[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Luft, die in der Fachsprache als Zuluft bezeichnet wird, auf eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte Feuchtigkeit, wobei mit der aus dem Raum abzuführenden Abluft Feuchtigkeit und Wärme ausgetauscht werden.
[0002] Aus der US 6 178 966 ist eine Entfeuchtevorrichtung bekannt, bei der einem Raum zuzuführende, frische Aussenluft und aus dem Raum abzuführende Abluft durch zwei Hohlräume geführt werden, die durch eine wasserdampfpermeable Membrane getrennt sind, um sowohl Feuchtigkeit als auch Wärme zwischen den beiden Luftströmen zu übertragen. Aus der EP 1 521 040 und der EP 1 748 260 sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Aussenluft und die Abluft durch zwei getrennte Feuchtetauscher geführt werden, wobei ein dritter intermediärer Luftstrom Feuchtigkeit vom einen Feuchtetauscher zum anderen Feuchtetauscher transportiert. Der dritte Luftstrom ermöglicht die Regelung des Feuchtigkeitsaustausches.
Diese Vorrichtungen dienen dazu, im Winter in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit und Wärme an die aufzubereitende Aussenluft zu übertragen und im Sommer in der Abluft enthaltene Kälte an die aufzubereitende Aussenluft und in der aufzubereitenden Aussenluft enthaltene Feuchtigkeit an die Abluft zu übertragen, um die Aussenluft mit möglichst wenig Energie auf eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte Feuchtigkeit zu bringen, die von Menschen, die sich im Raum aufhalten, als angenehm empfunden wird.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aufbereitung der Zuluft zu verbessern.
[0004] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0005] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Aufbereitung der Zuluft auf eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte Feuchtigkeit, wobei die Zuluft aufbereitete Aussenluft und fakultativ einen Anteil an aufbereiteter Abluft aufweist und wobei zwischen der Aussenluft und der Abluft Feuchtigkeit und Wärme ausgetauscht werden.
Das Verfahren umfasst die Schritte:
Aussenluft als ersten Luftstrom durch eine erste Leitung und die Abluft als zweiten Luftstrom durch eine zweite Leitung strömen lassen, wobei zwischen dem ersten Luftstrom und dem zweiten Luftstrom mittels eines Feuchtetauschers oder mittels zwei durch einen geschlossenen Luft-Kreislauf gekoppelten Feuchtetauschern Feuchtigkeit ausgetauscht wird, und
mittels einer Entfeuchte- und Kühlvorrichtung Feuchtigkeit als Wasser aus dem ersten Luftstrom und/oder aus dem zweiten Luftstrom und/oder gegebenenfalls aus einem im geschlossenen Luft-Kreislauf zirkulierenden Luftstrom auszukondensieren.
[0006] Das Verfahren umfasst fakultativ den weiteren Schritt, einen Anteil der Abluft als dritten Luftstrom durch eine dritte Leitung strömen lassen und dem Raum wieder zuzuführen, wobei mittels einer Entfeuchte- und Kühlvorrichtung Feuchtigkeit als Wasser aus dem dritten Luftstrom auskondensiert wird. Der dritte Luftstrom wird in der Fachsprache als Umluft bezeichnet.
[0007] Die Entfeuchtung und Abkühlung des durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung strömenden Luftstroms erfolgt bevorzugt mittels Peltierelementen.
[0008] Die Entfeuchtung und Abkühlung des durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung strömenden Luftstroms kann alternativ erfolgen, indem dieser Luftstrom mittels eines Kompressors verdichtet wird, wobei sich der Luftstrom auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur erwärmt, so dass der Luftstrom Wärme an die Umgebung abgeben kann, und indem der verdichtete Luftstrom mittels einer Turbine entspannt wird, wobei sich der verdichtete Luftstrom auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abkühlt, damit Feuchtigkeit als Wasser ausgeschieden wird.
[0009] Die Entfeuchtung und Abkühlung des durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung strömenden Luftstroms kann gemäss einer weiteren Alternative erfolgen, indem der zweite Luftstrom mittels eines Kompressors verdichtet und mittels eines Wirbelrohrs in einen warmen und einen kalten Luftstrom aufgetrennt wird, wobei die Temperatur des kalten Luftstroms unterhalb des Taupunkts liegt, damit Feuchtigkeit als Wasser ausgeschieden wird.
[0010] Die Erfindung betrifft andererseits eine für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung. Eine solche Vorrichtung umfasst
eine erste Leitung mit einem Einlass, an dem Aussenluft ansaugbar ist, und einem Auslass, an dem Zuluft an den Raum abgebbar ist,
eine zweite Leitung mit einem Einlass, an dem Abluft ansaugbar ist, und einem Auslass, an dem Fortluft an die Umgebung abgebbar ist,
einen einzigen Feuchtetauscher, oder einen ersten und einen zweiten Feuchtetauscher, wobei der erste Feuchtetauscher einen in der ersten Leitung angeordneten ersten Hohlraum aufweist, der durch eine wasserdampfpermeable Membrane von einem zweiten Hohlraum getrennt ist, wobei der zweite Feuchtetauscher einen in der zweiten Leitung angeordneten dritten Hohlraum aufweist, der durch eine wasserdampfpermeable Membrane von einem vierten Hohlraum getrennt ist,
und wobei der zweite und der vierte Hohlraum in einem geschlossenen Luft-Kreislauf angeordnet sind, in dem ein Luftstrom zirkuliert, und
mindestens eine Entfeuchte- und Kühlvorrichtung, die entweder in der ersten Leitung und/oder in der zweiten Leitung und/oder gegebenenfalls im genannten Kreislauf zwischen dem zweiten Hohlraum und dem vierten Hohlraum angeordnet ist, und
eine weitere Leitung, durch die Aussenluft zur Entfeuchte- und Kühlvorrichtung und dann wieder (wie Fortluft) zur Umgebung führbar ist, um in der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung anfallende Wärme abzuführen.
