DD222951A1

DD222951A1 - Einrichtung zur klimatisierung von raeumen mit hoher feuchtelast

Info

Publication number: DD222951A1
Application number: DD26145984A
Authority: DD
Inventors: Johannes Fischer; Matthias Hascher; Guenter Thomas
Original assignee: Netzschkau Maschf Nema
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-05-29
Also published as: DD222951B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Klimatisierung von Raeumen mit hoher Feuchtelast bei guter Parameterkonstanz. Die Erfindung hat zum Ziel, eine Einrichtung zur Klimatisierung von Raeumen mit hoher Feuchtelast anzugeben, wobei der apparative Aufwand sehr gering gehalten und trotz grosser Entfeuchtungsleistung ein aeusserst oekonomischer Betrieb mit grosser Dauerverfuegbarkeit erreicht wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei Anwendung von ausschliesslich handelsueblichen Bauelementen eine Anordnung zur Klimatisierung von Raeumen mit hoher Feuchtelast zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass bei Anwendung einer direkten Waermepumpe zum automatischen Betrieb Rueckschlagventile, Verfluessiger und Saugseite der Kaeltemaschine ein Magnetventil und ein Drosselorgan und an der Kuehlwasserabflussleitung des Verfluessigers ein Temperaturwaechter angeordnet sind, die mit Magnetventil und Bypass-Magnetventil regelungstechnisch verbunden sind. Anwendungsgebiete der Erfindung sind vorrangig kaeltetechnische Bausteine fuer Kammern zur Umweltsimulation und Raeumen mit hoher Feuchtelast.

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur Klimatisierung von Bäumen mit hoher Feuchtelast.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung dient der Klimaregelung vor allem bei Einrichtungen mit hoher Feuchtelast und gleichzeitig hohen Forderungen an Temperatur- und Feuchtekonstanz. Sie wird vor allem in Kammern zur Umweltsimulation für die biologische Forschung, in Klimaräumen von Phytotronen aber auch ζ· B. zur Schwimmbad-Luft-Entfeuchtung angewendet· '

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In Klimaeinrichtungen zur biologischen und besonders der Pflanzenforschung ist mit außerordentlichen Feuchtelasten zu rechnen. Dabei sollen die Klimaparameter Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit mit gleicher Präzision konstant gehalten werden· Außerdem sind für derartige Einrichtungen maximale Dauerverfügbarkeit und hohe Zuverlässigkeit von großer Bedeutung. Die Nutzung erfolgt annähernd im Dauerbetrieb, so daß der Betrieb solcher Einrichtungen äußerst wirtschaftlich sein muß.

Es sind eine Anzahl von Klimatisierungseinrichtungen bekannt, die nach direkten Temperierungsverfahren arbeiten» Für die beiden Klimatisierungsaufgaben Temperierung und Entfeuchtung werden dabei getrennte, selbständig arbeitende Kältekreisläufe installiert. Bei notwendiger Temperaturerhöhung der zu klimatisierenden Luft kommen dann elektrische Widerstandsheizungen zum Einsatz. Durch

Durch Anwendung von Kältekreisläufen mit verschieden großer Kälteleistung ist eine Anpassung an den Leistungsbedarf bei Temperierung oder Entfeuchtung bedingt möglich.

. ' f"-.' ," . ^:' ' " . ' . ' - ^: Der apparative Aufwand und der Energieverbrauch sind jedoch sehr hoch, so daß diese Art nur in kleinen Temperierungseinrichtungen Anwendung findet.

Bs ist weiterhin bekannt, daß zur Senkung des apparativen Aufwandes nur eine Kältemaschine für Heizen und Entfeuchtung verwendet wird (WP 89 960). Eine Leistungsregelung erfolgt über aufwendige Drehzahlregelung der Kältemaschine. Außerdem ist der Arbeitsbereich der gesamten Klimaanlage sehr begrenzt, da als Wärmequelle für die Wärmepumpe ausschließlich der Apparat zur Lüftentfeuchtung verwendet wird. Zur Erweiterung des Arbeitsbereiches sind elektrische Heizeinrichtungen vorzusehen. Damit wird der Betrieb der Anlagen unwirtschaftlich.

Desweitern sind Klimatisierungseinrichtungen bekannt, bei denen große Unterschiede zwischen Kälteleistungsbedarf und Kälteleis tungsängebot, bedingt durch die Konzeption der Anlage, gegeben sind. Durch Anwendung eines speicherbaren Zwischenmediums (Sole) wird dies ausgeglichen. Diese Anlagen erfüllen die Forderungen nach hoher Parameterkonstanz bei der Klimatisierung gut. Jedoch ergeben die notwendigen Temperaturdifferenzen zur Wärmeübertragung auf das Temperiermedium Leistungsverluste und kleinere Wirkungsgrade der Anlagen.

