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Die
Erfindung betrifft eine Lüftungsanlage mit einem Kühl-/Heizregister
mit einem Luftwärmeaustauscher, der von einem ersten Luftstrom
mit Außenluft AU beaufschlagbar ist, die als Zuluft ZU
in wenigstens einen Raum strömt, und der von einem zweiten
Luftstrom mit Abluft aus dem Raum beaufschlagbar ist, die als Fortluft
FO nach außen abgegeben werden kann, und ein Kühl-/Heizregister,
welches an eine Kühl-/Heizanlage angeschlossen ist.
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Aus
EP 1 731 846 A1 ist
eine Einrichtung zur Belüftung und Beheizung von Gebäuden
bekannt. Sie enthält einen Luft/Luft-Wärmeaustauscher
zur Übertragung von Wärme der Abluft auf die Zuluft. Von
einem Erdwärmeaustauscher nimmt eine Wärmepumpe
Energie auf. Weiterhin ist ein Vor-Wärmeaustauscher vor
dem Luftwärmeaustauscher vorgesehen.
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Eine
Klimaanlage mit einer Wärmepumpe ist aus
DE 197 02 903 C2 bekannt.
Einem Luft/Kältemittel-Wärmeaustauscher ist Abluft
aus den Räumen oder aus der Aussenluft zuführbar.
Ein Haupt-Wärmeaustauscher, der von der Wärmepumpe
beheizt wird, ist an einen Heizkreis angeschlossen.
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Bei
einem Verfahren und einer Heizungsanlage zu Gebäudebeheizung
durch Wärmerückgewinnung aus Abluft gemäß
DE 199 38 019 A1 wird
der Abluft des Gebäudes in einem ersten Wärmeaustauscher
ein Teil der Wärme entzogen und der Zuluft des Gebäudes
zur Erwärmung zugeführt. Die teilweise abgekühlte
Abluft wird nach Verlassen des ersten Wärmeaustauschers
einer Wärmepumpe zugeführt und der bereits teilweise
abgekühlten Abluft eine zusätzliche Wärmemenge
entzogen.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Lüftungsvorrichtung
vorzusehen, welche ein energieeffizientes Heizen und insbesondere
Kühlen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lüftungsanlage nach Anspruch 1
gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Gedanken, einem Heiz-/Kühlregister
der Lüftungsanlage Heizenergie von einem in Betrieb befindlichen Kältemittelkreislauf,
insbesondere einer Wärmepumpe zuzuführen, um das
Gebäude zu beheizen und dem Heiz-/Kühlregister
Kälteleistung zur Verfügung zu stellen, ohne den
Kältemittelkreislauf der Kühl-/Heizanlage zu betreiben,
wenn das Gebäude gekühlt wird. Hierzu weist die
Kühl-/Heizanlage einen Kältemittelkreislauf auf,
dessen Heizungsrücklauf an einen Solewärmeaustauscher
und an einen Kältemittelwärmeaustauscher angeschlossen
ist. Der Solewärmeaustauscher ist wenigstens von einem
Fluid, insbesondere Sole durchflossen, wenn das Gebäude gekühlt
wird, und wenigstens der Kältemittelwärmeaustauscher
ist von einem Kältemittel eines Kältemittelkreislaufes
durchflossen, wenn das Gebäude beheizt wird.
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1 Lüftungsanlage
mit einem Heiz-/Kühlregister, welches über einen
Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf an eine Kühl-/Heizanlage
angeschlossen ist, in der Betriebsart "Heizen" oder "Kühlen",
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2 Kühl-/Heizanlage,
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3 Lüftungsanlage
in der Betriebsart "starkes Heizen" oder "starkes Kühlen",
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4 Lüftungsanlage
in der Betriebsart "Sommerbypass", bei der die Außenluft
den Luftwärmeaustauscher umgeht
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5 Lüftungsanlage
in der Betriebsart "starkes Kühlen" und "Sommerbypass",
wobei die Außenluft den Luftwärmeaustauscher umgeht
und ein Teilluftstrom der Abluft der Zuluft beigemischt wird,
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6 Lüftungsanlage
in der Betriebsart Vereisungsvermeidung, bei der Sekundärluft
von außen angesaugt wird.
