DE102011054257B4

DE102011054257B4 - Klimagerät

Info

Publication number: DE102011054257B4
Application number: DE102011054257.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Juergen Loose Dipl Ing
Current assignee: Juergen Loose Dipl Ing
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: DE202010008740U1; DE102011054257A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät mit zumindest einem Abluft- (ABL), zumindest einem Zuluft- (ZUL), zumindest einem Fortluft-(FOL) und zumindest einem Außenluftanschluss (AUL) mit einem ersten Hauptströmungsweg (17) zwischen Außenluft und Zuluft und einem zweiten Hauptströmungsweg (18), der Abluft und Fortluftanschluss verbindet, wobei in den beiden Strömungswegen (17, 18) ein Ventilator (6, 7) vorgesehen ist, und zwischen den Hauptströmungswegen (17, 18) zumindest drei Verbindungsströmungswege (19, 20, 21) vorgesehen sind, wobei ein erster Verbindungsströmungsweg (19) den ersten Hauptströmungsweg (17) mit dem zweiten Hauptströmungsweg (18) verknüpft und einen Luftstrom von der Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zuläßt, und ferner zwei weitere Verbindungsströmungswege (20, 21) als Umluftwege ausgebildet sind, die eine Strömung von dem Abluftanschluss (ABL) zum Zuluftanschluss (ZUL) ermöglichen, wobei ein Kühlmodul (1, 5) im ersten Hauptströmungsweg (17) vorgesehen ist, das zwischen den beiden Anschlüssen der Verbindungsströmungswege (20, 21) an den ersten Hauptströmungsweg (17) liegt, und ein Bypass-Strömungsweg (22) um das Kühlmodul (1, 5) vorgesehen ist, wobei der Bypass-Strömungsweg (22) ebenfalls zwischen den Anschlüssen der beiden Umluftströmungswege liegt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) entweder in einem der beiden Umluftströmungswege (20, 21) oder/und im Bypass-Strömungsweg (22) angeordnet ist, und dass zwischen dem Anschluss des ersten Verbindungsströmungsweg (19) an den ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss (FOL) zumindest ein mit zumindest einem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) thermisch verbundenes, zweites Wärmerückgewinnungsmodul (3) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Zur Kühlung von insbesondere thermisch hochbelasteten IT - Räumen sind verschiedene Kühlverfahren bekannt. Diese Kühlverfahren werden abhängig von der Außenlufttemperatur verschiedenst eingesetzt. In der Regel wird vor allem ein Umluftkühlsystem verwendet, welches die Außenluft nicht nutzt. Entsprechend muss sehr viel Energie aufgewendet werden, um die stets sehr warme Abluft per Kühlmodul, dieses verknüpft mit einer Kältemaschine, maschinell zu kühlen, bevor diese dem Raum wieder zugeführt wird.
Als Alternative dazu ist eine direkte Kühlung eines Raumes mit kalter Außenluft sehr energiesparend. Dieses System wird Direkte Freie Kühlung genannt, auch wenn dabei ganz selten bei zu warmer Außenluft ein Kühlmodul benötigt wird, dessen Kühlenergie wiederum von einer Kältemaschine erzeugt werden muss, die dann ebenfalls viel Energie benötigt.
In ähnlicher Art Energie sparend ist ein System der Indirekten Freien Kühlung, wo mithilfe der kühlen Außenluft ein Kühlmedium erzeugt wird, das dann im Umluftkühlbetrieb beim stets benötigten Kühlmodul verwendet wird. Wenn die Außenluft zur Kühlung am Kühlmodul indirekt nicht mehr kalt genug ist, muss auch hier ein von einer Kältemaschine aus versorgtes Kühlmodul verwendet werden.
Die Indirekte und die Direkte Freie Kühlung sind somit vorwiegend für kühle und kalte Außentemperaturen geeignet, wobei die Direkte Freie Kühlung wesentlich länger ohne Nutzung der Kältemaschine, d.h. noch bei höheren Außentemperaturen genutzt werden kann, aber den Nachteil hat, dass bei speziellen Raumfeuchteanforderungen ein hoher Be- und Entfeuchtungsaufwand erforderlich ist.