Bedingt durch den Einsatz von Umwälzeinrichtungen, Regelorganen und des Temperiermediums selbst, ist der apparative Aufwand bei solchen indirekt arbeitenden Klimatisierungseinrichtungen recht hoch.

Um den Betrieb derartiger indirekt arbeitender Einrichtungen ökonomischer zu gestalten ist es bekannt, daß das Wärmepumpenprinzip zu verwenden ist (WP 90 618). Diese besseren ökonomischen Betriebseigenschaften erfordern aber einen hohen apparativen Aufwand. Weiterhin ist der Arbeitsbereich solcher An-

lagen direkt abhängig von dem Leistungsvermögen der Wärmequelle im System der Wärmepumpe, die in den bekannten Anlagen ebenfalls im wesentlichen aus der Entfeuchtungsleistung bei der Konditionierung der zu klimatisierenden Luft besteht· Im übrigen sind die weiterhin bekannten Klimatisierungseinrichtungen nach dem Wärmepumpenprinzip nicht für automatische Umschaltung mit mehreren Wärmequellen und große Umschalthäufigkeiten vorgesehen. i

Ziel der Erfindung , !

Es soll eine Einrichtung zur Klimatisierung von Räumen mit hoher Feuchtelast und hohem Prischluftanteil zum Teil niedriger Temperatur gefunden werden, wobei die Forderungen nach bester Parameterkonstanz, hoher Entfeuchtungsieistung, weiten Arbeitsbe^ reichen, hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer erfüllt werden müssen. Dabei soll aufgrund des Einsatzes im Bauerbetrieb ein minimaler Energieeinsatz angestrebt und verwirklicht werden.

Der apparative Aufwand soll stark reduziert und Verschleißteile auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Der Service soll durch gute Übersichtlichkeit leicht und schnell durchzuführen sein·: Die gesamte Anlage muß vollautomatisch und mit hoher innerer Sicherheit j arbeiten.

Darstellung des Wesens der Erfindung I

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Klimatisieren von Räumen zu schaffen und dabei die üblichen Bauelemente der Kälte- und Klimatechnik so anzuordnen, daß ides-. Ziel der Erfindung realisiert wird, nämlich eine hohe Konstanz der

Parameter Lufttemperatur und Luftfeuchte bei großer Feuc;htelast des zu klimatisierenden Raumes und große Heizleistung be|i geringstem apparativem Aufwand zu realisieren. ' \ '! .

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur automatischen Umkehrung Verdampfer - Verflüssiger neben dem Heizmagnetventil Rückschlagventile vorgesehen sind und zwischen Verflüssiger und Saugseite der Kältemaschine ein Magnetventil

und ein Drosselorgan und die kühlwasserregulierenden Elemente Wassennagnetventil, Kühlwasserregler und Temperaturwäehter regelungstechnisch mit dem Magnetventil und dem Bypass-Magnetventil verbunden sind und daß zwischen der Druckseite der Kältemaschine und dem Verflüssiger ein Verflüssiger-Magnetventil angeordnet ist«

Desweitern wird erfindungsgemäß ein zweiter Filtertrockner unmittelbar am Austritt des Sammlers angeordnet. Weiterhin wird erfindungsgemäß parallel zum umschaltbaren Temperierungsver- ' dämpfer ein Entfeuchtungsverdampfer als nicht umschaltbarer Apparat angeordnet.

Mit dieser Einrichtung wird erreicht, daß durch die automatische Umschaltung zwischen Temperierungsverdampfer und Verflüssiger und die Nutzung der Enthalpie des Kühlwassers eine große Heizleistung vorhanden ist und damit unabhängig vom Klimazustand im zu klimatisierenden Raum und Frischluftmenge ein weiter Arbeitsbereich der Klimatisierungseinrichtung garantiert wird. Dabei ist durch Verwendung des Temperierungsverdampfers als Heizeinrichtung direkt im Luftstrom des zu klimatisierenden Raumes der Verflüssigungsdruck dem Temperaturregime des Klimazustandes optimal angepaßt und damit ein Maximum an Wirtschaftlichkeit erreicht. -

Außerdem wird erreicht, daß durch Kühl- und Heizvorgänge mit großflächigen Wärmeübertragern und damit kleinen Temperaturdifferenzen eine hohe örtliche und zeitliche Parameterkonstanz garantiert wird. Durch die erfindungsgemäße Anwendung des direkten Temperierungsprinzipes ohne zusätzliches Zwischen- _f medium wird der apparative Aufwand minimiert, so daß auch der Verschleiß und die Ausfallhäufigkeit sehr klein werden. Desweitern wird auch durch die erfindungsgemäße Anordnung ein vollautomatischer Betrieb der gesamten Klimatisierungseinrichtung verwirklicht und damit vor allem bei Dauerbetrieb über Monate der Bedienaufwand minimiert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soil nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild der Klimatisierungseinrichtung mit hohem Energieumsatz.