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1 zeigt
den schematischen Aufbau einer Lüftungsanlage 1 mit
einem Kühl-/Heizregister 2 und einem Luftwärmeaustauscher 3.
Hierbei wird das Kühl-/Heizregister 2 und der
Luftwärmeaustauscher 3 von einem ersten Luftstrom 4 hintereinander
durchströmt. Der erste Luftstrom 4 wird von einem
Zuluftlüfter 41 bewegt, wobei Außenluft
AU über den Luftwärmeaustauscher 3 vom
Zuluftlüfter 41 angesaugt wird, in das Kühl-/Heizregister 2 geblasen
wird und dann als Zuluft ZU in einen Raum 5 strömt.
Aus demselben Raum 5 strömt Abluft AB zum Luftwärmeaustauscher 3 und
wird als Fortluft FO nach außen abgegeben. Im Ausführungsbeispiel
wird die Abluft über den Luftwärmeaustauscher 3 von
einem in Strömungsrichtung dahinterliegenden Fortluftlüfter 42 angesaugt
und bildet einen zweiten Luftstrom 6. Der Fortluftlüfter 42 kann
ebenso in Strömungsrichtung der Abluft AB vor dem Luftwärmeaustauscher 3 angeordnet
sein. Auch der Zuluftlüfter 41 kann in Strömungsrichtung
des ersten Luftstroms 4 vor dem Luftwärmeaustauscher 3 angeordnet
sein. Das Kühl-/Heizregister 2 ist an einen Heizungsvorlauf 25 und
einen Heizungsrücklauf 26 angeschlossen. Über den
Heizungsvorlauf 25 wird das Heiz-/Kühlregister 2 mit
Wärme- oder Kälteleistung einer Kühl-/Heizanlage 20 versorgt. Über
eine Regelung 27 wird die Heiz- und Kühlleistung
der Heiz-/Kühlanlage 20 sowie wenigstens der Zuluftlüfter 41,
der Fortluftlüfter 42, die Luftventile L1, L2,
L3 und das Heiz-/Kühlventil 28 angesteuert bzw.
geregelt; die Regelung 27 ist dementsprechend mit den vorgenannten
Vorrichtungen verbunden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sind wenigstens zwei Lüftungsanlagen 1, 1a an
der Heiz-/Kühlanlage 20 angeschlossen, wobei jede
Lüftungsanlage 1, 1a jeweils an einen
zugehörigen Raum 5, 5a pneumatisch angeschlossen
ist. Gemäß 1 ist jede
Lüftungsanlage an die Regelung 27 angeschlossen
und wird von ihr gesteuert oder geregelt. Das Lüftungsgerät 1a ist
in 1 verkleinert dargestellt. In einer weiteren vorteilhaften
Ausführung der Erfindung weist jedes Lüftungsgerät 1, 1a eine
eigene Regelung auf und wird mit einer Einzelraum-Regelung betrieben.
Die Heiz-/Kühlanlage 20 wird entweder von einer
eigenen Regelung und/oder einer zentralen Regelung 27 geregelt
und gesteuert.
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2 zeigt
die Heiz-/Kühlanlage 20 mit einem Kältemittelkreislauf 21,
der wenigstens einen Solewärmeaustauscher 22,
einen Kältemittelwärmeaustauscher 23 (Verflüssiger)
und einen Verdampfer 24 aufweist. An die Heiz-/Kühlanlage 20 ist
der Heizungsvorlauf 25 und der Heizungsrücklauf 26 angeschlossen.
Das aus dem Heizungsrücklauf 26 von wenigstens
einem Kühl-/Heizregister 2 der Lüftungsanlage 1 zurückfließende
Wärmeträgermedium strömt im Ausführungsbeispiel
zunächst durch den Solewärmeaustauscher 22 und
dann von einer Pumpe 62 angetrieben durch den Kältemittelwärmeaustauscher 23.