Die DE 202 08 391 U1 offenbart eine Klimatisierungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass diese bei hohen Außentemperaturen keine energieeffiziente, und somit stromsparende Kühlung der Raumzuluft mehr gewährleisten kann und bei niedrigen Außentemperaturen ein sehr hoher Energieaufwand für die Befeuchtung erforderlich ist, weil keine indirekte freie Kühlung möglich ist.
In der DE 92 18 368 U1 und WO 95/18 944 A1 , sind spezielle Kühlgeräte mit einem oder 2 redundanten Ventilator(en) und dafür gedachten Umschalteströmungswegen offenbart. Diese weisen keine besonders Antriebsleistung sparende Teilluftstrombildung für die Zuluftaufbereitung und Fortluftabfuhr auf.
Das in DE 10 2004 049 621 A vorgestellte Klimagerät mit ebenfalls drei Umluftwegen wie bei DE 202 08 391 U1 vermeidet zwar weitestgehend die Nachteile dessen, hat aber nicht die besonders Energie sparende Möglichkeit der indirekten freien Kühlung über die kalte Außenluft zur Umluft mit Teilstrombildung. Zudem sind in diesen Ausführungen die drei thermischen Luftbehandlungsregister für Wärmerückgewinnung, Kühlen und Heizen wie üblich in Reihe angeordnet, wodurch keine Antriebsleistung sparende Teilstrombehandlung möglich ist.
In der DE 101 26 475 A1 wird offenbart, dass der Widerstand für die Luftförderung des Zuluftventilators reduziert werden kann, wenn Umluft in die Zuluftbehandlungsstrecke eines Zuluftgeräts bedarfsgerecht eingeführt wird.
Die DE 43 43 611 A1 offenbart ein Klimagerät, für thermisch hochbelastete Räume, wobei zur Verbesserung der Betriebssicherheit eine redundante Anordnung eines Teils der Aggregate vorgesehen ist.
In der WO 2009/156 146 A1 wird ein Klimagerät für ein besonderes Kühlverfahren mit einem im Klimagerät integrierten Kühlwasserspeicher vorgestellt, wobei das Klimagerät speziell zur Nutzung der Abwärme in anderen Räumen vorgesehen ist. Dafür befindet sich in der Fortluft ein Verdampfer einer externen Wärmepumpe. Zudem ist in dieser Druckschrift ein Klimagerät offenbart, das in einem ersten Hauptströmungsweg von Außenluft zu Zuluft ein Kühlregister parallel zu einem Wärmerückgewinnungsregister angeordnet hat, wobei ein Umluftkanal nur in den Strömungskanal des Kühlregisters mündet und somit nicht über das parallele Wärmerückgewinnungsregister geführt werden kann. Dies hat den Nachteil, dass eine teilweise Kühlung der Umluft nicht möglich ist. Zudem ist keine adiabate Vorkühlung möglich, die bei hohen Außentemperaturen angebracht ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die ein energieeffizientes, Strom sparendes Klimatisieren der Raumzuluft bei allen Umgebungsbedingungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
In bekannter Weise, umfasst das Klimagerät zumindest einen Abluft-, zumindest einen Zuluft-, zumindest einen Fortluft- und zumindest einen Außenluftanschluss. Ferner ist ein erster Hauptströmungsweg zwischen Außenluft und Zuluft und ein zweiter Hauptströmungsweg, der Abluft und Fortluftanschluss verbindet vorgesehen, wobei in den beiden Strömungswegen je ein Ventilator vorgesehen ist. Zwischen den Hauptströmungswegen sind zumindest drei Verbindungsströmungswege vorgesehen, wobei ein erster Verbindungsströmungsweg den ersten Hauptströmungsweg mit dem zweiten Hauptströmungsweg verknüpft und einen Luftstrom von der Außenluft zur Fortluft zulässt. Zudem sind zwei weitere Verbindungsströmungswege als Umluftwege ausgebildet, die eine Strömung von dem Abluftanschluss zum Zuluftanschluss ermöglichen. Ferner ist ein Kühlmodul, das insbesondere als Kühlregister oder Direktverdampfer ausgebildet ist im ersten Hauptströmungsweg vorgesehen, wobei das Kühlmodul zwischen den beiden Anschlüssen der Umluftströmungswege an dem ersten Hauptströmungsweg liegt, und ein Bypass-Strömungsweg um das Kühlmodul vorgesehen ist, wobei der Bypass-Strömungsweg ebenfalls zwischen den Anschlüssen der beiden Umluftströmungswege liegt.