DE102007063009B4 - Method for ventilating objects and device for ventilating objects, in particular air conditioning system - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Belüftung von Objekten unter Ausnutzung eines Wärmerückgewinnungssystems (3) mit einem Kreislaufverbundsystem (4) zur energetischen Kopplung zwischen zumindest einem Abluftstrom (AB) und zumindest einem, zumindest einem Verbraucher (R) zuführbaren Zuluftstrom (ZU) über einen Kreislauf (5), bei welchem mittels zumindest einer Wärmepumpe (14), die außerhalb des Kreislaufverbundsystems (4) angeordnet ist, dem Kreislauf (5) des Kreislaufverbundsystems (4) Wärme entzogen wird und dem Zuluftstrom (ZU) in Strömungsrichtung hinter der energetischen, insbesondere wärmetechnischen Kopplung mit dem Abluftstrom (AB) oder zumindest einem aufnehmenden Wärmespeicher oder zumindest einem Verbraucher (R) außerhalb des Kreislaufverbundsystems (4) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (14) dem Kreislauf (5) des Kreislaufverbundsystems (4) über zumindest zwei an den Kreislauf (5) koppelbare Wärmetauscher (PWT1, PWT2) Wärme entzieht, wovon einer im Rücklauf (12) des Kreislaufs (5) vom Abluftstrom (AB) und der andere im Vorlauf zum Abluftstrom (AB) angeordnet ist, wobei in Abhängigkeit von der Außentemperatur die Ankopplung über den ersten oder zweiten Wärmetauscher (PWT1, PWT2) erfolgt.A method for ventilating objects using a heat recovery system (3) with a circulation system (4) for energetic coupling between at least one exhaust air stream (AB) and at least one, at least one consumer (R) supplied supply air (ZU) via a circuit (5), in which by means of at least one heat pump (14), which is arranged outside the circuit composite system (4), the circuit (5) of the circuit composite system (4) heat is withdrawn and the supply air flow (ZU) in the flow direction behind the energetic, in particular heat technology coupling with the Exhaust air stream (AB) or at least one receiving heat storage or at least one consumer (R) outside the circuit composite system (4) is supplied, characterized in that the heat pump (14) the circuit (5) of the circuit composite system (4) via at least two to the circuit (5) coupled heat exchanger (PWT1, PWT2) removes heat, one of which in the back run (12) of the circuit (5) from the exhaust air flow (AB) and the other in the flow to the exhaust air flow (AB) is arranged, wherein in dependence on the outside temperature, the coupling via the first or second heat exchanger (PWT1, PWT2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung von Objekten unter Ausnutzung eines Wärmerückgewinnungssystems mit einem Kreislaufverbundsystem zur energetischen, insbesondere wärmetechnischen Kopplung zwischen zumindest einem Abluftstrom und zumindest einem, zumindest einem Verbraucher zuführbaren Zuluftstrom über einen Kreislauf. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem, umfassend ein Kreislaufverbundsystem mit einem Kreislauf, insbesondere geschlossenem Kreislauf zur energetischen, insbesondere wärmetechnischen Kopplung zwischen einem Zuluftstrom und einem Abluftstrom zur Führung des Zuluftstromes zu mindestens einem Verbraucher.The invention relates to a method for ventilating objects using a heat recovery system with a closed loop system for energetic, in particular heat engineering coupling between at least one exhaust air stream and at least one, at least one consumer feedable supply air flow through a circuit. The invention further relates to a device for ventilation of objects, in particular ventilation system with a heat recovery system, comprising a closed circuit system with a circuit, in particular closed circuit for energetic, especially heat engineering coupling between a supply air and an exhaust air flow to guide the supply air to at least one consumer.
Eine Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage umfasst zumindest einen Abluftstrom führende Kanäle bzw. Rohrleitungen und einen Zuluftstrom führende Kanäle bzw. Rohrleitungen, die wärmetechnisch über ein Kreislaufverbundsystem in Form eines geschlossenen Kreislaufes miteinander gekoppelt sind. Dazu werden jeweils der Abluftstrom und der Zuluftstrom über einen Wärmetauscher geführt, über den ebenfalls im Gegenstromprinzip der geschlossene Kreislauf geführt wird. Die Durchflussrichtung des Mediums im Kreislauf erfolgt dabei vom Zuluftstrom in Richtung des Abluftstromes, wobei diese Richtung als Vorlauf zum Abluftstrom bezeichnet wird und die, die Rücklaufrichtung realisierenden Leitungen als Rücklauf des Kreislaufes zur wärmetechnischen Kopplung zwischen Zu- und Abluftstrom. In diesem Kreislauf sind ferner optional im Rücklauf Einrichtungen vorgesehen, über die, je nach Bedarf, eine zusätzliche Erwärmung des im Kreislauf geführten Mediums oder aber eine Abkühlung erfolgt, indem dieses über Wärmetauscher geführt wird, die mit entsprechenden Heiz- und Kühlkreisläufen wärmetechnisch gekoppelt sind. Die Zuluft wird einem oder mehreren Verbrauchern in Form von Luftnacherhitzern zur Erwärmung von Raumluft zugeführt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, die in der Abluft enthaltene Energie für die Zuluft zu nutzen. Zusätzlich kann durch die genannten Mittel im Rücklauf eine entsprechende Temperierung für die Zuluft vorgenommen werden. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Anlagen, insbesondere in Anwendungsfällen mit hohen Anforderungen an eine gleichmäßige Belüftung von Räumen, welche ganzjährig gewährleistet werden muss, wie beispielsweise in Laboren oder Räumen, in denen unter Reinraumbedingungen gearbeitet wird, besteht darin, dass eine Auslegung der Anlagen auf einen theoretisch möglichen und nur über eine vernachläßigbar kleine Betriebsspanne erforderlichen Spitzenbedarf erfolgen muss. Die vollständige Ausnutzung der über die Anlage zur Verfügung stehenden Leistung erfolgt dadurch nur kurzzeitig, während die Hauptnutzungsdauer derartiger Anlagen über das Jahr betrachtet lediglich durch eine Grundauslastung charakterisiert ist. Aufgrund der für Einzelfälle erforderlichen Überdimensionierung besitzt die Anlage Leistungsreserven, die genutzt werden können.A device for ventilation of objects, in particular air conditioning system comprises at least one exhaust air flow leading channels or pipes and a supply air flow leading channels or pipes, which are thermally coupled together via a closed