[0011] Unter einer wasserdampfpermeablen Membrane ist jede Struktur zu verstehen, die durchlässig ist für Wassermoleküle, nicht aber für Luft.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet.
<tb>Fig. 1-5<sep>zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
<tb>Fig. 6<sep>zeigt ein schematisches Funktionsdiagramm einer Entfeuchte- und Kühlvorrichtung, und
<tb>Fig. 7- 10<sep>zeigen verschiedene Beispiele für die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung.
[0013] Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Vorrichtung 1 für die Aufbereitung von Aussenluft auf eine gewünschte Temperatur und eine gewünschte Feuchtigkeit, bei der die Aussenluft mit aus einem Raum abgeführter Abluft Feuchtigkeit und Wärme austauscht und als Zuluft dem Raum zugeführt wird. Die Vorrichtung hat einen ersten Einlass 2, an dem die Aussenluft angesogen, als erster Luftstrom zu einem ersten Auslass 3 geführt und dort als Zuluft in den Raum abgegeben wird, und einen zweiten Einlass 4, an dem die Abluft angesogen, als zweiter Luftstrom zu einem zweiten Auslass 5 geführt und dort als Fortluft abgegeben wird.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein erstes Gebläse 6, ein zweites Gebläse 7, fakultativ einen ersten Filter 8, fakultativ einen zweiten Filter 9, einen Wärmetauscher 10, einen ersten Feuchtetauscher 11 mit zwei als Hohlraum 12 und Hohlraum 13 bezeichneten Hohlräumen, die durch eine wasserdampfpermeable Membrane 14 voneinander getrennt sind, einen zweiten Feuchtetauscher 15 mit zwei als Hohlraum 16 und Hohlraum 17 bezeichneten Hohlräumen, die durch eine wasserdampfpermeable Membrane 18 voneinander getrennt sind, und eine Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19. Die beim ersten Einlass 2 eintretende Aussenluft wird in einer ersten Leitung 20 als erster Luftstrom durch den ersten Filter 8, den Wärmetauscher 10 und den Hohlraum 12 des ersten Feuchtetauschers 11 zum ersten Auslass 3 geführt.
Die beim zweiten Einlass 4 eintretende Abluft wird in einer zweiten Leitung 21 als zweiter Luftstrom durch den zweiten Filter 9, den Hohlraum 16 des zweiten Feuchtetauschers 15 und den Wärmetauscher 10 zum zweiten Auslass 5 geführt. Die Vorrichtung umfasst weiter einen geschlossenen Luft-Kreislauf 22, in dem ein dritter, von einem dritten Gebläse 23 angetriebener Luftstrom durch den Hohlraum 13 des ersten Feuchtetauschers 11 und den Hohlraum 17 des zweiten Feuchtetauschers 15 zirkuliert. Der dritte Luftstrom strömt bevorzugt im Gegenstrom zum ersten und zum zweiten Luftstrom, wie es in den Figuren durch die Pfeile der Gebläse 6, 7 und 23 dargestellt ist. Die wasserdampfpermeable Membrane 14 bzw. 18 der beiden Feuchtetauscher 11 und 15 ist durchlässig für Wasserdampf, nicht aber für Luft.
Der Austausch von Feuchtigkeit in den Feuchtetauschern 11 und 15 erfolgt auf passive Weise, d.h. ohne Zufuhr von Energie. Die beiden Filter 8 und 9 umfassen einen Grobpartikelfilter 24 und einen Elektrofilter 25. Der Grobpartikelfilter 24 verhindert, dass Insekten oder irgendwelche grösseren Schmutzteilchen in den Elektrofilter 25 gelangen. Der Elektrofilter 25 verhindert, dass Staub und anderer Schmutz in den Wärmetauscher 10 und/oder auf die Membrane des Feuchtetauschers gelangt. Der Wärmetauscher 10 ist bevorzugt ein Plattenwärmetauscher. Der Elektrofilter 25 kann auch im Wärmetauscher 10 integriert sein, wie dies beispielsweise in der WO 2004085946 beschrieben ist. In der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 fällt Abwärme an.
Zum Abführen dieser Abwärme an die Umgebung ist eine dritte Leitung 26 vorgesehen, durch die der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 Aussenluft zugeführt wird, die die Abwärme aufnimmt und dann an die Umgebung abgibt. Die dritte Leitung 26 mündet beispielsweise wie dargestellt vor dem zweiten Auslass 5 in die zweite Leitung 21. Bei diesem Beispiel ist in der Leitung 26 ein viertes Gebläse 27 vorgesehen, um die kühlende Aussenluft an der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 vorbei strömen zu lassen. Das vierte Gebläse 27 kann unter Umständen entfallen, wenn das erste Gebläse 6, wie beim Beispiel gemäss der Fig. 2, direkt nach dem ersten Einlass 2 angeordnet ist.
