DD274881A1

DD274881A1 - Verfahren zur verdunstungskuehlung von luft

Info

Publication number: DD274881A1
Application number: DD31890488A
Authority: DD
Inventors: Manfred Schmidt; Olaf Nitsche
Original assignee: Zittau Tech Hochschule
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1990-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdunstungskuehlung von Luft durch Vortrocknung und adiabate Befeuchtung in einem offenen Prozess. Ziel der Erfindung ist die Kuehlung von sehr feuchter und warmer Luft durch Nutzung von Sonnen- oder auch anderer Niedertemperaturenergie, um mit ihr in Wirkungsbereichen Komfortklimabedingungen zu erreichen. Erfindungsgemaess wird dies durch einen mehrstufigen Trocknungsprozess mit Zwischenkuehlung der aufzubereitenden Luft geloest. Dazu werden mehrere Entfeuchtungsgeraete und Waermeuebertrager hintereinander angeordnet, wobei die Regenerierung der Entfeuchtungsgeraete mit Regenerationsluft erfolgt, die ein Ventilator ueber einen beheizten Waermeuebertrager saugt.

Description

Hierzu 1 Seit'i Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Luftstromes. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Bereitstellen von gekühlter Zuluft in Komfortklimaanlagen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die für Klimatisierungszwecke nötige Kühlung der zuzuführenden Luft kann durch geschlossene Verfahren mittels eines Oberflächenkühles oder durch offene Verfahren im direkten Wärme- und Stoffaustausch erfolgen. Letzteres wird als Verdunstungskühlung bezeichnet, die in der Regel als adiabate Befeuchtung abläuft und maximal Kühlgrenztemperatur erreicht. Die Verdunstungskühlung bringt aber nur dann eine Temperatur der zu kühlenden Luft von t 18 C, wenn ihr Ausgangszustand eine Enthalpie von h 50kJ/kg trockene Luft aufweist. Ansonsten muß durch vorhergehende Trocknung dieser Zustand herbeigeführt werden. Die Trocknung ist bei den offenen Verfahren mit einer Temperaturerhöhung der aufzubereitenden Luft verbunden, die durch eine günstige Verfahrensweise abgebaut werden kann.

Bekannt ist seit 1949 eine dem Schweden Carl Munters patentierte Lösung zur Kühlung, das sogenannte MEC-System, wobei MEC füf „Munters Environmental Control" steht. Diese Lösung wurde aufgegriffen und weiterentwickelt, worüber z. B. RA. Macriss und T. Zawacki auf der 9. Energietechnikkonferenz in Washington (USA) im Februar 1982 (High COP rotating wheel solid desiccant system) und I.Wurm in der Kommission B1 des Internationalen Kälteinstituts in West Lafayette, Indiana (USA), im August 1986 (Review of opencycle desiccant air-conditioning concepts and systems) berichteten. Mit ihr wird im Prinzip ein einstufiger Prozeß mit nur einer einzigen rotierenden Speichermasse verwendet.

Die Wärmezufuhr erfolgt sowohl über eine Gasheizung als auch mit Sonnenenergie. Mit diesem Verfahren können allerdings bei ^c"hr hohen Temperaturen und Feuchten der Außenluft die für Klimatisierungsaufgaben erforderlichen Zulufttemperaturen nicht erreicht werden.