loop circulation system in the form of a closed circuit. For this purpose, each of the exhaust air flow and the supply air flow are passed through a heat exchanger, is also passed through the closed circuit in countercurrent principle. The direction of flow of the medium in the circulation is carried out by the supply air flow in the direction of the exhaust air flow, this direction is referred to as the flow to the exhaust air and the, the return direction realizing lines as return of the circuit for thermoelectric coupling between supply and exhaust air flow. In this circuit are also optionally provided in the return means, over which, as needed, an additional heating of the recirculating medium or cooling takes place by this is performed via heat exchangers, which are thermally coupled with corresponding heating and cooling circuits. The supply air is supplied to one or more consumers in the form of Luftnacherhitzern for heating room air. This arrangement has the advantage of using the energy contained in the exhaust air for the supply air. In addition, a corresponding temperature for the supply air can be made by the means mentioned in the return. A major disadvantage of such systems, especially in applications with high demands on a uniform ventilation of rooms, which must be guaranteed throughout the year, such as in laboratories or rooms where working under clean room conditions, is that a design of the systems to a theoretical possible and only over a negligible small operating margin required peak demand must be made. The full utilization of the available power through the system is thus only a short time, while the main useful life of such systems over the year viewed only by a basic load is characterized. Due to the over-dimensioning required for individual cases, the system has power reserves that can be used.
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Belüftung von Objekten unter Ausnutzung eines Wärmerückgewinnungssystems mit einem Kreislaufverbundsystem zur energetischen Kopplung zwischen zumindest einem Abluftstrom und zumindest einem, zumindest einem Verbraucher (R) zuführbaren Zuluftstrom über einen Kreislauf, bei welchem mittels zumindest einer Wärmepumpe dem Kreislauf des Kreislaufverbundsystems Wärme entzogen wird und dem Zuluftstrom in Strömungsrichtung hinter der energetischen, insbesondere wärmetechnischen Kopplung mit dem Abluftstrom zugeführt wird, ist aus
Weitere Ausführungen zur Wärmeenergierückgewinnung für unterschiedliche Anwendungszwecke sind aus verschiedenen Druckschriften vorbekannt. Stellvertretend wird auf
In der Druckschrift
Die Druckschrift
Insbesondere in Systemen zur Belüftung von Räumen, wobei hier je nach Einsatzfall bestimmte Anforderungen an die Raumtemperatur und die Einhaltung dieser zu stellen sind, ist es von besonderer Bedeutung bei Ausnutzung von Wärmeenergierückgewinnungssystemen, diese in entsprechender Weise zu steuern so dass die genannten Bedingungen eingehalten werden. Dies ist häufig nur mit sehr hohem zusätzlichen Aufwand und zusätzlichem Energieeintrag zu gewährleisten.In particular, in systems for ventilation of rooms, in which case depending on the application certain requirements for the room temperature and compliance with these are to be set, it is of particular importance when using thermal energy recovery systems to control them in a similar manner so that the conditions mentioned are met. This is often only possible with very high additional effort and additional energy input.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Be- und Entlüftung eines Objektes derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Im Vordergrund steht dabei eine Ausnutzung von Leistungsreserven in den Betriebszuständen der Anlage, in welchen lediglich eine Grundleistungsabdeckung gewährleistet wird. Der konstruktive Aufwand soll dabei gegenüber bestehenden Systemen nicht wesentlich erhöht und der steuerungstechnische Aufwand gering gehalten werden. Ferner ist anzustreben, dass die erfindungsgemäße Lösung auch in bisher bestehende Systeme, die mit Kreislaufverbundsystemen arbeiten, auf einfache Art und Weise nachrüstbar ist.The invention is therefore based on the object, a device and a method for ventilation of an object to further develop such that the disadvantages mentioned are avoided. In the foreground is an exploitation of power reserves in the operating states of the system in which only a basic power coverage is guaranteed. The design effort is not significantly increased compared to existing systems and the control engineering effort is kept low. Furthermore, it is desirable that the solution according to the invention in existing systems that with Circular composite systems work, can be retrofitted in a simple manner.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1, 17 und 20 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.The solution according to the invention is characterized by the features of
Ein Verfahren zur Belüftung von Objekten unter Ausnutzung eines Kreislaufverbundsystems zur energetischen, insbesondere wärmetechnischen Kopplung über einen Kreislauf zwischen zumindest einem Abluft- und zumindest einem, wenigstens einem Verbraucher zuführbaren Zuluftstrom ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer Wärmepumpe dem Kreislauf als Wärmereservoir Wärme entzogen wird und einem aufnehmenden Wärmespeicher oder Verbraucher außerhalb des Kreislaufverbundsystems zugeführt wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die dem Kreislauf entzogene Wärme dem Zuluftstrom in Strömungsrichtung hinter der wärmetechnischen Kopplung mit dem Abluftstrom zugeführt, vorzugsweise über einen oder mehrere Luftnacherhitzer.A method for ventilating objects using a circulation network system for energetic, in particular heat technology coupling via a circuit between at least one exhaust air and at least one, at least one consumer supplied supply air flow is characterized in that by means of at least one heat pump the circuit is removed as heat reservoir heat and a receiving heat storage or consumer is supplied outside of the circuit composite system. According to a particularly advantageous embodiment, the heat withdrawn from the circuit is supplied to the supply air flow in the flow direction behind the heat technology coupling with the exhaust air stream, preferably via one or more Luftnacherhitzer.