[0014] Bei dem in der Fig. 1dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 zwischen dem Hohlraum 17 des zweiten Feuchtetauschers 15 und dem Hohlraum 13 des ersten Feuchtetauschers 11 im Luft-Kreislauf 22 angeordnet.
[0015] Bei dem in der Fig. 2dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 nach dem zweiten Filter 9, jedoch vor dem zweiten Hohlraum 16 in der zweiten Leitung 21 angeordnet oder es ist eine Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19' vor dem ersten Auslass 3 in der ersten Leitung 20 angeordnet oder es sind beide Entfeuchte- und Kühlvorrichtungen 19 und 19' an den genannten Orten angeordnet.
[0016] Bei den in den Fig. 1und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Wärmetauscher 10 vorhanden, um Wärme zwischen der Abluft und der Aussenluft zu tauschen, und es sind die beiden Feuchtetauscher 11 und 15 vorhanden, um Feuchtigkeit mit dem dritten Luftstrom zu tauschen. In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die beiden Feuchtetauscher 11 und 15 nicht nur Feuchtigkeit, sondern auch genügend Wärme tauschen, so dass kein separater Wärmetauscher erforderlich ist.
[0017] Die Vorrichtungen gemäss den Fig. 1bis 4arbeiten mit zwei Feuchtetauschern, die durch den geschlossenen Luft-Kreislauf 22 gekoppelt sind, so dass der Austausch von Feuchtigkeit regelbar ist. Die Fig. 5zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Austausch von Feuchtigkeit zwischen dem ersten Luftstrom und dem zweiten Luftstrom mittels eines einzigen Feuchtetauschers 28 erfolgt, der einen in der ersten Leitung angeordneten Hohlraum 29 und einen in der zweiten Leitung angeordneten Hohlraum 30 aufweist, die durch eine wasserdampfpermeable Membrane 31 getrennt sind. Die Verwendung eines einzigen Feuchtetauschers ist aber bei allen Ausführungsbeispielen möglich.
[0018] Es ist fakultativ bei allen Ausführungsbeispielen möglich, wie dies am Ausführungsbeispiel der Fig. 5illustriert ist, einen Anteil der Abluft als dritten Luftstrom durch eine vierte Leitung 32 strömen zu lassen, zu behandeln und dem Raum wieder zuzuführen. Der dritte Luftstrom wird in der Fachsprache als Umluftstrom bezeichnet. Die Behandlung des dritten Luftstroms erfolgt mittels einer weiteren Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 33, die Feuchtigkeit als Wasser aus dem dritten Luftstrom auskondensiert. Die vierte Leitung 32 hat einen Einlass, einen Filter 34, ein Gebläse 35, die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 33 und einen Auslass. Der Einlass mündet entweder direkt in den Raum oder wie dargestellt in die erste Leitung 20. Der Auslass mündet entweder direkt in den Raum oder wie dargestellt in die zweite Leitung 21.
Der Filter 34 umfasst mit Vorteil einen Grobpartikelfilter und einen Elektrofilter.
[0019] Ein solcher Umluftstrom kann auch bei den Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1bis 4 vorgesehen sein.
[0020] Für die Förderung der diversen Luftströme sind mehrere Gebläse erforderlich. Die Anzahl der Gebläse und deren Anordnung innerhalb der Vorrichtung 1 können entsprechend der konkreten Ausführung variieren. Die vorgestellten Vorrichtungen 1 sind geeignet für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Sie sind als Ausführungsbeispiele zu verstehen, die im Rahmen des Fachwissens einer Fachperson modifiziert werden können.
[0021] Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Feuchtetauscher sind Feuchtetauscher, die zwei durch eine wasserdampfpermeable Membrane getrennte Hohlräume aufweisen, bei denen also der Austausch von Feuchtigkeit durch die Membrane hindurch erfolgt. Es können alternativ auch Feuchtetauscher benutzt werden, die auf anderen physikalischen Prinzipien beruhen, z.B. Feuchtetauscher mit Adsorptions- und Desorptionsprozessen oder solche mit Absorptions- und Entgasungsprozessen.
[0022] Die beschriebenen Vorrichtungen 1 sind umschaltbar zwischen zwei Betriebsarten, die als Winterbetrieb und Sommerbetrieb bezeichnet werden. Diese beiden Betriebsarten werden nun näher erläutert:
Winterbetrieb
[0023] Die Vorrichtung 1 überträgt in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit und Wärme an die Aussenluft. Das erste Gebläse 6 fördert Aussenluft in den Raum hinein und das zweite Gebläse 7 fördert Abluft aus dem Raum hinaus. Das erste Gebläse 6 kann irgendwo in der ersten Leitung 20, das zweite Gebläse 7 kann irgendwo in der zweiten Leitung 21 angeordnet sein. Das dritte Gebläse 23 lässt den Luftstrom im geschlossenen Luft-Kreislauf 22 zirkulieren. Die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 ist ausgeschaltet, d.h. die Luft strömt durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 hindurch, ohne Feuchtigkeit oder Wärme abzugeben.