Weiterhin sind offene Verfahren bekannt, bei denen die Trocknung absoptiv erfolgt. Scalabrin, G. und Scaltriti, G. beschreiben in dem Vertrag „Performance analysis of a liquid absorbent airconditioning system utilizing solar energy" ein solches Verfahren ebenso wie Bairamov, R. und Ushakova, A. D. in dem Vortrag „Combined solar installation for space heating and Cooling". Beide sind in den Proceedings des WS-Kongresses „Clima2000" in Kopenhagen 1985 im Band 5 „Solar energy-active and passive systems" enthalten. Beim Verfahren nach Scalabrin/Scaltriti ist eine Vialzahl von Pumpen und Gebläsen notwendig; außerdem fällt der Wirkungsgrad mit steigender Außenluftfeuchte stark ab. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die Anwendung der aggressiven Lithiumchloridlösung, was die Verwendung von korrosionsfesten Materialien voraussetzt und damit eine Erhöhung der Anlagenkosten bewirkt. Im Absorptionssystem von Bairamov/Ushakova wird anstelle des aufwendigen Desorbers ein kombinierter Sonnenkollektor-Regenerator verwendet. Damit vergrößert sich aber wegen der vergleichbar geringen Verdampfungsleistung dieses Kollektors seine erforderliche Fläche.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, durch Nutzung von Sonnenenergie oder auch anderer Niedertemperaturenergio sehr feuchte Luft in einem offenen Verfahren mit Verdunstungskühlung soweit zu kühlen, daß sie als Zuluft zum Erreichen von Komfortklimabedingungen geeignet ist. Die Erfindung soll dazu beitragen, in sonnenscheinreichen Ländern die Kühlkapazität zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, sehr feuchte und warme Luft, die für Klimatisierungszwocke aufbereitet werden soll, weitgehend zu trocknen, daß der für eine wirksame Verdunstungskühlung erforderliche Zustand erreicht wird, und anschließend adiabat zu befeuchten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem mehrstufigen Prozeß die sehr feuchte aufzubereitende Luft durch mehrere hintereinander geschaltete Luftentfeuchtungsgeräte-geführt und dabei entfeuchtet und erwärmt wird. Wegen dieser auftretenden Erwärmung wird die aufzubereitende Luft nach jedem Entfeuchtungsgerät rekuperativ gekühlt, wofür sich z. B. Außenluft, aber auch Abluft oder Mischluft eignet. Diese Kühlluft K> ;n vor der Verwendung befeuchtet und damit gekühlt werden. Sie durchströmt im Gegenstrom zur aufzubereitenden Luft die Kühler. Der Ventilator zur Förderung des notwendigen Kühlluftvolumenstromes ist saugend hinter den Kühlern angeordnet, wodurch eine zusätzliche Erwärmung der Kühlluft vor dem Kühlprozeß vermieden wird. Eine optimale Beaufschlagung der einzelnen Kühler mit Kühlluft erfolgt durch Luftregelorgane. Die an das Adsorptionsmaterial der Entfeuchtungsgeräte übertragene Feuchtigkeit wird mit einem Luftstrom wieder ausgetragen, der mit solarer oder anderer Niedertemperaturenergie erwärmt wurde. Diese Luft wird mit einem hinter dem Wärmeübertrager befindlichen Ventilator gefördert. Der Volumenstrom dieser Regenerationsluft wird entsprechend dem ökonomisch günstigen Bedarf der einzelnen Entfeuchtungsgeräte ebenfalls durch Luftregelorgane aufgeteilt. Im Gegensatz zu einstufigen Prozessen mit dem Wirkprinzip einer einzigen rotierenden Speichermasso ist eine teilweise bzw. vollständige Weiterverwendung der Rsgenerationsluft nach Austritt aus einzelnen Entfeuchtungsgeräten entsprechend der zu erreichenden Beladung mit Wasserdampf für weitere Entfeuchtungsgeräte als Regenerationsluft möglich.

Ein mehrstufiger Trocknungsprozeß für die aufzubereitende Luft besitzt weiterhin den Vorteil, daß für die Regeneration der Speichermasse in den Entfeuchtungsgeräten die gesamte Regenerationsluft nicht so hoch erhitzt werden muß. Durch diese Temperaturabsenkung wird eine Energieeinsparung und bei Verwendung eines Sonnenkollektors eine Wirkungsgraderhöhung zur Erwärmung der Regenerationsluft erzielt. Diese Wirkungsgraderhöhung des Sonnenkollektors ist das Ergebnis der verminderten Temperaturdifferenz zwischen notwendiger Temperatur im Sonnenkollektor und der Außentemperatur. Eine Energieeinsparung tritt beim mehrstufigen Aufbau durch die bereits erwähnte Wiederverwendung der Regenerationsluft auf.