Unter Zuluftstrom wird dabei der zur Belüftung von Räumen diesen zugeführte Luftstrom verstanden, der aus der Umgebung als Außenluft oder einem anderen System als Umluft oder bereits als vorbehandelte Luft bereitgestellt und über das Kreislaufverbundsystem erwärmt oder abgekühlt wird.Supply air flow is understood here to mean the air flow supplied to it for ventilation of rooms, which is provided from the environment as outside air or another system as circulating air or already as pretreated air and is heated or cooled via the circulation system.
Unter wärmetechnischer und kältetechnischer Kopplung werden die energetische Kopplung, insbesondere alle Vorgänge der Energie- beziehungsweise Wärmeübertragung, des Wärmedurchganges und der Wärmeleitung zwischen zwei Medien verstanden. Die Kopplung kann direkt zwischen den beiden Medien erfolgen oder indirekt über Übertragungsmittel, beispielsweise ein Fluid.Under thermal and refrigeration coupling the energetic coupling, in particular all processes of energy or heat transfer, the heat transfer and the heat conduction between two media understood. The coupling can take place directly between the two media or indirectly via transmission means, for example a fluid.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Veränderung der Temperaturen innerhalb des Kreislaufes im Kreislaufverbundsystems, welcher jeweils mit dem Zu- und dem Abluftstrom energetisch in Wechselwirkung tritt. Dabei wird das Medium im Kreislauf des Kreislaufverbundsystems in einem Leitungssystem geführt. Dies gilt in Analogie auch für die Volumenströme aus Zu- und Abluft. Durch die Zufuhr der entnommen Wärme entweder zur nach der wärmetechnischen Kopplung vorliegenden Zuluft oder dem Verbraucher ermöglicht es, die ansonsten zur weiteren Behandlung, insbesondere Erwärmung der Zuluft erforderliche Energie erheblich zu verringern. Das Einsparpotential für den Energiebedarf liegt dabei im zweistelligen Prozentbereich. Der Aufwand zur konstruktiven Umsetzung ist relativ gering. Je nach Ausführung kann die Ankoppelung des Kreislaufes der Wärmepumpe an den Kreislauf des Verbundsystems mit geringem Zusatzaufwand frei von Modifikationen in der Leitungsführung des Kreislaufverbundsystems erfolgen.The solution according to the invention makes it possible in a simple manner to change the temperatures within the circuit in the circulation system, which in each case interacts energetically with the supply and exhaust air flow. The medium is guided in the circulation of the circulatory system in a line system. By analogy, this also applies to the volume flows from supply and exhaust air. By supplying the extracted heat either to the present after the heat technology coupling supply air or the consumer makes it possible to significantly reduce the otherwise required for further treatment, in particular heating of the supply air energy. The savings potential for the energy requirement lies in the double-digit percentage range. The effort to constructively implement is relatively low. Depending on the design, the coupling of the circulation of the heat pump to the circuit of the composite system with little additional effort can be done free of modifications in the routing of the circuit composite system.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Wärmepumpe mit dem Kreislauf wahlweise wärmetechnisch koppelbar. Dies besagt, dass diese nicht zwangsläufig immer im Einsatz ist, sondern es auch Betriebszustände geben kann, in welchen der Einfluss der Wärmepumpe nicht erforderlich ist, wobei diese dann in diesen Betriebszuständen abgeschaltet werden kann beziehungsweise wärmetechnisch vom Kreislauf entkoppelt wird.According to a particularly advantageous embodiment, the heat pump can be coupled with the circuit optionally thermally. This means that this is not necessarily always in use, but it can also give operating conditions in which the influence of the heat pump is not required, which can then be turned off in these operating conditions or thermally decoupled from the circuit.
Gemäß einer zweiten Alternative wird mittels zumindest einer Wärmepumpe einem Kreislauf, vorzugsweise Kältekreislauf Wärme entzogen und in das Kreislaufverbundsystem eingebracht. Dies ist insbesondere unter den Randbedingungen von Vorteil, unter denen das System Kreislaufverbundsystem mit Wärmeentzug aus dem Kreislauf mittels Wärmepumpe nicht mehr betreibbar ist, was insbesondere bei Außentemperaturen im Minusbereich der Fall ist.According to a second alternative, by means of at least one heat pump, a circuit, preferably a refrigeration circuit, is deprived of heat and introduced into the circuit assembly system. This is particularly advantageous under the boundary conditions under which the system circuit composite system with heat removal from the circulation by means of heat pump is no longer operable, which is the case especially in outdoor temperatures in the negative region.
Die energetische Kopplung erfolgt im einfachsten Fall durch Führung der Leitungen des Kreislaufes der Wärmepumpe und des Kreislaufverbundsystems über einen Wärmetauscher. Der Aufwand für den Wärmetauscher ist gering.The energetic coupling takes place in the simplest case by guiding the lines of the circuit of the heat pump and the circuit composite system via a heat exchanger. The cost of the heat exchanger is low.