Sommerbetrieb
[0024] Die Vorrichtung 1 überträgt einen Teil der in der Aussenluft enthaltenen Feuchtigkeit an die Abluft und überträgt einen Teil der Wanne der Aussenluft an die Abluft, d.h. die kühlere Abluft wird zum Kühlen der wärmeren Aussenluft verwendet. Die Übertragung der Feuchtigkeit von der Aussenluft an die Abluft erfolgt mittels der beiden Feuchtetauscher 11 und 15, die über den geschlossenen Luft-Kreislauf 22 miteinander verbunden sind.
Weil die Abluft nicht so viel Feuchtigkeit wie erforderlich aufnehmen kann, wird beim Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 1 der im Luft-Kreislauf 22 zirkulierende Luftstrom zusätzlich entfeuchtet, d.h. die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 entzieht dem im Luft-Kreislauf 22 zirkulierenden Luftstrom denjenigen Anteil der Feuchtigkeit, den die Abluft nicht aufzunehmen vermag und der entzogen werden muss, damit die Zuluft die gewünschte Feuchtigkeit aufweist. Beim Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 2 wird die Abluft zusätzlich entfeuchtet, d.h. die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 entzieht der Abluft so viel Feuchtigkeit, dass die im Feuchtetauscher 11 der Aussenluft entzogene Feuchtigkeit mittels des Feuchtetauschers 15 vollständig an die Abluft übertragen werden kann.
[0025] Das erste Gebläse 6 fördert Aussenluft in den Raum hinein und das zweite Gebläse 7 fördert Abluft aus dem Raum hinaus. Die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 ist in Betrieb, so dass die Luft am Ausgang der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 trockener und kühler als die Luft am Eingang der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 ist. Im geschlossenen Luft-Kreislauf 22 zirkuliert Luft, die je nach Ausführung der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 entweder vom dritten Gebläse 23 oder von der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 in Strömung versetzt wird.
[0026] Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Funktionsdiagramm der Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19, die von einem zu behandelnden Luftstrom 38 durchströmt wird. Die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 hat einen Kühlblock 36 und einen nachfolgenden Wärmeblock 37. Im Kühlblock 36 wird der Luftstrom 38 auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts gekühlt, so dass zumindest ein Teil der in der Luft enthaltenen Feuchtigkeit als Wasser auskondensiert. Ein Anteil der dabei anfallenden Wärme wird wie oben beschrieben mittels des durch die Leitung 26 geforderten Luftstroms beim zweiten Auslass 5 (Fig. 1) der Fortluft zugeführt. Der restliche Anteil der anfallenden Wärme wird direkt oder über eine Leitung 32 dem Wärmeblock 37 und dann der Fortluft zugeführt, um die aus dem Kühlblock 36 austretende kalte Luft wieder aufzuwärmen.
[0027] Die Fig. 7 bis 10 illustrieren verschiedene Beispiele für die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19.
Beispiel 1
[0028] Bei dem in der Fig. 7dargestellten Beispiel erfolgt die Abkühlung des durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 strömenden Luftstroms 38 im Kühlblock 36 mittels mindestens eines Peltierelements 39. Im Beispiel sind zwei Peltierelemente 39 gezeigt, die eine kalte Wand 40 und eine warme Wand 41 haben. Die Temperatur der kalten Wand 40 wird durch Zufuhr von elektrischer Energie gekühlt, wobei zumindest das in Strömungsrichtung des Luftstroms 38 gesehen letzte Peltierelement auf einen Wert gekühlt wird, der unterhalb des Taupunkts der einströmenden Luft liegt. Der an dieser kalten Wand 40 entlang strömende Luftstrom 38 kühlt sich ab, wobei im Luftstrom 38 enthaltene Feuchtigkeit an der kalten Wand 40 als Wasser auskondensiert, sobald die Temperatur des Luftstroms 38 den Taupunkt unterschreitet.
Das Wasser wird über eine Leitung 42 einem Sammelbecken 43 zugeführt oder direkt an die Umgebung abgeführt. Die beim Abkühlen des Luftstroms 38 und beim Auskondensieren von Feuchtigkeit anfallende Wärme, sowie die den Pelfierelementen 39 zugeführte elektrische Energie, die ebenfalls in Wärme umgewandelt wird, gelangt an die Wannewand 41. Ein Anteil dieser Wärme wird beispielsweise über eine Leitung 44 dem Wärmeblock 37 zugeführt und im Wärmeblock 37 mittels eines Wärmetauschers 45 an den Luftstrom 38 übertragen, um den Luftstrom 38 im Wärmeblock 37 auf eine gewünschte Temperatur aufzuwärmen. Der Rest der Wärme wird an die durch die Leitung 26 strömende Luft abgegeben. Dies ist deshalb möglich, weil die Temperatur der warmen Wand 41 höher ist als die Temperatur der Aussenluft.
[0029] Eine besonders vorteilhafte Ausführung ist in der Fig. 8 dargestellt. Die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 weist mehrere Peltierelemente 39 auf, an denen die vorbeiströmende Luft abgekühlt und entfeuchtet wird. Der Luftstrom 38 wird entlang der kalten Seite der Peltierelemente 39 und dann noch entlang der warmen Seite von wenigstens einem der Peltierelemente 39 geführt. D.h. hier ist der Wärmeblock 37 gebildet durch die warme Seite dieses wenigstens einen Peltierelements.
[0030] In Winterbetrieb ist die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 in der Regel nicht in Betrieb, da die Aussenluft relativ trocken ist und nicht entfeuchtet werden muss. Die bei diesem Beispiel vorhandenen Peltierelemente 39 können aber verwendet werden, um den durch die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 strömenden Luftstrom aufzuheizen. Der durch die Peltierelemente 39 fliessende Strom fliesst damit in umgekehrter Richtung, so dass nun die Wand 40 erwärmt und die Wand 41 gekühlt wird.
Beispiel 2
[0031] Bei diesem in der Fig. 9dargestellten Beispiel umfasst der Kühlblock 36 einen Kompressor 46, eine Wärmeabgabekammer 47, eine Turbine 48 und eine Kondensationskammer 49, wobei die Antriebswellen des Kompressors 46 und der Turbine 48 miteinander gekoppelt sind. Der Kompressor 46 verdichtet die Luft auf mechanische Weise, wobei sich die Luft erwärmt. Wenn die relativ heisse Luft durch die Wärmeabgabekammer 47 strömt, erwärmt sie die Wärmeabgabekammer 47 auf eine Temperatur, die deutlich über der lokalen Umgebungstemperatur liegt, so dass die Wärmeabgabekammer 47 Wärme an die Umgebung abgeben kann. Die anfallende Wärme wird durch die durch die Leitung 26 strömende Aussenluft abgeführt. Die zugeführte Aussenluft kühlt also die Wärmeabgabekammer 47. Auf diese Weise wird dem Luftstrom 38 Wärme entzogen.
Wenn der Luftstrom 38 anschliessend durch die Turbine 48 strömt, treibt er die Turbine 48 an. Der Luftstrom 38 muss beim Antrieb der Turbine 48 so viel mechanische Arbeit leisten, dass er auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abgekühlt wird. Die kalte Luft kühlt deshalb die Kondensationskammer 49 ab, so dass in der Kondensationskammer 49 Feuchtigkeit als Wasser auskondensiert und über eine Leitung 42 in einem Sammelbecken 43 gesammelt oder direkt an die Umgebung abgeführt wird. Wenn der Luftstrom 38 die Kondensationskammer 49 verlässt, ist er kalt und trocken. Um den Luftstrom 38 wieder aufzuwärmen, wird ein Anteil der in der Wärmeabgabekammer 47 anfallenden Wärme dem Wärmeblock 37 zugeführt, beispielsweise über zwei durch eine Leitung 44 miteinander verbundene Wärmetauscher 45 und 52.
Weil die Antriebswellen des Kompressors 46 und der Turbine 48 miteinander gekoppelt sind, treibt die Turbine 48 den Kompressor 46 an, so dass dem Kompressor 46 von aussen nur die Leistung P = PK - PTzugeführt werden muss, wobei die Grösse PKdie vom Kompressor PK benötigte Leistung und PT die von der Turbine 48 abgegebene Leistung bezeichnen.
Beispiel 3
[0032] Bei dem in der Fig. 10dargestellten Beispiel umfasst die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 einen Kompressor 46 und ein Wirbelrohr 53. Der Kompressor 46 verdichtet den Luftstrom 38 und erhöht somit den Druck der Luft, so dass der Luftstrom 38 mit grosser Geschwindigkeit in das Wirbelrohr 53 hineinströmt. Dabei erhöht sich die Temperatur des Luftstroms 38. Ein Teil der Wärme wird mittels eines Wärmetauschers 54 über die Leitung 26 abgeführt. Das Wirbelrohr 53 trennt den Luftstrom in einen heissen Luftstrom und einen kalten Luftstrom auf und ist so ausgelegt, dass die Temperatur des kalten Luftstroms unterhalb des Taupunkts liegt, so dass die im kalten Luftstrom enthaltene Feuchtigkeit als Wasser auskondensiert.
Der kalte Luftstrom und der heisse Luftstrom werden in getrennten Leitungen 50 bzw. 51 geführt, damit einerseits das Wasser auskondensieren und andererseits dem heissen Luftstrom, beispielsweise mittels eines weiteren Wärmetauschers 55, Wärme entzogen werden kann. Der entfeuchtete kalte Luftstrom und der heisse Luftstrom werden anschliessend wieder vereinigt, bevor sie die Entfeuchte- und Kühlvorrichtung 19 verlassen.
The invention relates to a method for the preparation of a room to be supplied air, which is referred to in the jargon as supply air, to a desired temperature and a desired humidity, being exchanged with the discharged from the room exhaust air moisture and heat.
From US 6,178,966 a dehumidifying device is known in which a space to be supplied, fresh outside air and discharged from the room exhaust air are passed through two cavities, which are separated by a water vapor permeable membrane to both moisture and heat between the to transmit both air streams. From EP 1 521 040 and EP 1 748 260 devices are known in which the outside air and the exhaust air are passed through two separate moisture exchangers, wherein a third intermediate air flow transports moisture from one moisture exchanger to the other moisture exchanger. The third air flow allows the regulation of the moisture exchange.
These devices are used to transfer moisture and heat contained in the winter in the exhaust air to be reprocessed outside air and in the summer in the exhaust air contained cold to be reprocessed outside air and moisture to be processed in the external air to be transferred to the exhaust air to the outside air as possible to bring little energy to a desired temperature and humidity, which is perceived by people who are in the room, as pleasant.
The invention has for its object to improve the treatment of the supply air.
The above object is achieved by the features of claims 1 and 7. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
The invention relates to a method for the treatment of the supply air to a desired temperature and a desired humidity, wherein the supply air conditioned outside air and optionally a proportion of processed exhaust air and wherein between the outside air and the exhaust moisture and heat are exchanged.
