftklappen stark oder komplett reduziert wird und dieser über das vorgeschaltete Heizregister oder durch die Außenlufttrennung abtaut.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anlage in einer ersten Betriebsstellung (Betrieb ohne Frostgefahr)

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anlage in einer zweiten

Betriebsstellung (Abtaufunktion eines Wärmetauschers)

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anlage in einer dritten

Betriebsstellung (Abtaufunktion des zweiten Wärmetauschers)

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Anlage in einer vierten Betriebsstellung (Anlage außer Betrieb)

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Anlage in einer fünften Betriebsstellung (Bypass Funktion)

Die in der Zeichnung schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung mit der die Klappensteuerung umgesetzt werden kann, umfasst ein Gehäuse 1 indem die Komponenten eingebaut sind. Fig.l zeigt die beiden Wärmetauscher 2 und 3 mit den geöffneten Luftklappen 5,6,7,8 und den abgeschalteten Heizregistern 9,10 und 31. Die Abluft 13 wird über den Kanal 24, 23 und 20 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3 und nach erfolgten Wärmeaustausch über die Abluftkanäle 26 und 28 der Wärmetauscher durch die Fortluftklappen 6 und 8, den Kanal 19 und 18 und über den Ventilator 32 ins Freie geblasen. Die Außenluft 14 gelangt über die Kanäle 21, 22 und 25 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3 und wird nach erfolgtem Wärmeaustausch über die Zuluftkanäle 27 und 29 der Wärmetauscher 2 und 3, durch die Zuluftklappen 5 und 7 und den Kanälen 16,17 und 15 und über den Ventilator 30 in die Räume geblasen. Dieser Betriebszustand wird verwendet, wenn keine Frostgefahr auftreten kann.

In Fig.2 wurden die beiden Luftklappen 5 und 6 des Wärmetauschers 3 teilweise verschlossen und das Heizregister 9 eingeschaltet, dadurch wird der Wärmetauscher 3 abgetaut. Dabei gelangt die abgesaugte Abluft 13 von den Räumen über die Kanäle 24, 23 und 20 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3. Über die Luftkanäle 26 des Wärmetauschers 2 und den Luftkanal 28 des Wärmetauschers 3 wird die Abluft durch die Klappen 6 und 8 und den Kanälen 18 und 19 vom Ventilator 32 angesaugt und ins Freie als Fortluft 12 geblasen, wobei die Klappe 6 teilweise verschlossen wird. Die Außenluft 14 gelangt über die Kanäle 21,22 und 25 durch die Vorheizregister 9 und 10 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3 und dessen Luftkanäle 27 und 29 und wird wiederum durch die Klappen 5 und 7 und die Kanäle 16,17 und 15 über den Ventilator 30 in die Räume geblasen, wobei das Vorherzregister 9 eingeschalten wird und der Luftkanal 29 im Wärmetauscher 3 durch die Klappe 5 teilweise verschlossen wird und sich dadurch der Volumenstrom durch diesen verringert. Somit wird der Wärmetauscher 3 durch den reduzierten Volumenstrom in dessen Luftkanälen 28 und 29 durch das eingeschaltete Vorheizregister 9 abgetaut. Optional kann auch ohne Vorheizregister nur durch Verschließen der Klappe 5 (es gelangt keine kalte Außenluft in den Wärmetauscher) und das teilweise Verschließen der Klappe 6 der Wärmetauscher 3 durch die warme Abluft abgetaut werden. Dadurch verringert sich die Abluft im Luftkanal 26 des anderen Wärmetauschers 2, der zu vereisen beginnt, und es entsteht eine Dysbalance zwischen Ab- und Zuluft in den beiden Wärmetauschern, die wiederum den Wärmebereitstellungsgrad und die Zulufttemperatur sinken lässt. Durch ein in die Zuluft integriertes Nachheizregister 31 wird eine zu kalte Zuluft verhindert.