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul entweder in einem der beiden Umluftwege und / oder im Bypassströmungsweg angeordnet. In dem Strömungsweg von Außenluft zur Fortluft, also zwischen dem Anschluss des ersten Verbindungsströmungswegs am ersten Hauptströmungsweg und dem Fortluftanschluss, liegt zumindest ein mit zumindest einem ersten Wärmerückgewinnungsmodul thermisch verbundenes, zweites Wärmerückgewinnungsmodul, welches die durch die Kühlwirkung entstehende reziproke Wärme abgibt.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass dadurch mit einem Klimakompaktgerät die Betriebsarten maschinelle Kühlung sowohl der Umluft, der Außenluft als auch einer beliebigen Mischluft, sowie eine adiabate Kühlung, eine Direkte Freie Kühlung als auch eine Indirekte Freie Kühlung bzw. auch diverse Mischformen dieser Kühlmethoden auf einfache Weise umgesetzt werden können.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform liegt das die Kühlenergie abgebende erste Wärmerückgewinnungsmodul im zweiten Verbindungsströmungsweg und das eigentliche Kühlmodul, das als Direktverdampfer ausgebildet sein kann, liegt in einem parallelen Teil des ersten Hauptströmungsweges zwischen den Einleitungen des zweiten und dritten Verbindungsströmungsweges. Der Direktverdampfer kann als Teil einer im Klimakompaktgerät integrierten Kältemaschine, die selbstverständlich noch weitere übliche Bauteile hat, mit einem zugehörigen luftgekühlten Kondensator verbunden sein. Der Kondensator kann in einem Fortluftweg, parallel nutzbar zu dem die Kühlenergie aus der kalten Außenluft aufnehmenden Wärmerückgewinnungsmodul, angeordnet sein.
In einem Parallelast des ersten Hauptströmungsweges kann ein weiteres kühlendes zweites Wärmerückgewinnungsmodul derart eingebaut werden, dass dieses sowohl mit dem ersten kühlenden Wärmerückgewinnungsregister, als auch mit dem die Kühlleistung aufnehmenden Wärmerückgewinnungsmodul verknüpft ist. Das erhöht den Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung und führt dazu, dass erst dann auf die Direkte Freie Kühlung umgeschaltet wird, wenn die Außenluft schon wesentlich wärmer und dann zumeist absolut feuchter ist.
Ferner kann im zweiten parallelen Ast des ersten Hauptströmungswegs ein Dampfbefeuchter oder/und ein Wärmerückgewinnungsmodul angeordnet werden.
Eine Kühlungsart, bei der Energie eingespart wird, ist bereits unter „Kyotokühlung“ bekannt geworden. Bei dieser Form der Kühlung wird in einem Außenluft-, Fortluftströmungsweg ein erster Teil eines Wärmerückgewinnungssystems in Form eines rotierenden Wärmerades eingebracht, wobei der zweite Teil des Wärmerades im Umluftweg zwischen Abluft und Zuluft sitzt. Dieses Konzept hat jedoch den Nachteil, dass es lediglich auf Umluftbetrieb beschränkt ist. Außenluft und Zuluft sind getrennt voneinander geführt. Zudem muss bei nicht mehr zur Kühlung ausreichenden, wärmer werdenden, Außenluft die maschinelle Kühlung benutzt werden oder der Raum dann wärmer werden. Damit er nicht zu warm wird, sitzen in beiden Luftströmen Zusatzbauteile wie Kühlmodul in der Zuluft und luftgekühlter Kondensator in der Fortluft, wenn die Kondensatorkühlung nicht anderweitig, dann aber ebenso Energie aufwändig erfolgt. Da alle Teile jeweils in Reihe zum Wärmeradteil angebracht sind und ständig mit Luft durchströmt werden, müssen die beiden Ventilatoren stets einen erhöhten Widerstand überwinden, der noch dazu durch die zusätzlich in Reihe angeordneten Filter noch weiter erhöht wird. Das ergibt laufend zwei relativ hohe Ventilatorleistungen, also einen gewissen ständigen Strombedarf.
Ein weiterer Nachteil des Koyoto-Systems ist, dass eine ggf. notwendige Entfeuchtung des Raumes nur durch einen Mehraufwand an Luftbehandlungsteilen und Energie möglich ist. Ebenfalls nachteilig ist der große Platzbedarf, bedingt durch das waagerecht angeordnete Wärmerad.