The method comprises the steps:
Outside air as the first air flow through a first line and the exhaust air flow as a second air flow through a second line, wherein between the first air flow and the second air flow by means of a moisture exchanger or by means of two coupled by a closed air circulation moisture exchanges, and
by means of a dehumidifying and cooling device to condense moisture as water from the first air stream and / or from the second air stream and / or optionally from an air stream circulating in the closed air circuit.
The method optionally comprises the further step of allowing a portion of the exhaust air to flow as a third air stream through a third conduit and to reintroduce it to the room, wherein moisture is condensed out of the third air stream as water by means of a dehumidifying and cooling device. The third air stream is referred to in the jargon as circulating air.
The dehumidification and cooling of the air stream flowing through the dehumidifying and cooling device is preferably carried out by means of Peltier elements.
The dehumidification and cooling of the air flowing through the dehumidifying and cooling air flow can alternatively be done by this air flow is compressed by a compressor, wherein the air stream heated to a temperature above the ambient temperature, so that the air stream give off heat to the environment can be, and by the compressed air flow is relaxed by means of a turbine, wherein the compressed air flow cools to a temperature below the dew point, so that moisture is eliminated as water.
The dehumidification and cooling of the air flowing through the dehumidifying and cooling air flow can be done according to a further alternative by the second air stream is compressed by a compressor and separated by means of a vortex tube in a warm and a cold air flow, the temperature of the cold Air flow is below the dew point, so that moisture is eliminated as water.
On the other hand, the invention relates to a device suitable for carrying out the method according to the invention. Such a device comprises
a first line with an inlet, to which outside air can be sucked, and an outlet, at which supply air can be delivered to the room,
a second line with an inlet, to which exhaust air can be sucked, and an outlet, at which exhaust air can be delivered to the environment,
a single moisture exchanger, or a first and a second moisture exchanger, wherein the first moisture exchanger has a first cavity disposed in the first conduit, which is separated by a water vapor permeable membrane from a second cavity, wherein the second moisture exchanger disposed in the second conduit third cavity which is separated from a fourth cavity by a water-vapor-permeable membrane,
and wherein the second and fourth cavities are arranged in a closed air circuit in which an air flow circulates, and
at least one dehumidifying and cooling device, which is arranged either in the first conduit and / or in the second conduit and / or optionally in said circuit between the second cavity and the fourth cavity, and
another line, through the outside air to the dehumidifying and cooling device and then (such as exhaust air) to the environment is feasible to dissipate heat generated in the dehumidifying and cooling device.
Under a water vapor permeable membrane is any structure to understand that is permeable to water molecules, but not for air.
The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and with reference to the drawing. The drawings are schematic and not drawn to scale.
<Tb> FIG. 1-5 <sep> show different embodiments of a device according to the invention,
<Tb> FIG. 6 shows a schematic functional diagram of a dehumidifying and cooling device, and FIG
<Tb> FIG. 7-10 <sep> show various examples of the dehumidifying and cooling device.
1 and 2 show two different embodiments of an inventive device 1 for the treatment of outside air to a desired temperature and a desired humidity at which the outside air exchanges moisture and heat with exhaust air discharged from a room and as supply air to the room is supplied. The device has a first inlet 2, at which the outside air is sucked in, passed as the first air flow to a first outlet 3 and there as supply air into the room, and a second inlet 4, at which the exhaust air sucked, as a second air flow to a second outlet 5 and discharged there as exhaust air.
The device 1 comprises a first blower 6, a second blower 7, optionally a first filter 8, optionally a second filter 9, a heat exchanger 10, a first moisture exchanger 11 with two cavities designated as cavity 12 and cavity 13 passing through a water vapor permeable membrane 14 are separated from each other, a second moisture exchanger 15 with two cavities designated as cavity 16 and cavity 17, which are separated by a water vapor permeable membrane 18, and a dehumidifying and cooling device 19. The outside air entering at the first inlet 2 is in a first line 20 as the first air flow through the first filter 8, the heat exchanger 10 and the cavity 12 of the first moisture exchanger 11 to the first outlet 3 out.
The exhaust air entering at the second inlet 4 is guided in a second line 21 as a second air flow through the second filter 9, the cavity 16 of the second moisture exchanger 15 and the heat exchanger 10 to the second outlet 5. The device further comprises a closed air circuit 22, in which a third, driven by a third fan 23 air flow through the cavity 13 of the first moisture exchanger 11 and the cavity 17 of the second moisture exchanger 15 circulates. The third air flow preferably flows in countercurrent to the first and the second air flow, as shown in the figures by the arrows of the blower 6, 7 and 23. The water vapor permeable membrane 14 or 18 of the two moisture exchangers 11 and 15 is permeable to water vapor, but not to air.
The exchange of moisture in the moisture exchangers 11 and 15 takes place in a passive manner, i. without supply of energy. The two filters 8 and 9 comprise a coarse particle filter 24 and an electrostatic filter 25. The coarse particle filter 24 prevents insects or any larger dirt particles from entering the electrostatic precipitator 25. The electrostatic filter 25 prevents dust and other dirt from entering the heat exchanger 10 and / or the membrane of the moisture exchanger. The heat exchanger 10 is preferably a plate heat exchanger. The electrostatic filter 25 can also be integrated in the heat exchanger 10, as described for example in WO 2004085946. In the dehumidifying and cooling device 19, waste heat is generated.