Im zu klimatisierenden Raum 1 wird mit dem Ventilator 2 Luft durch den Entfeuchtungsverdampfer 3 angesaugt und über den Temperierungsverdampfer 4 wieder in den Raum 1 gefördert. Eine Klimameßeinrichtung 5 erfaßt den Luftzustand durch Messung der Trockenlufttemperatür und der Feuchtkugeltemperatür . Für die Zustandsänderungen der Luft, wie Kühlen, Entfeuchten und Heizen, ist nur eine Kältemaschine 6 vorgesehen. Um erhöhten Verschleiß durch häufige Anlaufvorgänge zu vermeiden, läuft diese im Dauerbetrieb. Alle während des Klimaregelprozesses notwendigen Zustandsänderungen werden durch den Regelbaustein eingeleitet. Wird das Regelsignal "Kühlen" gegeben, so öffnet das Kühlmagnetventil 8 und das Verflüssigermagnetventil· 9 ist ebenfalls geöffnet.

Das Kältemittel gelangt in den Verflüssiger 10, kondensiert und strömt über den Filtertrockner 11 und Rückschlagventil 14 zum Sammler 12. Weiter gelangt das flüssige Kältemittel über den Filtertrockner 13 zum thermostatischen Expansionsventil 15· Durch Druckabsenkung im Temperierungsverdampfer 4 wird das thermostatische Expansionsventil 15 geöffnet, so daß die üblichen thermodynamischen Vorgänge zur Kühlung der zu klimatisierenden Luft vollzogen werden. In gleicher Weise läuft der Entfeuchtungsvorgargab. Hier öffnet das Entfeuchtungsmagnetventil 16. Durch Druckabsenkung im Entfeuchtungsverdampfer 3 öffnet das thermostatische Expansionsventil 17 und der Entfeuchtungsvorgang wird eingeleitet. Ebenso sind beide Vorgänge parallel möglich, wenn das Kühlmagnetventil 8 und das Entfeuchtungsmagnetventil 16 gleichzeitig geöffnet sind. Liegt kein Regelsignal an, so läuft die Kältemaschine 6 im Bypass-Betrieb, d. h. das Bypass-Magnetventil 18 ist geöffnet.

. ' ' .. . ; - 6 ( · - . . Durch das Drosselorgan 19 wird die angesaugte Kältemittelmenge so weit begrenzt, daß einerseits ein problemloser Lauf der Kältemaschine 6 garantiert ist, andererseits die Antriebsleistung ein Minimum darstellt. ,' . ., ' .

Das Dosierorgan 29 führt der Kältemaschine im Bypass-Betrieb eine geringe Menge flüssiges Kältemittel zu, so daß der ölrücktransport zur Kältemaschine gewährleistet ist.

Liegt das Regelsignal "Heizen" an, so sind innerhalb der Anlage zwei Möglichkeiten zu realisieren. Im ersten Fall liegt das Regelsignal "Entfeuchten" gleichzeitig mit an. Das Bntfeuchtungsmagnetventil 16 ist geöffnet. Bei Regelsignal "Heizen" wird je·^ weils das Heizmagnetventil 20 geöffnet und das Verflüssigermagnetventil 9 geschlossen. Die verdichteten Kältemittelgase strömen über das Heizmagnetventil 20 und das Rückschlagventil 21 zum Temperierungsverdampfer 4 in dem es jetzt kondensiert und dabei die zu klimatisierende Luft erwärmt. Flüssiges Kältemittel fließt dann über das Rückschlagventil 22 zum Sammler 12. Die Kondensationstemperatur im Temperierungsverdampfer 4 ist abhängig von der Temperatur im Raum 1, aber immer höher als im Verflüssiger 10. Aus dem Sammler 12 gelangt das flüssige Kältemittel über den Filtertrockner 13 zum thermostatischen Expansionsventil 17 und wird in den Entfeuchtungsverdampfer 3 eingespritzt. Die bei der Verdampfung erzielte¹ Abkühlung bewirkt die angestrebte Luftentfeuchtung."Über die Wärmepumpe wird die durch den Entfeuchtungsvörgang abgeführte Wärmemenge wieder dem Raum 1 zugeführt. / ,