Entgegen der Kyotokühlung, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich einen durchgehenden Außenluft-, Zuluftkanal auf, in dem ein Kühlmodul mit zumindest einem Bypass angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Luft entfeuchtet werden, der versorgte Raum bei Bedarf auch Außenluft bekommen kann und das System platzsparender ausgebildet ist. Darüber hinaus können weitere Maßnahmen zur Reduzierung von Luftwiderständen für die Ventilatoren getroffen sein. Es können zwei Umluftströmungswege bei der Indirekten Freien Kühlung benutzt werden, wodurch eine abwechselnde Nutzung von Kondensator und Wärmerückgewinnungsregister in der Fortluft ermöglicht wird. Zudem werden durch entsprechende Umlenkungen notwendige Luftfilter nur ganz selten mit der vollen Luftmenge durchströmt, welche dem aktuellen Zuluftvolumenstrom entspricht, was zusätzlich Antriebsleistung und damit bezogen auf die Jahresnutzungszeit Energie einspart. Speziell der für die volle Luftmenge auszulegende Außenluftfilter wird somit häufig nur mit einem kleinen Teil der Außenluft durchströmt.
Durch diese Anordnung kann das Klimagerät sowohl in den Betriebsarten Direkte Freie Kühlung, Indirekte Freie Kühlung, maschinelle Kühlung und unterstützende adiabate Kühlung bei stets minimierten Antriebsleistungen für die Ventilatoren betrieben werden. Die einzelnen Betriebsarten können je nach aktuellem Zustand der Außenluft und der gewünschten Raumkonditionen bedarfsgerecht angesteuert werden. Zudem sind auch Mischformen der einzelnen Betriebsarten möglich.
Sofern beispielsweise die Außenluft deutlich kälter als die Abluft und kälter als die notwendige Zuluft ist, kann der zu kühlende Raum über die Direkte Freie Kühlung, über die Zuführung der Außenluft über parallele Strömungswege und geregelter Beimischung mit der warmen Abluft über den 3. Verbindungsströmungsweg, der als Umluftweg ausgebildet ist, bereits ausreichend gekühlt werden. Dies stellt die Energie effizienteste Art der Kühlung dar, da ein sehr geringer Strömungswiderstand für eine niedrige Ventilatorleistung sorgt, keine zusätzliche maschinelle Kühlung per Kältemaschine oder Brunnenanlage, usw. nötig ist und diese Betriebsart zumindest in den meisten Klimazonen der Erde vorwiegend gewählt werden kann.
Ist die Außenluft sehr kalt und damit zu trocken, kann eine Indirekte Freie Kühlung vorgenommen werden. Dabei strömt die kalte Außenluft über den ersten Verbindungsströmungsweg zur Fortluft und durchströmt dabei das dort angebrachte zweite Wärmerückgewinnungsmodul, wodurch Kühlenergie vom ersten zum zweiten Wärmerückgewinnungsmodul übertragen und durch die Fortluft abtransportiert wird. Die Abluft des Raumes, die eine entsprechende Luftfeuchtigkeit aufweist, wird als Umluft über einen zweiten Verbindungsströmungsweg über das erste Wärmerückgewinnungsmodul geleitet, an welchem diese abgekühlt wird und trotzdem ihre absolute Luftfeuchtigkeit behält. Widerstand entlastend für den Zuluftventilator wird bei kälter werdender Außenluft zudem immer mehr Umluft zusätzlich über den dritten Verbindungsströmungsweg in den ersten Hauptströmungsweg eingeleitet, bis sowohl der zweite als auch der dritte Verbindungsströmungsweg je 50% Luft haben.
Auf diese Weise kann mittels der Indirekten Freien Kühlung eine energiearme Abkühlung der Abluft erfolgen. Auch in diesem Fall muss keine zusätzliche Energie zur Kühlung bereitgestellt werden. Im Gegensatz zur Direkten Freien Kühlung ist hier allerdings ein wenig höherer Energieaufwand erforderlich, da sich der Strömungswiderstand durch die Förderung des vollen Luftstroms über einen Außenluftfilter und das Wärmerückgewinnungsregister zumindest dann erhöht, wenn bei wärmer werdender, jedoch noch nutzbarer Außenluft die Bypassentlastungen durch den dritten Verbindungsströmungsweg bzw. den Fortluftbypass immer mehr wegfallen. Das kann vermutlich nicht ganz ausgeglichen werden, da bei sehr kalter Außenluft der Fortluftventilator wesentlich weniger Luft fördert, weil dies nur selten vorkommt.