To dissipate this waste heat to the environment, a third conduit 26 is provided through which the dehumidifying and cooling device 19 is supplied outside air, which absorbs the waste heat and then releases to the environment. For example, the third line 26 opens in front of the second outlet 5 into the second line 21. In this example, a fourth blower 27 is provided in the line 26 to allow the cooling outside air to flow past the dehumidifying and cooling device 19. The fourth blower 27 may be omitted under certain circumstances, when the first blower 6, as in the example according to FIG. 2, is arranged directly after the first inlet 2.
In the first embodiment shown in FIG. 1, the dehumidifying and cooling device 19 between the cavity 17 of the second moisture exchanger 15 and the cavity 13 of the first moisture exchanger 11 in the air circuit 22 is arranged.
In the second embodiment shown in FIG. 2, the dehumidifying and cooling device 19 is arranged after the second filter 9, but before the second cavity 16 in the second conduit 21 or it is a dehumidifying and cooling device 19 'before the first Outlet 3 arranged in the first conduit 20 or both dehumidifying and cooling devices 19 and 19 'are arranged at said locations.
In the embodiments shown in Figs. 1 and 2, the heat exchanger 10 is provided to exchange heat between the exhaust air and the outside air, and there are the two moisture exchangers 11 and 15 present to exchange moisture with the third air flow. FIGS. 3 and 4 show two further exemplary embodiments in which the two moisture exchangers 11 and 15 exchange not only moisture but also enough heat, so that no separate heat exchanger is required.
The devices according to the Fig. 1bis 4arbeiten with two moisture exchangers, which are coupled through the closed air circuit 22, so that the exchange of moisture is regulated. Fig. 5 zeigt an embodiment in which the exchange of moisture between the first air flow and the second air flow takes place by means of a single moisture exchanger 28 having a arranged in the first conduit cavity 29 and disposed in the second conduit cavity 30 through a water vapor permeable membrane 31 are separated. However, the use of a single moisture exchanger is possible in all embodiments.
It is optionally possible in all embodiments, as illustrated in the embodiment of Fig. 5illustrate a portion of the exhaust air as a third air stream through a fourth line 32, treat and feed the room again. The third air flow is referred to in the jargon as circulating air flow. The treatment of the third air flow takes place by means of a further dehumidifying and cooling device 33, which condenses out moisture as water from the third air flow. The fourth conduit 32 has an inlet, a filter 34, a fan 35, the dehumidifying and cooling device 33 and an outlet. The inlet opens either directly into the room or as shown in the first line 20. The outlet opens either directly into the room or as shown in the second line 21st
The filter 34 advantageously comprises a coarse particle filter and an electrostatic precipitator.
Such a circulating air flow can also be provided in the embodiments according to FIGS. 1 to 4.
For the promotion of the various air streams several blowers are required. The number of fans and their arrangement within the device 1 may vary according to the specific embodiment. The presented devices 1 are suitable for carrying out the method according to the invention. They are to be understood as exemplary embodiments which can be modified within the scope of the specialist knowledge of a person skilled in the art.
The moisture exchanger shown in Figs. 1 to 5 are moisture exchangers, which have two cavities separated by a wasserdampfpermeable membrane, in which therefore the exchange of moisture through the membrane is carried out. Alternatively, moisture exchangers based on other physical principles, e.g. Moisture exchanger with adsorption and desorption processes or those with absorption and degassing processes.
The described devices 1 are switchable between two modes, which are referred to as winter operation and summer operation. These two modes are now explained in more detail:
winter operation
The device 1 transmits moisture and heat contained in the exhaust air to the outside air. The first fan 6 conveys outside air into the room and the second fan 7 conveys exhaust air out of the room. The first blower 6 may be located anywhere in the first duct 20, the second blower 7 may be located anywhere in the second duct 21. The third fan 23 circulates the air flow in the closed air circuit 22. The dehumidifying and cooling device 19 is turned off, i. the air passes through the dehumidifying and cooling device 19 without giving off moisture or heat.
summer operation
The device 1 transmits a part of the moisture contained in the outside air to the exhaust air and transmits a part of the tub of the outside air to the exhaust air, i. the cooler exhaust air is used to cool the warmer outside air. The transmission of moisture from the outside air to the exhaust air by means of the two moisture exchangers 11 and 15, which are connected to each other via the closed air circuit 22.
Because the exhaust air can not absorb as much moisture as required, in the embodiment according to FIG. 1, the air flow circulating in the air circuit 22 is additionally dehumidified, i. the dehumidifying and cooling device 19 extracts from the airflow circulating in the air circuit 22 that portion of the moisture which the exhaust air is unable to absorb and which must be removed so that the supply air has the desired humidity. In the embodiment according to FIG. 2, the exhaust air is additionally dehumidified, i. the dehumidifying and cooling device 19 removes so much moisture from the exhaust air that the moisture extracted in the moisture exchanger 11 from the outside air can be completely transferred to the exhaust air by means of the moisture exchanger 15.
The first fan 6 promotes outside air into the room and the second fan 7 promotes exhaust air out of the room. The dehumidifying and cooling device 19 is in operation, so that the air at the outlet of the dehumidifying and cooling device 19 is drier and cooler than the air at the inlet of the dehumidifying and cooling device 19. In the closed air circuit 22 circulates air, which is offset depending on the design of the dehumidifying and cooling device 19 either from the third fan 23 or from the dehumidifying and cooling device 19 in flow.