In Fig.3 wurde der Vorgang umgekehrt, daher werden die beiden Klappen 5 und 6 des abgetauten Wärmetauschers 3 geöffnet, das Vorheizregister 9 abgeschaltet und gleichzeitig die beiden Luftklappen 7 und 8 des anderen, zum Teil vereisten Wärmetauschers 2, teilweise verschlossen und das Heizregister 10 eingeschaltet, dadurch wird der Wärmetauscher 2 abgetaut und der Großteil der Luft über den Wärmetauscher 3 geführt. Dabei gelangt die abgesaugte Abluft 13 von den Räumen über die Kanäle 24, 23 und 20 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3. Über die Luftkanäle 26 des Wärmet aus chers 2 und den Luftkanal 28 des Wärmetauschers 3 wird die Abluft durch die Klappen 6 und 8 und den Kanälen 18 und 19 vom Ventilator 32 angesaugt und ins Freie als Fortluft 12 geblasen, wobei die Klappe 8 teilweise verschlossen wird. Die Außenluft 14 gelangt über die Kanäle 21,22 und 25 durch die Vorheizregister 9 und 10 zu den beiden Wärmetauschern 2 und 3 und dessen Luftkanäle 27 und 29 und wird wiederum durch die Klappen 5 und 7 und die Kanäle 16,17 und 15 über den Ventilator 30 in die Räume als Zuluft 11 geblasen, wobei das Vorheizregister 10 eingeschalten wird und der Luftkanal 27 im Wärmetauscher 2 durch die Klappe 7 teilweise verschlossen wird und sich dadurch der Volumenstrom durch diesen verringert. Somit wird der Wärmetauscher 2 durch den reduzierten Volumenstrom in dessen Luftkanälen 26 und 27 durch das eingeschaltete Vorheizregister 10 abgetaut. Optional kann auch ohne Vorheizregister nur durch verschließen der Klappe 7 (es gelangt keine kalte Außenluft in den Wärmetauscher) und das teilweise verschließen der Klappe 8 der Wärmetauscher 2 durch die warme Abluft abgetaut werden. Dadurch verringert sich die Abluft im Luftkanal 28 des anderen Wärmetauschers 3, der zu vereisen beginnt, und es entsteht eine Dysbalance zwischen Ab- und Zuluft in den beiden Wärmetauschern, die wiederum den Wärmebereitstellungsgrad und die Zulufttemperatur sinken lässt. Durch ein in die Zuluft integriertes Nachheizregister 31 wird eine zu kalte Zuluft verhindert. Die Vereisung des einen und die Abtauung des anderen Wärmetauschers kann über verschiedene Sensoren wie z.B.: Temperatur-, Feuchte- und Drucksensoren erfasst werden um dadurch den optimalen Zeitpunkt für die Verfahrensumkehr von Fig.2 auf Fig.3 oder umgekehrt zu bestimmen. So werden die in Fig.2 und Fig.3 beschriebenen Verfahren bei Gefahr von Vereisung abwechselnd ausgeführt. Der Öffnungswinkel der Klappen 5,6 oder 7,8 und daher der Volumenstrom durch diese wird an die Außentemperatur und den Volumenstrom auf die Heizleistung der Vorheizregister 9 und 10 über die Steuerung angepasst um die Effizienz so groß wie möglich zu halten.

Fig.4 zeigt das außer Betrieb gesetzte Gerät, wobei die Heizregister 9,10,31 und danach die Ventilatoren 30,32 abgeschaltet wurden. Durch anschließendes Schließen aller Klappen 5,6,7 und 8 wird eine unerwünschte Luftzirkulation im Gerät verhindert.