Für den Fall, dass die Außenluft AUL wärmer ist als die aktuell gewünschte Zulufttemperatur, aber kühler als die Abluft, wird die Außenluft, je nach Differenz zwischen Außentemperatur und gewünschter Zulufttemperatur vorwiegend über das Kühlmodul geleitet und dort leistungsgeregelt maschinell gekühlt und zudem zum Teil Luftwiderstand entlastend über den Bypass im ersten Hauptströmungsweg geführt. Falls das Kühlmodul wie im Hauptvorschlag vorgesehen, ein Direktverdampfer ist, wird die Abluft als Fortluft FOL geregelt über den luftgekühlten Kondensator und das einen Bypass bildende zweite, jetzt thermisch inaktive, Wärme abgebende zweite Wärmerückgewinnungsmodul im zweiten Hauptströmungsweg und somit ebenfalls Luftwiderstand entlastend abgeführt.
Es ist sicher wirtschaftlicher, die bei dieser Kühlart im Durchschnitt lediglich um 2 bis 4 Grad Celsius wärmere Außenluft auf die notwendige Zulufttemperatur etwas abzukühlen als die Umluft um 10 bis 12 Grad Celsius abzukühlen, was bei den üblichen Systemen mit Indirekter Freier Kühlung häufig der Fall ist. Bei der üblichen Direkten Freien Kühlung fallen in Deutschland beispielsweise nur ca. 600 Stunden im Jahr mit einer mittleren Abkühlung von 2,5 Grad Celsius an, während bei üblicher Indirekter Freier Kühlung für den restlichen Kältemaschinenbetrieb ca. 2.000 Stunden im Jahr mit einer Abkühlung von 11 Grad Celsius anfallen.
Für den ganz seltenen Fall, dass die Außenluft AUL wärmer als die aus dem Raum geförderte Abluft ABL ist, wird die Außenluft nicht mehr zur Kühlung des Raums herangezogen. Entsprechend kann in diesem Fall die zur Kühlung des Raums notwendige Luftmenge über den zweiten Verbindungsströmungsweg, sprich einen Umluftweg und über das Kühlmodul, je nach Bauart, dem Raum zugeführt werden. Für diesen Fall wird die meiste Energie benötigt, da zum einen eine zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist, die per Kältemaschine oder Brunnenanlage oder Ähnlichem erzeugt werden muss, zum anderen der Strömungswiderstand im Klimagerät erhöht ist. Durch die erfindungsgemäße Kanalführung im Klimagerät ist der Strömungswiderstand in den anderen Betriebsarten, die wesentlich häufiger vorkommen, auf ein Minimum reduziert, wodurch im Jahresdurchschnitt trotzdem erheblich Energie eingespart werden kann.
Die dargestellte Klimatisierungsvorrichtung erlaubt abhängig von den jeweiligen Außenluft- bzw. Raumkonditionen eine ideale Einstellung für eine energieoptimierte Raumkühlung. Es können verschiedene Kühlarten miteinander kombiniert werden und parallel oder nacheinander ablaufen.
Bei den bei der Erfindung praktizierten Kühlungsarten wird neben der enormen Einsparung von Energie für die Kühlung nur ganz wenig Befeuchtungsenergie benötigt, weil hier nur der Anteil an der Zuluft befeuchtet werden muss, welcher der notwendigen Außenluftrate von beispielsweise 10% entspricht.
Bei sehr niedrigen Außentemperaturen, wo die Außenluft sehr „trocken“ ist, wird die Indirekte Freie Kühlung angewendet und die zur Raumkühlung verwendete Umluft somit ohne Einsatz einer Kältemaschine durch Wärmerückgewinnung gekühlt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das die Kühlenergie der Außenluft aufnehmende zweite Wärmerückgewinnungsmodul im ersten Verbindungsströmungsweg zwischen den beiden Hauptströmungswegen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass für eine Indirekte Freie Kühlung die Außenluft über dieses Wärmerückgewinnungsmodul geführt werden kann, welches jedoch bei der Anwendung der häufiger vorkommenden Direkten Freien Kühlung weder im Strömungsweg der Außenluft AUL noch in dem der Abluft ABL oder der Fortluft FOL liegt und somit keinen Widerstand für einen der beiden Ventilatoren erzeugt.