Die Anbindung der Wärmepumpe gemäß der ersten Alternative an den Kreislauf kann örtlich auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Dabei wird im Wesentlichen zwischen zwei Anordnungen unterschieden, einer ersten Anordnung, die durch die wärmetechnische Ankoppelung der Wärmepumpe in Fließrichtung beziehungsweise Strömungsrichtung im Verbundkreislauf vom Zuluftstrom zum Abluftstrom betrachtet im Vorlauf angeordnet ist oder aber in einer weiteren Ausführung in Fließrichtung vom Abluftstrom zum Zuluftstrom, d. h. im Rücklauf angeordnet ist. Der Entzug der Wärmeenergie oder das Einbringen von Energie in diesen Bereichen hat unterschiedliche Folgen. Gemäß der ersten Alternative wird zum einen im Fall der Anordnung im Vorlauf dem im Kreislaufverbundsystem geführten Medium Wärme entzogen und damit die Temperatur des im Kreislaufverbundsystem geführten Mediums gesenkt, was zu einer Erhöhung der Wärmeaufnahme des Verbundkreislaufes beim Durchströmen des Wärmetauschers in der Abluft führt. Zum anderen wird bei Anordnung im Rücklauf des Kreislaufverbundsystems dem im Kreislaufverbundsystem geführten Medium Wärme entzogen und damit die Temperatur des im Kreislaufverbundsystem geführten Mediums gesenkt, wodurch sich der Energiebedarf für die Kühlung des Zuluftstromes reduziert.The connection of the heat pump according to the first alternative to the circuit can be done locally in different ways. In this case, a distinction is essentially made between two arrangements, a first arrangement, which is arranged by the heat engineering coupling of the heat pump in the flow direction or flow direction in the composite circuit from supply air to exhaust air flow in the flow or in a further embodiment in the flow direction from the exhaust air to the supply air, d. H. is arranged in the return. The withdrawal of heat energy or the introduction of energy in these areas has different consequences. According to the first alternative, in the case of the arrangement in the flow, heat is removed from the medium conducted in the circulation system and thus the temperature of the medium guided in the circulation system is lowered, which leads to an increase in the heat absorption of the composite circuit when flowing through the heat exchanger in the exhaust air. On the other hand, in the case of an arrangement in the return of the circulating composite system, heat is removed from the medium conducted in the circulating composite system and the temperature of the medium conveyed in the circulatory system is lowered, thereby reducing the energy required for cooling the supply air flow.
Das Einbringen von Wärme gemäß der zweiten Alternative in den Rücklauf bietet den Vorteil einer zusätzlichen Erwärmung des Kreislaufverbundsystems, vorzugsweise des Rücklaufes bei geringem zusätzlichen Energieeinsatz. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die auslegungsbedingte Maximalleistung des Kreislaufverbundsystems für die Wärmerückgewinnung bereits erreicht ist.The introduction of heat according to the second alternative in the return has the advantage of additional heating of the Circulation composite system, preferably the return at low additional energy input. This is particularly advantageous if the design-related maximum power of the circulation system for the heat recovery has already been reached.
Nachfolgende Ausführungen beziehen sich auf die erste Alternative. Die möglichen Anordnungsmöglichkeiten können nunmehr in optimaler Weise genutzt werden, um bestimmte Betriebszustände hinsichtlich der Energiebilanz zu optimieren. Diese können durch unterschiedliche Temperaturbereiche charakterisiert sein. Im Wesentlichen wird zwischen einem so genannten Sommer- und einem Winterbetrieb unterschieden. Der Sommerbetrieb ist dabei durch Temperaturen über einer vordefinierten Grenztemperatur charakterisiert. Wird eine derartige Temperatur in einer Steuerung für diese Anlage ermittelt, wird die Wärmepumpe automatisch an den Rücklauf zum Zuluftstrom im Kreislaufverbundsystem gekoppelt. In diesem Fall wird eine Absenkung der Temperatur des Mediums im Kreislaufverbundsystem bewirkt, das im Anschluss daran über den Wärmetauscher für den Zuluftstrom fließt und somit eine weitere Abkühlung erfolgt bzw. der Energiebedarf zur Abkühlung des Zuluftstromes sinkt.Subsequent explanations refer to the first alternative. The possible arrangement options can now be used optimally to optimize certain operating conditions in terms of energy balance. These can be characterized by different temperature ranges. In essence, a distinction is made between a so-called summer and a winter operation. Summer operation is characterized by temperatures above a predefined limit temperature. If such a temperature is determined in a controller for this system, the heat pump is automatically coupled to the return to the supply air flow in the circulation system. In this case, a lowering of the temperature of the medium in the circulation system is effected, which then flows through the heat exchanger for the supply air flow and thus further cooling takes place or the energy required to cool the supply air flow decreases.
Im so genannten Winterbetrieb, d. h. bei Temperaturen unterhalb der genannten Grenztemperatur, wird die Wärmepumpe vorzugsweise in den Vorlauf zum Abluftstrom im Kreislaufverbundsystem angekoppelt und damit der theoretisch mögliche Wärmeeintrag von Abluft in den Verbundkreislauf erheblich erhöht, was unter Umständen zu einer Reduzierung eines zusätzlichen Heizbedarfes führt.In the so-called winter operation, d. H. At temperatures below the above limit temperature, the heat pump is preferably coupled in the flow to the exhaust air flow in the circuit system and thus significantly increases the theoretically possible heat input of exhaust air in the composite circuit, which may lead to a reduction of additional heating demand.
Durch die modifizierte Betriebsweise in Abhängigkeit der Umgebungstemperaturen ist es ferner möglich, die in der Abluft und im Verbundkreislauf vorhandene Energie auf optimale Weise zu nutzen und für die entsprechenden Einsatzzwecke einzusetzen.Due to the modified mode of operation as a function of the ambient temperatures, it is also possible to use the available energy in the exhaust air and in the composite circuit in an optimal manner and use for the appropriate purposes.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung kann der Wärmeentzug über die Wärmepumpe bedarfsabhängig zur Zufuhr zum Zuluftstrom in Strömungsrichtung hinter der wärmetechnischen Kopplung mit dem Abluftstrom und/oder zu einem oder mehreren Verbrauchern geführt werden. Die Zuführung kann dabei direkt über zumindest einen Wärmetauscher im Kältemittelkreislauf erfolgen oder aber indirekt mit Hilfe eines Zwischenkreises, der optional über eine zusätzliche von der Wärmepumpe unabhängige Wärmeversorgung verfügt. Beide Lösungen bieten den Vorteil, dass lediglich die tatsächlich erforderliche Energie dem Kreislaufverbundsystem entzogen wird und gegebenenfalls kein zusätzlicher Energieeintrag erforderlich ist. Die zweite Lösung bietet zusätzlich den Vorteil, dass bei Ausfall der Wärmepumpe die Versorgung der Verbraucher sichergestellt ist.According to a particularly advantageous further development, the heat removal via the heat pump can be performed as needed for supply to the supply air flow in the flow direction behind the heat technology coupling with the exhaust air flow and / or to one or more consumers. The supply can be carried out directly via at least one heat exchanger in the refrigerant circuit or indirectly by means of an intermediate circuit, which optionally has an additional independent from the heat pump heat supply. Both solutions have the advantage that only the energy actually required is withdrawn from the circuit composite system and optionally no additional energy input is required. The second solution also has the advantage that the supply of the consumers is ensured in the event of failure of the heat pump.
Sind beispielsweise eine Mehrzahl von Verbrauchern vorgesehen, die mit einem zentralen Heizkreislauf wärmetechnisch gekoppelt sind, wird die mittels einer Wärmepumpe dem Kreislaufverbundsystem entzogene Wärme dem zentralen Heizkreislauf zugeführt. Die zentrale Lösung bietet den Vorteil, dass lediglich eine Temperatur im Heizkreislauf zu steuern und/oder zu regeln ist. Der konstruktive und steuerungstechnische Aufwand ist gering und das System kann um weitere Verbraucher beliebig erweitert werden.For example, if a plurality of consumers are provided, which are thermally coupled with a central heating circuit, the heat extracted by means of a heat pump the circuit composite system heat is supplied to the central heating circuit. The central solution has the advantage that only one temperature in the heating circuit is to be controlled and / or regulated. The design and control engineering effort is low and the system can be extended by more consumers as desired.
In einer anderen alternativen Ausführung ist eine Mehrzahl von Verbrauchern vorgesehen, die jeweils mit einem Heizkreislauf wärmetechnisch gekoppelt sind. Die mittels einer Wärmepumpe dem Kreislaufverbundsystem entzogene Wärme wird dann den einzelnen Heizkreisläufen zugeführt.In another alternative embodiment, a plurality of consumers is provided, which are each thermally coupled with a heating circuit. The extracted by a heat pump the circulation system composite heat is then fed to the individual heating circuits.
In einer besonders vorteilhaften Anwendung wird der nach der energetischen Kopplung des Zuluftstromes mit dem Abluftstrom über das Kreislaufverbundsystem vorliegende Zuluftstrom zumindest einem, mit einem Heizkreislauf koppelbaren Luftnacherhitzer zugeführt und die mittels einer Wärmepumpe dem Kreislaufverbundsystem entzogene Wärme dem Heizkreislauf zur Verringerung des für die Luftnacherhitzer erforderlichen Energieeintrages zugeführt. Die Wärmepumpe wird dann in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit einer gewünschten oder erforderlichen Vorlauftemperatur im Heizkreislauf gesteuert.In a particularly advantageous application, the supply air flow present after the energetic coupling of the supply air stream with the exhaust air stream via the circulating composite system is fed to at least one air heater which can be coupled to a heating circuit and the heat extracted from the circulation system by means of a heat pump is supplied to the heating circuit for reducing the energy input required for the air secondary heaters , The heat pump is then controlled in an advantageous manner depending on a desired or required flow temperature in the heating circuit.
Die Wärmepumpe ist vorzugsweise als Kompressionswärmepumpe ausgeführt. Diese ist einfach in ein bestehendes System zu integrieren. Bei dieser handelt es sich um eine maschinelle Anlage, die unter Aufwendung mechanischer Antriebsenergie einem auf relativ niedrigen Temperaturniveau befindlichen Wärmereservoir Energie, insbesondere Wärme entzieht und einem anderen, bereits ein höheres Temperaturniveau aufweisenden Wärmespeicher, zuführt, der dann erwärmt wird. Die Wärmepumpe besteht aus einem Kompressor (Verdichter), einem Verdampfer, Kondensator und Expansionsventil. Zum Antrieb des Verdichters ist eine entsprechende Antriebsmaschine vorzusehen. Zwischen diesen Komponenten wird ein Kältemittelkreislauf geführt. Dabei befindet sich der Verdampfer mit dem niedriger temperierten Wärmereservoir, hier dem Kreislauf des Kreislaufverbundsystems im Wärmeaustausch. Der Kältemitteldampf wird vom Kompressor angesaugt und verdichtet, wodurch der Dampf auf ein höheres Temperaturniveau verbracht wird. Dieser wird dann im Anschluss im Kondensator durch Abkühlung wieder verflüssigt. Die dabei freiwerdende Wärmeenergie wird an die höher temperierten Wärmespeicher abgegeben. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die dem Verbundkreislauf entzogene Wärme dabei in ein zentrales Wärmeversorgungssystem für Nachlufterhitzer eingebracht.The heat pump is preferably designed as a compression heat pump. This is easy to integrate into an existing system. This is a mechanical system that extracts energy, in particular heat, from a heat reservoir located at a relatively low temperature level using mechanical drive energy and supplies it to another heat store which already has a higher temperature level, which is then heated. The heat pump consists of a compressor, an evaporator, a condenser and an expansion valve. To drive the compressor, a corresponding drive machine is provided. Between these components, a refrigerant circuit is guided. Here, the evaporator with the lower-temperature heat reservoir, here the circulation of the circulation system in the heat exchange. The refrigerant vapor is drawn in and compressed by the compressor, causing the vapor to rise to a higher temperature level. This is then liquefied again by cooling in the condenser. The released heat energy is transferred to the higher tempered heat storage issued. According to a particularly preferred embodiment, the heat removed from the composite circuit is introduced into a central heat supply system for after air heaters.
Bezüglich der konstruktiven Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Diese ist jedoch zumindest durch die Führung eines Zuluftstromes und die Führung eines Abluftstromes charakterisiert. Die Führung erfolgt dabei über ein Rohrleitungs- oder Kanalsystem. Beide Luftströme sind wenigstens mittelbar, d. h. nicht direkt, sondern über einen oder mehrere Wärmetauscher miteinander verbunden. Der Verbundkreislauf ist mit einem Trägermedium befüllt, das in diesem umläuft und durch Wärmeübergang und Wärmeübertragung die Wärme aus dem Abluftstrom oder Zuluftstrom entnimmt bzw. diesem Wärme zuführt. Dies ist abhängig von der jeweiligen Temperaturdifferenz zwischen Zuluft und Medium im Verbundkreislauf bzw. Abluft und Medium im Verbundkreislauf. Die Wärmepumpe wird in einfacher Art und Weise über einen oder mehrere Wärmetauscher in das System integriert. Die Anbindung der Wärmepumpe erfolgt entweder direkt mit Hilfe des Kältemittelkreislaufes oder indirekt durch Einsatz eines Zwischenmediums, z. B. Wasser. Die Anordnung ist flexibel und kann relativ einfach nachgerüstet werden. Zusätzliche Leitungsverbindungen sind lediglich für die Kreisläufe der Wärmepumpe erforderlich. Das Kreislaufverbundsystem kann unverändert bestehen bleiben. Die Ankopplung an den Verbraucher beziehungsweise Wärmespeicher kann dabei ebenfalls direkt oder indirekt erfolgen. Die Anbindung der Wärmepumpe erfolgt entweder direkt mit Hilfe des Kältemittelkreislaufes oder indirekt durch Einsatz eines Zwischenmediums, z. B. Wasser.With regard to the structural design of the solution according to the invention, there are a number of possibilities. However, this is characterized at least by the leadership of a supply air flow and the leadership of an exhaust air flow. The guidance takes place via a pipeline or canal system. Both air streams are at least indirect, d. H. not connected directly, but via one or more heat exchangers. The composite circuit is filled with a carrier medium which circulates in this and by heat transfer and heat transfer removes the heat from the exhaust air stream or supply air or supplies this heat. This depends on the respective temperature difference between supply air and medium in the composite circuit or exhaust air and medium in the composite circuit. The heat pump is easily integrated into the system via one or more heat exchangers. The connection of the heat pump takes place either directly with the help of the refrigerant circuit or indirectly by using an intermediate medium, for. B. water. The arrangement is flexible and can be retrofitted relatively easily. Additional line connections are only required for the circuits of the heat pump. The circulatory system can remain unchanged. The coupling to the consumer or heat storage can also be done directly or indirectly. The connection of the heat pump takes place either directly with the help of the refrigerant circuit or indirectly by using an intermediate medium, for. B. water.
Durch entsprechende Leitungsführung zur Anbindung der Wärmepumpe, insbesondere deren Anbindungen, sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar. Gemäß einer ersten Ausführung kann die Ankopplung an den Vorlauf des Verbundkreislaufes zwischen Zuluftstrom und Abluftstrom erfolgen, gemäß einer zweiten Ausführung im Rücklauf, d. h. in Durchlaufrichtung zwischen Abluftstrom und Zuluftstrom. Gemäß einer weiteren dritten Ausführung erfolgt die Anbindung im Vor- und Rücklauf.By appropriate wiring for connecting the heat pump, in particular their connections, a variety of possibilities are conceivable. According to a first embodiment, the coupling to the flow of the composite circuit between supply air and exhaust air flow, according to a second embodiment in the return, d. H. in the direction of passage between the exhaust air flow and supply air flow. According to another third embodiment, the connection takes place in the flow and return.
Konstruktiv können die einzelnen Betriebszustände entweder mit nur einem oder aber mehreren Wärmetauschern im Kreislauf des Kreislaufverbundsystems realisiert werden. Der Kreislauf des Kreislaufverbundsystems weist dazu gemäß einer ersten Ausführung ein Leitungssystem und Mittel zur Steuerung des Strömungsweges des Mediums im Leitungssystem auf. Der einzelne Wärmetauscher ist im Leitungssystem derart integriert, dass dieser in einer ersten Betriebsweise im Rücklauf des Kreislaufes zur wärmetechnischen Kopplung zwischen Abluftstrom und Zuluftstrom angeordnet ist und die Führung des Mediums im Kreislauf über den Wärmetauscher im Rücklauf zur wärmetechnischen Kopplung zwischen Abluftstrom und Zuluftstrom erfolgt. In einer zweiten Betriebsweise befindet sich durch Betätigung der Mittel zur Steuerung des Strömungsweges der Wärmetauscher im Vorlauf des Kreislaufes zur wärmetechnischen Kopplung zwischen Zuluftstrom und Abluftstrom. Die Führung des Mediums im Kreislauf erfolgt über den Wärmetauscher im Vorlauf der wärmetechnischen Kopplung zwischen Zuluftstrom und Abluftstrom.Constructively, the individual operating states can be realized either with only one or more heat exchangers in the circuit of the circuit composite system. According to a first embodiment, the circuit of the circuit composite system has a line system and means for controlling the flow path of the medium in the line system. The individual heat exchanger is integrated in the line system such that it is arranged in a first mode in the return flow of the circuit for thermal coupling between the exhaust air and supply air and the medium is carried in the circuit through the heat exchanger in the return to the thermal coupling between exhaust air and supply air. In a second mode of operation is by actuation of the means for controlling the flow path of the heat exchanger in the flow of the circuit for thermoelectric coupling between supply air and exhaust air flow. The medium is circulated through the heat exchanger in the flow of the heat technology coupling between supply air and exhaust air flow.
Gemäß einer zweiten Ausführung sind zwei Wärmetauscher vorgesehen, wobei ein erster Wärmetauscher im Rücklauf und ein zweiter Wärmetauscher im Vorlauf des Kreislaufes zur wärmetechnischen Kopplung zwischen Zuluft- und Abluftstrom angeordnet sind. Der Kreislauf der Wärmepumpe umfasst ein Leitungssystem, das über beide Wärmetauscher führt und Mittel zur Steuerung des Strömungsweges des Mediums im Leitungssystem. In einer ersten Betriebsweise wird der Kreislauf der Wärmepumpe über den ersten Wärmetauscher geführt und in einer zweiten Betriebsweise über den zweiten Wärmetauscher.According to a second embodiment, two heat exchangers are provided, wherein a first heat exchanger in the return and a second heat exchanger in the flow of the circuit for thermoelectric coupling between supply and exhaust air flow are arranged. The heat pump cycle includes a conduit system passing over both heat exchangers and means for controlling the flow path of the medium in the conduit system. In a first mode of operation, the circulation of the heat pump is conducted via the first heat exchanger and in a second mode of operation via the second heat exchanger.
Die erfindungsgemäße Lösung wird in besonders vorteilhafter Ausführung in eine Steuerung und/oder Regelung zur Regelung der Vorlauftemperatur in einem, einem Luftnacherhitzer zugeordneten Kreislauf verwendet. Dabei wird eine Sollgröße für die entsprechende Vorlauftemperatur gesetzt und mit der aktuellen Ist-Größe verglichen. Bei Abweichung wird je nach Ausführung eine Stellgröße generiert, die der Ansteuerung der Stelleinrichtung der Wärmepumpe dient und den Energieentzug in der erforderlichen Höhe realisiert, dass die Vorlauftemperatur wieder eingestellt ist. Durch diese Lösung wird in optimaler Weise die zur Verfügung stehende Energie im System genutzt. Dadurch können, in Summe gesehen, Energieeinsparungen im zweistelligen Prozentbereich erzeugt werden. Dies ist insbesondere bei Großanlagen von Vorteil, die durch die Versorgung einer Vielzahl von Einzelobjekten charakterisiert sind und einen sehr hohen Durchsatz pro Zeiteinheit aufweisen.The solution according to the invention is used in a particularly advantageous embodiment in a control and / or regulation for controlling the flow temperature in a, a Luftnacherhitzer associated cycle. In this case, a target value for the corresponding flow temperature is set and compared with the current actual size. In case of deviation, a manipulated variable is generated depending on the design, which serves to control the actuator of the heat pump and realizes the energy withdrawal in the required height that the flow temperature is set again. This solution optimally uses the available energy in the system. As a result, energy savings in the double-digit percentage range can be generated. This is particularly advantageous in large plants, which are characterized by the supply of a variety of individual objects and have a very high throughput per unit time.
Auch nach einer Ausführung gemäß der zweiten Alternative, insbesondere der kältetechnischen Kopplung der Wärmepumpe an den Kreislauf, kann die Kopplung schaltbar, d. h. wahlweise erfolgen. Ferner erfolgt die Anbindung über zumindest einen Wärmetauscher an den Rücklauf des Kreislaufes.Even after an embodiment according to the second alternative, in particular the refrigeration coupling of the heat pump to the circuit, the coupling can be switched, d. H. optionally done. Furthermore, the connection via at least one heat exchanger to the return of the circuit.