Fig.5 zeigt die Klappensteuerung im Bypassbetrieb (Sommerbetrieb) mit geschlossenen Klappen 6,7 und geöffneten Klappen 5,8. Dabei gelangt die abgesaugte Abluft 13 von den Räumen über die Kanäle 24 und 20 zum Wärmetauscher 2. Über den Luftkanal 26 des Wärmetauschers 2 wird die Abluft durch die Klappe 8 und den Kanälen 19 und 18 vom Ventilator 32 angesaugt und ins Freie als Fortluft 12 geblasen, wobei der Luftstrom über den Luftkanal 28 im Wärmetauscher 3 durch die Klappe 6 verschlossen wird. Die Außenluft 14 gelangt über die Kanäle 21 und 25 zum Wärmetauscher 3 und dessen Luftkanal 29 und wiederum durch die geöffnete Klappe 5 und die Kanäle 16 und 15 über den Ventilator 30 in die Räume, wobei der Luftkanal 27 im Wärmetauscher 2 durch die Klappe 7 verschlossen wird. Somit wird der Wärmetauscher 2 nur von der Abluft/ Fortluft 13,12 durchströmt und der Wärmetauscher 3 nur von der Außenluft/ Zuluft 14,11. Daher kann durch die einseitige Durchströmung keine Wärmeübertragung stattfinden und die kalte Außenluft wird direkt in den kühlen Sommernächten in das Gebäude geblasen. Optional könnten die Klappen 6 und 7 auch teilweise geöffnet werden, damit ist es möglich die Wärmerückgewinnung in den Wärmetauschern 2 und 3 zu steuern und die Zulufttemperatur 11 auf einen gewünschten Wert hinzuregeln.

Liste der verwendeten Bezugszeichen 1- Gehäuse/Behälter 2- Wärmetauscher 3- Wärmetauscher 5- Luftklappe 6- Luftklappe 7- Luftklappe 8- Luftklappe 9- Vorheizregister 10- Vorheizregister 11- Zuluft 12- Fortluft 13- Abluft 14- Außenluft 15- Kanal 16- Kanal 17- Kanal 18- Kanal 19- Kanal 20- Kanal 21- Kanal 22- Kanal 23- Kanal 24- Kanal 25- Kanal 26- Luftkanal 27- Luftkanal 28- Luftkanal 29- Luftkanal 30- Ventilator 31- Nachheizregister 32- Ventilator

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vermeidung des Einfrierens von Lüftungsanlagen, bei der Außenluft (14) über Wärmetauscher (2,3) als Zuluft (11) in den Raum geblasen wird und Abluft (13) vom Raum im Gegenstrom über den Wärmetauscher (3,2) als Fortluft (12) ins Freie geblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in einem Gehäuse (1) getrennt aufgebaute Wärmetauscher (2,3) in getrennten Luftkanälen (15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25) und mit getrennt regelbaren Luftklappen (5,6,7,8) versehen sind, wobei bei Frostgefahr die Luftklappen (5,6) oder (7,8) abwechselnd periodisch teilweise geschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Frostgefahr die Luftklappen (5) oder (7) abwechselnd komplett und gleichzeitig die Luftklappen (6) oder (8) teilweise periodisch geschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel der Luftklappen (5,6) oder (7,8) und daher der Volumenstrom durch diese an die Außentemperatur und den Volumenstrom über die Steuerung an die Heizleistung der Vorheizregister 9 oder 10 angepasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Frostgefahr die Vorheizregister (9,10) abwechselnd periodisch eingeschaltet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Frostgefahr die Vorheizregister (9,10) gemeinsam periodisch eingeschaltet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sensoren (Temperatur-, Feuchte- und Drucksensoren) die periodische Umschaltung gesteuert wird.
7. Klappensteuerung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom bei Veränderung der Klappenstellung durch die Steuerung gleichgehalten wird.
8. Klappensteuerung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schließen aller Luftklappen (5,6,7,8) nach dem Abschalten des Gerätes die Luftwege geschlossen werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens zwei Wärmetauscher (2,3) in einem Gehäuse/Behälter (1) parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeder Wärmetauscher (2,3) - zwei getrennte Luftkanäle (26,27) und (28,29) aufweist, die mit jeweils einer Luftklappe (5,6) und (7,8) versehen sind, wobei die Luftklappen (5,7) und (6,8) jeweils mit einem Ventilator (30) und (32) verbunden sind und - zwei getrennte Kanäle (20,22) und (23,24) aufweist, wobei die Kanäle (20,23) mit einer Abluftleitung (13) und die Kanäle (22,25) mit einer Außenluftleitung (14) verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass vor den Kanälen (22,25) sowie nach dem Ventilator (30) jeweils ein Heizregister (9,10,31) angeordnet ist.