Fig. 6 shows a schematic functional diagram of the dehumidifying and cooling device 19, which is traversed by an air stream 38 to be treated. The dehumidifying and cooling device 19 has a cooling block 36 and a subsequent heat block 37. In the cooling block 36, the air stream 38 is cooled to a temperature below the dew point, so that at least some of the moisture contained in the air condenses out as water. A portion of the resulting heat is supplied as described above by means of the required by the line 26 air flow at the second outlet 5 (Fig. 1) of the exhaust air. The remaining portion of the heat generated is fed directly or via a line 32 to the heat block 37 and then the exhaust air to reheat the exiting the cooling block 36 cold air.
FIGS. 7 to 10 illustrate various examples of the dehumidifying and cooling device 19.
example 1
In the example shown in FIG. 7, cooling of the air stream 38 flowing through the dehumidifying and cooling device 19 takes place in the cooling block 36 by means of at least one Peltier element 39. In the example, two Peltier elements 39 are shown, which have a cold wall 40 and a warm one Wall 41 have. The temperature of the cold wall 40 is cooled by supplying electrical energy, wherein at least the last Peltier element seen in the flow direction of the air flow 38 is cooled to a value which is below the dew point of the inflowing air. The air flow 38 flowing along this cold wall 40 cools, whereby moisture contained in the air flow 38 condenses out on the cold wall 40 as water as soon as the temperature of the air flow 38 drops below the dew point.
The water is supplied via a line 42 to a reservoir 43 or discharged directly to the environment. The heat produced during cooling of the air stream 38 and the condensation of moisture, as well as the Pelfierelementen 39 supplied electrical energy, which is also converted into heat, passes to the Wannewand 41. A portion of this heat is supplied for example via a line 44 to the heat block 37 and transferred in the heat block 37 by means of a heat exchanger 45 to the air stream 38 to heat the air stream 38 in the heat block 37 to a desired temperature. The remainder of the heat is released to the air flowing through the conduit 26. This is possible because the temperature of the warm wall 41 is higher than the temperature of the outside air.
A particularly advantageous embodiment is shown in FIG. 8. The dehumidifying and cooling device 19 has a plurality of Peltier elements 39, on which the passing air is cooled and dehumidified. The air stream 38 is guided along the cold side of the Peltier elements 39 and then along the warm side of at least one of the Peltier elements 39. That Here, the heat block 37 is formed by the warm side of this at least one Peltier element.
In winter operation, the dehumidifying and cooling device 19 is usually not in operation, since the outside air is relatively dry and does not have to be dehumidified. However, the Peltier elements 39 present in this example can be used to heat up the air stream flowing through the dehumidifying and cooling device 19. The current flowing through the Peltier elements 39 thus flows in the opposite direction, so that now the wall 40 is heated and the wall 41 is cooled.
Example 2
In this example, shown in Figure 9, the cooling block 36 includes a compressor 46, a heat release chamber 47, a turbine 48, and a condensation chamber 49 with the drive shafts of the compressor 46 and the turbine 48 coupled together. The compressor 46 mechanically compresses the air, thereby heating the air. As the relatively hot air flows through the heat release chamber 47, it heats the heat release chamber 47 to a temperature well above the local ambient temperature so that the heat release chamber 47 can deliver heat to the environment. The resulting heat is dissipated by the flowing through the line 26 outside air. The supplied outside air thus cools the heat dissipation chamber 47. In this way, the air flow 38 heat is removed.
When the air stream 38 subsequently flows through the turbine 48, it drives the turbine 48. The air flow 38 must perform so much mechanical work when driving the turbine 48 that it is cooled to a temperature below the dew point. The cold air therefore cools the condensation chamber 49, so that in the condensation chamber 49 moisture condenses out as water and is collected via a line 42 in a reservoir 43 or discharged directly to the environment. When the air stream 38 leaves the condensation chamber 49, it is cold and dry. In order to reheat the air stream 38, a portion of the heat produced in the heat release chamber 47 is supplied to the heat block 37, for example via two heat exchangers 45 and 52 connected to one another by a line 44.
Because the drive shafts of the compressor 46 and the turbine 48 are coupled together, the turbine 48 drives the compressor 46, so that only the power P = PK - PT must be supplied to the compressor 46 from the outside, the quantity PK being the power required by the compressor PK and PT indicate the power output from the turbine 48.
Example 3
In the example shown in Fig. 10, the dehumidifying and cooling device 19 comprises a compressor 46 and a vortex tube 53. The compressor 46 compresses the air flow 38 and thus increases the pressure of the air, so that the air flow 38 at high speed in the vortex tube 53 flows in. In this case, the temperature of the air stream 38 increases. A portion of the heat is removed by means of a heat exchanger 54 via the line 26. The vortex tube 53 separates the air flow into a hot air flow and a cold air flow and is designed so that the temperature of the cold air flow is below the dew point, so that the moisture contained in the cold air flow condenses out as water.
The cold air flow and the hot air flow are performed in separate lines 50 and 51, on the one hand to condense the water and on the other hand, the hot air flow, for example by means of another heat exchanger 55, heat can be withdrawn. The dehumidified cold air flow and the hot air flow are then reunited before they leave the dehumidifying and cooling device 19.