Liegt während des Heizvorgangs das Signal "Entfeuchten" nicht an, so ist das Entfeuchtungsmagnetventil 16 geschlossen und das Magnetventil 23 geöffnet. Wie beschrieben arbeitet die Kältemaschine 6 über das Heizmagnetventil 20 und das Rückschlagventil 21 auf den Temperierungsverdampfer 4 nach Kondensation weiter über Rückschlagventil 22, Sammler 12 und Filtertrockner 13. Von hier wird das flüssige Kältemittel dem thermostatischen Expansionsventil 24 zugeführt, daß in den Verflüssiger 10 einspritzt. Dieser arbeitet in diesem Fall als Ver-

- 7 -dämpfer·

Zur Regelung des Verdampfungsvorgangs im Verflüssiger 10 ist vor dem Magnetventil 23 ein Drosselorgan 25 vorgeschaltet. Da der Druck im Verflüssiger 10 beim Verdampfungsvorgang niedrig ist, wird die Küiilwasserzufuhr vom Kühlwasserregler 26 unterbrochen. Um die notwendige Verdampfungswärme durch das Kühlwasser zuführen zu können, wird das Wassermagnetventil 27 geöffnet. Ein Temperaturwächter 28 verhindert bei Unterschreiten der tiefen zulässigen Kühlwasseraustrittstemperatur eine weitere Abkühlung des Kühlwassers. Dies wird erreicht, in dem das Magnetventil 23 geschlossen und dafür das Bypass-Magnetventil 18 öffnet.

Damit wird die Kälteleistung im Verflüssiger soweit reduziert, daß keine Gefahr des Einfrierens mehr besteht. Die Verwendung des Kühlwassers als Wärmequelle der SÄfärmepumpenanordnung ermöglicht auch relativ hohe Temperaturen im Raum 1 auch bei großer Frischluftzufuhr über Frischluftleitung 31 mit niedriger Temperatur. ;

Die Rückschlagventile 14-, 21, 22 verhindern in Sperrichtung ungewollte Kältemittelströme, so daß automatisch immer die notwendige Zuordnung aller notwendigen Aggregate erreicht wird»

Bei Regelsignal "Befeuchten¹¹ wird aus dem Befeuchtungsgerät 30-Sattdampf vor die Saugseite des Ventilators 2 eingebracht, so daß eine intensive Mischung mit der Umluft des Raumes 1 erreicht wird.

Durch den Regelbaustein wird gleichzeitig "Heizen" und "Kühlen" sowie gleichzeitiges "Befeuchten" und "Entfeuchten" ausgeschlossen.

Über die Frischluftleitung 31 wird dem Raum 1 Frischluft züge- '^l führt und der Umluft beigemischt.

Claims

Brfindung;sanspruch , ,

1« Einrichtung zur Klimatisierung von Räumen mit hoher Feuchtelast, nur einer Kältemaschine und üblichen Bauelementen der Kälte- und Klimatechnik unter Anwendung des Wärmepumpenprinzipes mit Verdampfern und Verflüssiger, die in ihrer Funktion umschaltbar sind und zugehörigen Aggregateteilen gekennzeichnet dadurch, daß zur automatischen Umkehrung Verdampfer-Verflüssiger neben dem Heizmagnetyentil Rückschlagventile (14), (21), (22) vorgesehen sind und zwischen Verflüssiger (10) und Saugseite der Kältemaschine (6) ein Magnetventil (23⁽) und ein Drosselorgan (25) und die Jcühl-r wasserregulierenden Elemente' Wassermagnetventil (27)» Kühlwasserregler (26), und Temperaturwächter (28) regelungstechnisch mit dem Magnetventil (23) und dem Bypass-Magnetventil (18) verbunden sind und daß zwischen der Druckseite der Kältemaschine (6) und dem Verflüssiger (10) ein Verflüssigermagnetventil (9) angeordnet ist.

2, Einrichtung zur Klimatisierung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß ein zweiter Filtertrockner (13) unmittelbar am Austritt des Sammlers (12) angeordnet ist.

3. Einrichtung zur Klimatisierung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß parallel zum umschaltbaren Temperierungsverdämpfer (4) ein Entfeuchtungsverdampfer (3) als nicht umschaltbarer Apparat angeordnet ist.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnungen -