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Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung, insbesondere für raumlufttechnische (RLT)-Anlagen oder in Anlagen zur Erzeugung von Kaltluft für Kühlprozesse.
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In vorgenannten Anlagen wird Luft thermisch behandelt und eine Grundfunktion dieser Anlagen besteht darin, Luft zu kühlen, um diese als Kaltluft für Klimatisierungszwecke oder andere Prozesse der Kühlung einsetzen zu können.
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Eine wichtige Komponente derartiger Anlagen bildet dabei der Luft-Wärmeübertrager, in welchem die Luft gekühlt wird. Als Wärme aufnehmendes Fluid kann dabei ein Kältemittel oder eine Kühlsole eingesetzt werden. Je nach Dimensionierung der raumlufttechnischen Anlagen in Abhängigkeit von den benötigten Kaltluftvolumenströmen sind die Luft-Wärmeübertrager als Komponenten zum Teil mannshoch ausgebildet und es entsteht ein nicht unerheblicher technischer und konstruktiver Aufwand, diese Wärmeübertrager effizient in die raumlufttechnischen Anlagen und diese in die Gebäude zu integrieren.
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Im Stand der Technik werden derartige Wärmeübertrager mittels schwerer Luftumlenkhauben in die RLT-Gesamtanlage integriert. Die Ventilatoren zur Förderung der zu kühlenden oder der gekühlten Luft sind dabei schräg angeordnet und es ergeben sich somit keine optimalen Betrieb-, Wartungs- und Reparaturbedingungen für diese Anlagenteile.
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Die Luft-Wärmeübertrager zur Kühlung von Luft werden überwiegend unterhalb des Taupunktes der zu kühlenden Luft betrieben, sodass sich an den Wärmeübertragern Wasser als Kondensat abscheidet, welches sich bei Wärmeübertragertemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes als Eis am Wärmeübertrager ablagert. Eine daraus resultierende Forderung an gattungsgemäße Wärmeübertrager besteht nunmehr darin, die Luft-Wärmeübertrager in regelmäßigen Abständen zur Erhaltung der Effizienz der Wärmeübertragung abzutauen und das dabei frei werdende Kondensat abzuführen. Dafür ist in aller Regel zusätzliche Energie in Form von Heizenergie erforderlich, um das Abtauen des Wärmeübertragers zeiteffizient zu bewerkstelligen.
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Ein Nachteil der im Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Systeme besteht häufig darin, dass die durch zusätzliche Heizpatronen in den Luft-Wärmeübertragern integrierten Abtauvorrichtungen nicht energieeffizient arbeiten, weil ein Teil der eingebrachten Heizenergie entweicht, ohne das Abtauen des gefrorenen Kondensates zu bewirken.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Wärmeübertrageranordnung zur Verfügung zu stellen, die materialsparend und energieeffizient ist und zudem wartungsfreundlich konstruiert ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmeübertrageranordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Konzeptionsgemäß wird die Aufgabe insbesondere durch eine Wärmeübertrageranordnung gelöst, welche aus einem in einer thermisch isolierten kammerartigen Umhausung angeordneten Luft-Wärmeübertrager besteht. Der Luft-Wärmeübertrager weist darüber hinaus eine Abtauvorrichtung auf und es ist weiterhin in der kammerartigen Umhausung ein Ventilator zur Förderung der Luft vorgesehen. Die kammerartige Umhausung bildet einen Teil des Luftströmungsraumes und wird durch den Luft-Wärmeübertrager in einen Anströmraum und einen Abströmraum in Bezug auf die Wärmeübertragung segmentiert.
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Eine erfindungsgemäße Besonderheit des Luft-Wärmeübertragers besteht darin, dass dieser verstellbare Klappen aufweist, die auf einer Lufteintritts- und Luftaustrittsseite den Luftströmungspfad durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch regulier- und absperrbar ausbildet angeordnet sind.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Klappen des Luftwärmeübertragers thermisch isoliert ausgebildet. Besonders hervorzuheben ist, dass die Klappen eine Doppelfunktion aufweisen, da diese zum einen der Luftumlenkung während des Kühlbetriebes der Wärmeübertrageranordnung und zum anderen während des Abtaubetriebes der thermischen Isolierung des Luft-Wärmeübertragers für eine effiziente Abtauung dienen. Somit wird insgesamt die Energieeffizienz der raumlufttechnischen Komponente erhöht.