Die Sole wird über einen Soleeintritt 29 zunächst
zu einem Umschaltventil 32 geführt. Von diesem
Umschaltventil 32 aus wird die Sole – wenn gekühlt
werden soll – zum Solewärmeaustauscher 22 oder – wenn
geheizt werden soll – zum Verdampfer 24 und zum
Soleaustritt 30 geleitet. Das Umschaltventil 32 zur
Steuerung und Regelung ist mit der Regelung 27 verbunden.
Der Kältemittelkreislauf 21 weist weiter einen
Hochdruckbegrenzer 33, einen Verdichter 34, ein
Expansionsventil 35, ein Schauglas 36, einen Filtertrockner 37,
und einen Niederdruckwächter 38 auf. Eine elektrische
Ergänzungsheizung 39, insbesondere ein Durchlauferhitzer
ist im Heizungsvorlauf 25 angeordnet und wird von der Regelung 27 geregelt.
Des weiteren weist die Kühl-/Heizanlage 20 einen
Warmwasserspeicher 60 mit einem Wärmeaustauscher 61 auf.
Mittels einer Umwälzpumpe 62 wird das Wärmeträgermedium über
ein Warmwasser-Umschaltventil 64 entweder in den Heizungsvorlauf 25 oder über
eine Leitung 63 in den Wärmeaustauscher 61 des
Warmwasserspeichers 60 geleitet. Über eine Kaltwasserleitung 65 wird
Kaltwasser unten in den Warmwasserspeicher 60 eingeleitet
und Warmwasser über eine Warmwasserleitung 66 aus
dem Warmwasserspeicher 60 abgeführt.
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Mit
einer Soleumwälzpumpe 67 wird die Sole umgetrieben.
Die Sole durchströmt einen Verdampfer 24 des Kältemittelkreislaufs 21, überträgt
im Verdampfer 24 Wärme auf das Kältemittel.
Dabei verdampft das Kältemittel und das dampfförmige
Kältemittel überträgt im Kältemittelwärmeaustauscher 23 Wärme
auf das Wärmeträgermedium, wobei das Wärmeträgermedium über
den Heizungsvorlauf 25 zum Kühl-/Heizregister 2 der
Lüftungsanlage 1 strömt und dort Wärme
an die Zuluft ZU abgibt, um das Gebäude zu heizen, oder
die Sole durchströmt den Solewärmeaustauscher 22 und
nimmt die Wärme vom Wärmeträgermedium
auf, die aus dem Gebäude stammt und an das Wärmeträgermedium über das
Kühl-/Heizregister 2 von der Zuluft ZU aufgenommen
wurde. Zum Heizen ist das Umschaltventil 32 so geschaltet,
dass das Wärmeträgermedium, z. B. Sole, in den
Verdampfer 24 eintritt. Zum Kühlen ist das Umschaltventil 32 so
geschaltet, dass das Wärmeträgermedium in den
Solewärmeaustauscher 22 geleitet wird.
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In 3 ist
das Luftventil L1 so umgeschaltet, dass ein Teilluftstrom der Abluft
durch die Luftverbindung 40 zum Kühl-/Heizregister 2 geführt
wird. Ein Teil der Abluft AB wird somit der Zuluft ZU beigemischt.
Durch diese Maßnahme ist der Zustrom von Außenluft
AU und die Abgabe von Fortluft FO reduziert. Der zugemischte Anteil
der Abluft AB zur Zuluft ZU kann von der Regelung variabel von 0–100%
eingestellt werden. Zur Erhöhung der Heiz- oder Kühlleistung
ist eine Luftverbindung 40 zwischen der Abluft AB vor dem
Luftwärmeaustauscher 3 und der Zuluft ZU, insbesondere
zwischen dem Wärmeaustauscher und dem Zuluftlüfter 41 vorgesehen,
die mit einem Luftventil L1 oder einer Luftklappe an einen Abluftkanal 43 angeschlossen
ist. (3) Im Folgenden werden drei Betriebsfälle
erläutert:
Drosselung der Fortluft zu 100%:
In
diesem Fall ist das Luftventil L1 derart eingestellt, dass die gesamte
Abluft dem Raum 5 über das Kühl-/Heizregister 2 wieder
zugeführt wird. Demnach wird keine Außenluft AU
angesaugt, und die Abluft AB wird zur Zuluft ZU. In vorteilhafter
Weise wird in diesem Betriebsfall der Fortluftlüfter 42 abgeschaltet. Hiermit
wird erreicht, dass die Heiz- bzw. Kühlleistung maximiert
wird. Es wird dem Raum 5 allerdings keine frische Außenluft
AU zugeführt. Das Luftventil 2 ist komplett geschlossen
und das Luftventil 3 ist für die Zuluft ZU geöffnet.
Die Luftströme setzen sich in einem Beispielsfall wie folgt
zusammen: Außenluft 0 m3/h, Fortluft
0 m3/h, Abluft 200 m3/h,
Zuluft 200 m3/h. Je nach Auslegung der Lüftungsanlage 1 sind
alle möglichen Luftströme vorgesehen, daher werden
die Luftströme relativ wie folgt angegeben: Außenluft 0%,
Fortluft 0%, Abluft 100%, Zuluft 100%. Die Abluft wird damit wieder
zur Zuluft.
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Drosselung
der Fortluft zu 50%:
Das Luftventil L1 lässt die Hälfte
der Abluft AB zum Luftwärmeaustauscher 3, und
die andere Hälfte der Abluft AB über die Luftverbindung 40 zum
Kühl-/Heizregister 2 strömen. Somit wird
50% der Abluft der Zuluft ZU beigemischt. In diesem Fall fördert
der Zuluftlüfter 41 100% des Luftvolumens. Im
Beispiel ergeben sich folgende Volumenströme: Außenluft
100 m3/h (50%), Fortluft 100 m3/h
(50%), Abluft 200 m3/h (100%), Zuluft 200
m3/h (100%). In diesem Betriebsfall wird
eine erhöhte Heiz- bzw. Kühlleistung kombiniert
mit einer reduzierten Zufuhr frischer Außenluft AU und
einem entsprechend reduzierten Ist-Volumenstrom von Fortluft FO.
Die Fortluft FO kann aber auch in einem geringeren oder größeren
Maß gedrosselt werden, so dass alle anteiligen Volumenströme über
das Luftventil 1 eingestellt werden. Je stärker
gekühlt oder geheizt werden soll, umso stärker wird
das Luftventil L1 die Abluft AB über die Luftverbindung 40 zum
Kühl-/Heizregister 2 leiten und den Volumenstrom
der Fortluft FO drosseln. Soll andersherum der Frischluftanteil
der Außenluft AU erhöht werden, wird der Zustrom
von Abluft AB über die Luftverbindung 40 durch
das Luftventil L1 vermindert. Kurz gesagt wird stärker
geheizt, wenn die Abluft AB stärker zum Kühl-/Heizregister 2 geleitet
wird, und es wird die Frischluftmenge erhöht, wenn die
Abluft AB weniger zum Kühl-/Heizregister 2 über
die Luftverbindung 40 geleitet wird. Der Zuluftlüfter 41 und
der Fortluftlüfter 42 werden von der Regelung 27 entsprechend
angesteuert.
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Keine
Drosselung der Fortluft (0%):
In diesem Fall wird der maximal
mögliche Zustrom frischer Außenluft AU in den
Raum 5 realisiert, und es ergibt sich eine Kühl-
und Heizleistung entsprechend dem Leistungsvermögen des
Kühl-/Heizregisters 2. In deno.g. Fällen,
bei denen die Fortluft FO gedrosselt wird und ein entsprechender
Anteil der Abluft AB dem Raum 5 direkt wieder zugeführt
wird, kann die Heiz- bzw. Kühlleistung gesteigert werden,
wobei allerdings der Zustrom frische Außenluft AU vermindert wird.
Eine Erhöhung der Heiz- bzw. Kühlleistung ist dann
sinnvoll, wenn ein Raum schnell aufgeheizt oder gekühlt
werden soll oder wenn die Außenluft AU so warm oder kalt
ist, dass das Kühl-/Heizregister 2 keine ausreichende
Temperierung der Zuluft ZU sicherstellt. Für eine maximale
Heizleistung ist weiterhin das Heiz-/Kühlventil 28 maximal
geöffnet. Ebenfalls wird eine Vorlauftemperatur der Kühl-/Heizanlage 20 maximiert,
wenn geheizt werden soll, und minimiert, wenn gekühlt werden
soll.
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Der
Fall "Sommerbypass" ist in 4 dargestellt.
Die Außenluft AU wird hierbei über den Luftbypass 47 am
Luftwärmeaustauscher 3 vorbeigeleitet, so dass
die Abluft AB keine Wärme oder Kälte an die Außenluft
AU abgeben kann. Hierzu ist von der Regelung 27 das Luftventil
L1 so eingestellt, dass die Luftverbindung 40 geschlossen
ist. Das Luftventil L2 gibt den Luftstrom von Außenluft
AU zum Kühl-/Heizregister 2 frei. Im Ausführungsbeispiel
wird die Außenluft AU somit direkt vom Zuluftlüfter 41 angesaugt und
in das Kühl-/Heizregister 2 gedrückt,
wo sie gegebenenfalls erwärmt oder gekühlt wird.
Diese Einstellung der Luftventile wird als "Sommerbypass" bezeichnet
und wird dann von der Regelung eingestellt, wenn die Außenluft
AU kühler ist als die Abluft AB und der Raum 5 gekühlt
werden soll. Dies ist insbesondere im Sommer der Fall, wenn sich
ein Raum tagsüber aufwärmt, dann aber während
der Nacht durch die kühle Außenluft AU wieder
abgekühlt werden kann. Optional kann der Zustrom von Außenluft AU über
den Luftwärmeaustauscher 3 zusätzlich durch
ein Ventil gesperrt werden, welches in diesem Fall geschlossen ist.
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Mit
dem Temperaturfühler TAU wird die
Temperatur der Außenluft AU, und mit dem Temperaturfühler
TAB die Temperatur der Abluft und somit
die Temperatur des Raumes 5 gemessen. Mit einer nicht dargestellten
Eingabeeinrichtung an der Regelung 27 wird ein Temperatursollwert
TSOLL der Raumluft bzw. der Abluft AB eingestellt.
Die Regelung 27 ermittelt in vorteilhafter Weise aus der
Differenz TAB und TSOLL die
Heiz-/Kühlleistung. Die Regelung 27 steuert und
regelt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
auch die Kühl-/Heizanlage 20.
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Die
insbesondere nächtliche Kühlung oder die Kühlung,
wenn die Außenluft AU kühler als die Abluft AB
ist und wenn eine starke Kühlung des Raumes 5 gewünscht
ist, wird verstärkt, wenn der Abluftstrom AB – wie
in 5 gezeigt und beschrieben – gedrosselt
wird und ein Teil der Abluft AB über die Luftverbindung 40 dem
Kühl-/Heizregister 2 zugeführt wird.
Gleichzeitig wird die Außenluft AU – wie in 4 dargestellt – am
Luftwärmeaustauscher 3 vorbeigeführt
und mit der Abluft AB gemischt. Im Ausführungsbeispiel
gemäß 5 wird die Abluft AB und die
Außenluft AU, die am Luftwärmeaustauscher 3 vorbeigeführt
wird, vom Zuluftlüfter 41 angesaugt und durch
das Kühl-/Heizregister 2 gedrückt. Somit wird
eine hohe Kühlleistung bei gleichzeitiger Zufuhr von frischer
Außenluft AU ermöglicht.
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Gemäß 6 wird
ein Teil der Außenluft AU am Luftwärmeaustauscher 3 vorbeigeführt.
Dies wird dadurch erreicht, dass das Luftventil L3 den Luftstrom,
der vom Kühl-/Heizregister 2 kommt, reduziert und
einen entsprechenden Anteil von Außenluft AU direkt über
den Luftbypass 47 ansaugt. Das Luftventil L2 ist dann so
geschaltet, dass die Außenluft AU in Strömungsrichtung
gesehen hinter dem Kühl-/Heizregister über das
Luftventil L3 dem Raum 5 zugeführt wird. In diesem
Fall ist der warme Abluftstrom AB größer als der über
den Luftwärmeaustauscher 3 geführte Anteil
der Außenluft AU, und es wird eine Abtauung oder Vereisungsvermeidung
des Luftwärmeaustauschers 3 ermöglicht.
Es wird dabei allerdings der Wärmerückgewinnungsgrad
des Luftwärmeaustauschers 3 vermindert, was am
folgenden Beispiel gezeigt wird:
Fortluft 200 m3/h
(100%), Außenluft 100 m3/h (50%) über
den Luftwärmeaustauscher 3 und 100 m3/h (50%) über
den Luftbypass 47 (insgesamt 200 m3/h), Abluft
200 m3/h (100%), Zuluft 200 m3/h
(100%). Die Bilanz der Massenströme der Außenluft
AU, Fortluft FO, Abluft AB und Zuluft ZU ist somit ausgeglichen, es
wird nur ein Teil der Außenluft AU an den Raum 5 abgegeben,
ohne dass dieser Anteil durch den Luftwärmeaustauscher 3 geführt
wird. Alternativ zu dieser Ausführung kann der Anteil der
Außenluft AU, der nicht über den Luftwärmeaustauscher 3 geleitet
wird, auch vor dem Kühl-/Heizregister 2 für
den Teil der Außenluft AU, der über den Luftwärmeaustauscher
gesaugt wurde, zugeführt werden. Hierfür ist in
vorteilhafter Weise ein weiteres Luftventil L4, das ebenfalls mit
der Regelung 27 verbunden ist, so angesteuert, dass sich
eine entsprechende Aufteilung des Außenluftstroms über
den Luftwärmeaustauscher 3 und den Luftbypass 47 ergibt,
insbesondere ist es vorteilhaft, den Anteil der Außenluft
AU, die über den Luftbypass 47 fließt,
in Abhängigkeit vom Vereisungszustand des Luftwärmeaustauschers 3 zu
regeln. Ein Indikator für den Vereisungszustand des Luftwärmeaustauschers 3 ist
die Temperatur der Fortluft FO. Wird eine drohende Vereisung bzw.
Bereifung erkannt, stellt die Regelung 27 die Luftventile
L2 und L3 oder L2 und L4 so ein, dass der Außenluftstrom
kalter Luft über den Luftwärmeaustauscher 3 reduziert
wird und Außenluft AU direkt über den Luftbypass 47 dem Raum 5 zugeführt
wird. Dadurch wird der Luftwärmeaustauscher 3 mit
weniger Kühlleistung beaufschlagt und die Vereisung vermieden.
Ein Indikator ist – wie bereits beschrieben – die
Temperatur der Fortluft FO. Liegt die Temperatur der Fortluft unter
+1°C oder einem entsprechenden Wert, der geräteabhängig
ermittelt worden ist, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen
+3 und –5°C, wird – wie beschrieben – ein
entsprechender Anteil der Außenluft AU an dem Luftwärmeaustauscher 3 vorbeigeleitet. Alternativ
kann ein Teil der Außenluft AU über andere Öffnungen
zwischen dem Raum 5 und Außen dem Raum 5 zugeführt
werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel entfällt das
Ventil L1 und das Ventil L4 ist vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1731846
A1 [0002]
- - DE 19702903 C2 [0003]
- - DE 19938019 A1 [0004]