Die Gesamtspeichermasse zur Entfeuchtung der aufzubereitenden Luft wird in den Entfeuchtungsgeräten gegenüber einem einstufigen Trocknungsprozeß mit gleicher Entfeuchtungsleistung gesenkt, bzw. bei gleichbleibender Gesamtspeichermasse wird gegenüber einem einstufigen Trocknungsprozeß die Entfeuchtungsleistung vergrößert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: die Schaltungsanordnung zur Luftkühlung mit dreistufigem Trocknungsprozeß, Zwischenkühlung mit adiabat befeuchteter Außenluft und Verwendung von erwärmter Außenluft zur Regenerierung.

Außenluft als aufzubereitende Luft 1 wird mit einem Ventilator 2 über ein Entfeuchtungsgerät 3 und einen Kühler 4 gedrückt, wo sie nach dem Entfeuchten und Erwärmen gekühlt wird. Danach folgen noch zwei analoge Stufen, bis die Luft in einem Befeuchter 5 adiabat gekühlt wird und als Zuluft 6 zum Wirkungsbereich gelangt.

Im Gegenstrom wird Außenluft als Regenerationsluft 7 in einem Erhitzer 8, der von einem Sonnenkollektor 9 gespeist und beheizt wird, erwärmt und vom Ventilator 2 im Parallelstrom in alle drei Entfeuchtungsgeräte 3 gedruckt, die sie als feuchte Fortluft 10 verläßt, nachdem sie das feuchte Adsorptionsmaterial regeneriert hat.

Für die Zwischenkühlung wird Außenluft als Kühlluft 11 von einem Ventilator 2 zunächst über einen Befeuchter 5 und dann durch die Kühler 4 im Parallelstrom gesaugt und als erwärmte Fortluft 12 in die Umgebung abgeführt.

Claims

1. Verfahren zur Verdunstungskühlung von Luft durch Vortrockriung und adiabate Befeuchtung, gekennzeichnet dadurch, daß der für eine wirksame Verdunstungskühlung erforderliche Luftzustand der aufzubereitenden Luft (1) durch eine mehrstufige Trocknung mit Kühlung nach jeder Trocknungsstufe erreicht wird, wobei die zur Regeneration der Trockengeräte erforderliche Luft (7) mit Sonnen- oder anderer Niedertemperaturenergie erwärmt wird und die zur Luftförderung nötigen Ventilatoren (2) für die Kühlluft (11) saugend, für die aufzubereitende Luft (1) drückend und für die Regenerationsluft (7) nach dem Erhitzer (8) angeordnet sind.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß alle zum Verfahren benötigten eintretenden Luftströme sowohl Mischluft als auch Um- oder Außenluft sein können, wobei die entstehenden Abluftströme je nach Feuchte und Temperatur einer weiteren Nutzung im Verfahren zugeführt werden können.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere die zur Kühlung verwendete Luft (11) vor Eintritt in den eigentlichen Kühlprozeß adiabat befeuchtet und damit vorgekühlt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die aufzubereitende Luft (1) im Gegenstrom zur warmen Regenerationsluft (7), die im Erhitzer (8) mit solarer oder mit Niedertemperaturenergie erwärmt wurde, durch die Entfeuchtungsgeräte (3) und im Gegenstrom zur Kühlluft (11) durch die Kühler (4) geführt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Massestrom der Kühlluft (11) durch Luftregelorgane (13) entsprechend dem optimalen Bedarf der einzelnen Kühler (4) und dem Massestrom der Regenerationsluft (7) durch die Luftregelorgane der Regenerationsluft (14) optimal auf die Entfeuchtungsgeräte (3) aufgeteilt wird.

6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die entstehenden Fortluftströme (10) und (12) auch außerhalb des Verfahrens nach Punkt 1 genutzt werden können.