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Die kammerartige Umhausung weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine begehbare Bodenplatte auf, die im Bereich des Anströmraumes luftdurchlässig als Ansaugbereich für die kammerartige Umhausung ausgebildet ist.
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Der Ventilator ist bevorzugt im Abströmraum der kammerartigen Umhausung angeordnet, sodass der Luftstrom über den Ansaugbereich in der begehbaren Bodenplatte in den Anströmraum der Umhausung gelangt. Durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch wird die Luft in den Abströmraum der Umhausung zum Ansaugbereich des Ventilators geleitet. Der Ventilator ist dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auf der Bodenplatte angeordnet und kann druckseitig direkt mit einem Lüftungsrohr verbunden werden.
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Um die Wärmeübertrageranordnung inspizieren, warten und reparieren zu können, ist in der kammerartigen Umhausung eine Inspektionstür vorgesehen.
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Weiterhin ist vorteilhaft am Luft-Wärmeübertrager eine Abtauvorrichtung mit einem Kondensatablauf ausgebildet. Eine der Möglichkeiten der Beheizung der Abtauvorrichtung besteht darin, dass Heizstäbe in den Luft-Wärmeübertrager integriert sind. Die Abtauvorrichtung mit dem Kondensatablauf sind über die Inspektionstür erreichbar.
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Eine konstruktive Besonderheit besteht darin, dass die kammerartige Umhausung aus einem Grundrahmen aufgebaut ist an dem Elemente aus Isoliermaterial angeordnet sind.
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Nach einer vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Grundrahmen Halterungen als Hängestangen ausgebildet, wodurch die kammerartige Umhausung an einer Gebäudedecke hängend montierbar ist. Selbstverständlich kann die Wärmeübertrageranordnung entsprechend der baulichen Gegebenheiten auch auf einem geeigneten Untergrund stehen.
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Die Luftströmungsrichtung beim Eintritt in und beim Austritt aus der kammerartigen Umhausung ist vorteilhaft in entgegengesetzter Richtung parallel und vertikal ausgebildet. Hingegen ist die Luftströmungsrichtung durch den Luft-Wärmeübertrager hindurch horizontal, wobei die beiden Klappen des Luft-Wärmübertragers beim Lufteintritt und Luftaustritt die Luftführung, Luftumlenkung und die Luftmengendosierung bewirkend positionierbar sind. Dazu ist es vorteilhaft, die Klappen, über geeignete Motoren angetrieben, bewegbar auszubilden.
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Somit ist die Klappenstellung während des Betriebs der raumlufttechnischen Anlage in das Steuerungs- und Regelungskonzept der Anlage einbindbar und es wird eine optimale Luftverteilung und ein optimales Abtauverhalten erreicht.
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Die Klappen sind für das Abtauen des Luft-Wärmeübertragers derart vorteilhaft den Luft-Wärmeübertrager nach außen thermisch isolierend positionierbar, dass die Lufteintritts- und Luftaustrittsseite des Luft-Wärmeübertragers vollständig abgedeckt sind. Damit wird erreicht, dass beim Abtauen des Wärmeübertragers dieser nach außen hin derart thermisch isoliert ist, dass die Heizenergie, welche über die Abtauvorrichtung in den Luft-Wärmeübertrager zum Abtauen eingebracht wird, beinahe vollständig für den Abtauprozess genutzt werden kann.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Warmeübertrageranordnung bestehen in der einfachen konstruktiven Ausführung und Einbindung des Luft-Wärmeübertragers und der Wärmeübertrageranordnung in die raumlufttechnische Gesamtanlage, wobei eine gute Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit erreichbar ist. Besonders hervorzuheben ist, dass die Heizenergie für das Abtauen des Wärmeübertragers in ihrer Effizienz deutlich gegenüber Ausgestaltungen nach dem Stand der Technik verbessert ist und somit der Energieeinsatz zum Abtauen deutlich reduziert ist. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes der den Luftpfad begrenzenden Platten besteht darin, dass beim Abtauen auch keine Feuchtigkeit den Wärmeübertrager als Dampf verlassen kann und somit die Feuchtigkeit vollständig als Flüssigkeit über die Ablaufvorrichtung der Abtauvorrichtung die Wärmeübertrageranordnung verlässt. Damit wird das im Wärmübertrager akkumulierte Kondensat wirksam aus dem Luftkreislauf entfernt und belastet auch nicht während des Abtauens als Dampf oder Feuchtigkeit den nachfolgenden Ventilator und die angrenzenden Luftströmungsräume.