Zur Realisierung der ersten und zweiten Alternative können jeweils eine oder mehrere Wärmepumpen vorgesehen werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung mit hoher Funktionskonzentration wird jedoch nur eine Wärmepumpe für beide Alternativen verwendet. Diese ist wahlweise über entsprechende Mittel, insbesondere Ventileinrichtungen an einen Kreislauf, vorzugsweise Kältekreislauf als Wärmequelle oder Heizkreislauf als Wärmesenke ankoppelbar, wobei jeweils nur eine Betriebsweise gemäß der ersten oder zweiten Alternative wahlweise möglich ist.To realize the first and second alternative, one or more heat pumps can be provided in each case. According to a particularly advantageous embodiment with high functional concentration, however, only one heat pump for both alternatives used. This is optionally via appropriate means, in particular valve devices to a circuit, preferably a refrigeration cycle as a heat source or heating circuit coupled as a heat sink, only one mode of operation according to the first or second alternative is optionally possible.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:The solution according to the invention is explained below with reference to figures. It details the following:
Die
Der Abluftstrom AB und der Zuluftstrom ZU werden dabei jeweils über zumindest einen Wärmetauscher
Über das Kreislaufverbundsystem
Ohne weitere Modifizierung weist eine derartige Anlage, die dem Stand der Technik entsprechen würde, Leistungsreserven bei Außentemperaturen größer 0°C bis zu einer Grenztemperatur TG auf, die in der Anwendung zur Raumerwärmung bei etwa 15°C liegt. Erfindungsgemäß werden diese durch Anbindung einer Wärmepumpe
Bei der Wärmepumpe
Gemäß einer ersten Ausführung ist die Wärmepumpe
Die erste Betriebsweise I ist dabei in der
In der ersten Betriebsweise I, dem sogenannten Sommerbetrieb, welcher bei Außentemperaturen für den Zuluftstrom ZU größer einer Grenztemperatur, beispielsweise > 15°C erfolgt, wird der erste Plattenwärmetauscher PWT1 in Betrieb genommen, das heißt, die Wärmepumpe
Demgegenüber verdeutlicht die in der
Die Durchflussrichtungen im Kreislauf
Verdeutlichen die
Die
Diese ist durch eine bestimmte Stellung eines Regelventils RV in der Kopplung des Luftnacherhitzers LNE mit dem Heizkreislauf
Die
Die
Die
Der Grundaufbau der Vorrichtung entspricht dem in
Die
In beiden Lösungen gemäß der
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf den dargestellten Anwendungsfall beschränkt. Andere Ausführungen sind denkbar. Besondere Vorteile bietet die erfindungsgemäße Lösung in Anwendungsfällen zur Belüftung von Gebäuden, bei denen konstante Temperaturen über den gesamten Jahreszeitraum gefordert sind, beispielsweise Laboren etc.The solution according to the invention is not limited to the illustrated application. Other versions are conceivable. The solution according to the invention offers particular advantages in applications for ventilating buildings in which constant temperatures are required over the entire period of the year, for example laboratories, etc.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Vorrichtung zur Belüftung eines RaumesDevice for ventilating a room
- 22
- lufttechnische Anlageventilation system
- 33
- Wärmerückgewinnungssystemheat recovery system
- 44
- KreislaufverbundsystemCirculation system
- 55
- Kreislaufcirculation
- 66
- Wärmetauscherheat exchangers
- 7.1, 7.27.1, 7.2
- Wärmetauscherheat exchangers
- 88th
- Mittelmedium
- 99
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1010
- Wärmetauscherheat exchangers
- 1111
- Vorlaufleader
- 1212
- Rücklaufreturns
- 1414
- Wärmepumpeheat pump
- 1515
- Heizkreislaufheating circuit
- 1616
- Vorlaufleader
- 1717
- Kreislaufcirculation
- 1818
- Mittel zur wahlweisen Ankoppelung der Wärmepumpe an die Wärmetauscher PWT1, PWT2Means for selectively coupling the heat pump to the heat exchangers PWT1, PWT2
- 1919
- Steuer- und/oder RegelvorrichtungControl and / or regulating device
- 2020
- Mittelmedium
- 20.1, 20.2, 20.320.1, 20.2, 20.3
- Steuerventil, 3/2-WegeventilControl valve, 3/2-way valve
- 2121
- Rücklaufreturns
- 2222
- KältekreislaufRefrigeration circuit
- 2323
- Ventileinrichtungvalve means
- 2424
- Ventileinrichtungvalve means
- BB
- Befeuchterhumidifier
- ABFROM
- Abluftstromexhaust air flow
- FOFO
- FortluftstromFort airflow
- VZUVZU
- Ventilator ZuluftFan supply air
- VABVAB
- Ventilator AbluftFan exhaust air
- ZUTO
- Zuluftstromsupply air flow
- AUAU
- AußenluftstromOutside air flow
- KK
- KühlkreislaufCooling circuit
- WW
- Heizkreislaufheating circuit
- P P
- Pumpepump
- LNE1, LNE2, LNEnLNE1, LNE2, LNEn
- LuftnacherhitzerAir reheat
- PWT1PWT1
- Wärmetauscherheat exchangers
- PWT2PWT2
- Wärmetauscherheat exchangers
- AB-GAB-G
- AbluftgerätExhaust fan
- ZU-GTRAIN
- Zuluftgerätsupply air
- RR
- Raumroom
- RV1, RV2, RVn RV1, RV2, RVn
- Regelventilcontrol valve
- R1–RnR1-Rn
- Abnehmer, RaumCustomer, room
- I I
- erste Betriebsweisefirst mode of operation
- II II
- zweite Betriebsweisesecond mode of operation
- TZU TZU
- Temperatur ZuluftTemperature supply air
- TGTG
- Grenztemperaturlimit temperature
- T-SollDesired T
- Sollwert für RaumtemperaturSetpoint for room temperature
- TVTV
- Vorlauftemperaturflow temperature
- TV-SollTV set
-
Sollwert der Vorlauftemperatur im Heizkreislauf
15 Setpoint of the flow temperature in theheating circuit 15 - TVist TV is
-
Istwert der Vorlauftemperatur im Heizkreislauf
15 Actual value of the flow temperature in theheating circuit 15 - V V
- Verdichtercompressor
- Y18, Y20.1Y18, Y20.1
- Stellgrößemanipulated variable
- Y20.2, Y20.3Y20.2, Y20.3
- Stellgrößemanipulated variable
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