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Weiterhin wird für die Wärmeübertrageranordnung weniger Material benötigt, die Komponente und damit auch die Gesamtanlage wird leichter und materialeffizienter ausführbar, was sich positiv auf die Statik der Gesamtanlage und die Möglichkeiten der Einbindung einer raumlufttechnischen Anlage in ein Bauwerk auswirkt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
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1: Querschnitt einer Wärmeübertrageranordnung und
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2: Dreidimensionale Skizze einer Wärmeübertrageranordnung.
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In 1 ist eine Wärmeübertrageranordnung 1 im Schnitt dargestellt. Die Wärmeübertrageranordnung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Umhausung 3, in welcher der Luft-Wärmeübertrager 2 platziert ist. Die Umhausung 3 selbst wird nach unten abgeschlossen durch eine Bodenplatte 8. Die Umhausung 3 ist nach der Seite und nach Oben thermisch isoliert ausgeführt. Eine konstruktive Besonderheit besteht darin, dass die Umhausung 3 in Folge der Größe des Luftwärmeübertragers 2 als eine begehbare Zelle als Komponente der raumlufttechnischen Anlage ausgeführt ist. Zu diesem Zweck ist eine in 2 dargestellte Inspektionstür 9 in der Umhausung 3 vorgesehen.
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Der konstruktive Aufbau der kammerartigen Umhausung 3 ist in der dargestellten Ausführung aus einem Grundrahmen und an diesem angeordneten Isolationselementen ausgeführt. Am Grundrahmen sind zudem Halterungen 7 als Hängstangen vorgesehen, wodurch die gesamte Wärmeübertrageranordnung 1 hängend an einem Bauwerk angeordnet werden kann. Hierdurch können Bauvolumen genutzt werden, die anders schwierig zu nutzen sind.
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Der Luft-Wärmeübertrager 2 segmentiert die kammerartige Umhausung 3 in einen Anströmraum 11 und einen Abströmraum 12 für die zu konditionierende Luft, deren Strömungsrichtung 6 schematisch mittels Pfeilen dargestellt ist.
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Durch die Segmentierung der kammerartigen Umhausung 3 in die beiden Strömungsräume 11, 12 wird die kammerartige Umhausung 3 selbst zu einem Teil der Strömungsleiteinrichtung der raumlufttechnischen Anlage. Der Luft-Wärmeübertrager 2 weist über die Bereiche der Lufteintrittsöffnung und der Luftaustrittsöffnung sich erstreckende motorisch verstellbare Klappen 4 auf.
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Mit den Klappen 4 kann der Luftströmungspfad des Luft-Wärmeübertragers 2 vollständig geschlossen werden, sodass ein Durchströmen des Wärmeübertragers 2 mit Luft stark reduziert beziehungsweise ausgeschlossen werden kann. Dies ist von besonderer Bedeutung im Falle des Abtauvorganges für den Luft-Wärmeübertrager 2. In diesem Betriebszustand sind die Klappen 4 geschlossen und der Luftströmungspfad durch den Wärmeübertrager 2 ist vollständig abgesperrt. Dadurch wird verhindert, dass der Luft-Wärmeübertrager 2 während des Abtauvorganges von Luft durchströmt und mit der Luft Wärme und Feuchtigkeit aus dem Wärmeübertrager heraustransportiert wird. Damit ist auch weitgehend gesichert, dass die während des Abtauvorganges in den Wärmeübertrager 2 mittels der Abtauvorrichtung 10 eingebrachte Heizenergie überwiegend für das Abtauen des gefrorenen Kondensats benutzbar ist, was die Energieeffizienz der Anlage erheblich verbessert.
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Zur weiteren Verbesserung der Energieeffizienz sind die Klappen 4 thermisch isoliert oder selbst als Isolationselemente ausgebildet. Die Abtauvorrichtung 10 besteht aus einer Heizeinrichtung, im Ausgestaltungsbeispiel den Heizelementen die in den Luft-Wärmeübertrager 2 integriert sind und aus einer Kondensatablaufwanne, durch welche der Abtransport des beim Abtauvorgang schmelzenden Kondensats gezielt erfolgt.
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Die Bodenplatte 8 der Umhausung 3 trägt den Luft-Wärmeübertrager 2 sowie den Ventilator 5. Der Ventilator 5 ist damit horizontal auf der Bodenplatte 8 angeordnet und fördert Luft durch eine Ausnehmung in der Bodenplatte 8 hindurch in das in 1 angedeutete Lüftungsrohr 13, durch welches die gekühlte Luft dann in der raumlufttechnischen Anlage weiter genutzt beziehungsweise verteilt wird.
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Der Ventilator 5 ist in der dargestellten Ausführung der Wärmeübertrageranordnung 1 im Abströmraum 12 platziert. Die Bodenplatte 8 weist im Bereich des Anströmraumes 11 Öffnungen als schraffiert dargestellten Ansaugbereich für die Umhausung 3 auf, durch welchen Luft von unten in die kammerartige Umhausung 3 einströmen kann. Die Luftströmungsrichtung 6 deutet mittels der Pfeile die Strömung der Luft in der 1 an. Die zu kühlende Luft tritt somit über die gitterartigen Öffnungen in der Bodenplatte 8 im Anströmraum 11 in die kammerartige Umhausung 3 ein, wird mittels der Klappe 4 im Anströmraum 11 umgelenkt, durch den Wärmeübertrager 2 hindurch von der im Abströmraum 12 angeordneten und positionierten Klappe 4 wiederum umgelenkt und vom Ventilator 5 angesaugt, verdichtet und nach unten durch die Bodenplatte 8 hindurch in das Lüftungsrohr 13 gefördert.
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In 2 ist die perspektivische Ansicht der Wärmeübertrageranordnung 1 dargestellt. Es ist gezeigt, dass je nach Dimensionierung des Luft-Wärmeübertragers 2 in Längsrichtung auch mehrere Ventilatoren 5 angeordnet sein können. Im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel sind zwei Ventilatoren 5 vorgesehen.
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Als besonderen Vorzug der Wärmeübertrageranordnung 1 ist zu nennen, dass der Luft-Wärmeübertrager 2 den Strömungsraum der Luft innerhalb der Kammer derart segmentiert, dass eine Vermischung von Luft aus dem Anström- und dem Abströmraum 11, 12 weitgehend unterbunden wird. Damit ist ein effizienter Betrieb der Wärmeübertrageranordnung 1 möglich und es kommt nicht zu unwirtschaftlichen Vermischungen von gekühlter und ungekühlter Luft.
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Weitere Vorteile bestehen darin, dass die Ventilatoren 5 derart angeordnet sind, dass diese in einem optimalen Winkel zum Luftein- und austritt liegen und in der Zelle eine Abschottung zwischen Unterdruck- und Überdruckseite gegeben ist.
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Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass keine Ventilatorringheizungen erforderlich sind und die Lage der Ventilatoren derart ausführbar ist, dass eine direkte Weiterleitung der gekühlten Luft ohne zusätzliche Umlenkung und somit mit minimalen strömungstechnischen Verlusten an das bauseitige Lüftungsrohr beziehungsweise in die weiterführenden Luftkanäle möglich ist.
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Die Dimensionen der kammerartigen Umhausung und der Inspektionstür 9 erleichtern Inspektionen oder Reparaturen der Wärmeübertrageranordung 1 zudem erheblich.
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Dazu zählt auch, dass die zum Abtauvorgang des Wärmeübertragers 2 benötigten Heizvorrichtung innerhalb der Abtauvorrichtung im Paket und die Kondensatablaufwanne durch die Anordnung der Inspektionstür 9 über diese unkompliziert erreichbar sind.
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Mit der vorgeschlagenen Konstruktion ist es insgesamt möglich, das Gewicht der Wärmeübertrageranordnung 1 als Komponente einer raumlufttechnischen Anlage um circa 15% gegenüber Ausgestaltungen nach dem Stand der Technik zu reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeübertrageranordnung
- 2
- Luft-Wärmeübertrager
- 3
- Umhausung
- 4
- Klappe
- 5
- Ventilator
- 6
- Luftströmungsrichtung
- 7
- Halterung
- 8
- Bodenplatte der Umhausung
- 9
- Inspektionstür
- 10
- Abtauvorrichtung
- 11
- Anströmraum
- 12
- Abströmraum
- 13
- Lüftungsrohr