Besonders bei einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und Abluft macht sich die Positionierung des zweiten Wärmerückgewinnungsmoduls im Verbindungsströmungsweg bemerkbar. Im Gegensatz zu einer Positionierung im zweiten Hauptströmungsweg wird hier das Wärmerückgewinnungsregister lediglich durch die Außenluft gekühlt und nicht wie im anderen Fall durch eine Mischung eines warmen Abluftteiles mit der kalten Außenluft. Diese Anordnung erhöht den Wirkungsgrad bei einer Indirekten Freien Kühlung.
Der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung kann bei einer anderen Ausführungsart nochmals gesteigert werden, indem das erste Wärmerückgewinnungsmodul auf zwei in Reihe schaltbare Bauteile aufgeteilt wird, die vom ersten Wärmerückgewinnungsmodul die dort gekühlte Flüssigkeit parallel geregelt beziehen, falls beide benutzt werden müssen. Dabei liegt ein Teil des die Kühlleistung abgebenden Wärmerückgewinnungsmoduls wie vorbeschrieben im zweiten Verbindungsströmungsweg und der andere Teil im Bypassweg zum Kühlmodul, wo er auch durch den anderen Parallelast über das Kühlmodul mit einem Teil der Luftmenge umgangen werden kann. Da dabei die Indirekte Freie Kühlung bei etwas höheren Außentemperaturen noch genutzt werden kann, wird somit nochmals Befeuchtungsenergie eingespart. Denn bei einer späteren Umschaltung auf die Direkte Freie Kühlung ist die Außenluft schon nicht mehr so trocken.
Bei steigender Außentemperatur und damit in der Regel zunehmender Außenluftfeuchte wird die Direkte Freie Kühlung, ein bekanntes Mischluftsystem angewendet, das ebenfalls ohne Kältemaschine, d. h. ohne Fremdenergieaufwand auskommt. Hierbei muss die aus Außenluft und Umluft gebildete Mischluft nur ganz wenig oder gar nicht befeuchtet werden, wenn die Mindestraumfeuchte nicht so hoch gewählt wird.
Desto höher die Zulufttemperatur sein darf, umso seltener wird dabei eine Kältemaschine oder eine andere maschinelle Kühlungsart benötigt, die dann mehr Fremdenergie als die Kühlmittelpumpe für die Wärmerückgewinnung braucht.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann zudem auf einfacher Art und Weise eine Energie sparende Entfeuchtung stattfinden, so dass ein sehr wirtschaftliches Vollklimasystem entsteht. Damit eignet sich das neuartige Kühlsystem auch für warme und feuchte Klimazonen, ja selbst für Schwimmbäder, wenn dort stets eine hohe Ablufttemperatur ansteht. Es wird hierbei lediglich ein Teil der zu erzeugenden Zuluft als Außenluft entfeuchtet, nicht wie ansonsten üblich 100%. Diese stark gekühlte Außenluft wird dann mit einem festen, kleinen Teil der regelmäßig sehr warmen Umluft gemischt, so dass die gewünschten Zuluft- und Raumkonditionen entstehen.
Bei diesem Kühl- oder Klimasystem wird durch eine bedarfsgerechte Nutzung der diversen Luftwege zudem darauf geachtet, dass es bei jeder der vielen möglichen Kühlarten nur geringe Widerstände für die Luftförderung sowohl für die Zuluftaufbereitung als auch für die Außenluft-/Abluft-/Fortluftnutzung bei den beiden Ventilatoren gibt. Das spart neben der Minimalnutzung des Kühlmoduls in Verbindung mit der Kältemaschine nochmals Strom in Form von Antriebsleistung.
Ein weiterer, jedoch gravierender Vorteil gegenüber üblicher Indirekter Freier Kühlung ist, dass das vorzugsweise vorgeschlagene Klimagerät mit Direktverdampfer als Kühlmodul und integrierter Kältemaschine kein von Außen zugeführtes Kühlmedium, also keine Flüssigkeiten benötigt, also im zu kühlenden Technikraum keine unter Druck stehenden Wasser- oder andere Flüssigkeitsleitungen mit stets großen Mengen für die Kühlung erforderlich sind. Es werden nur drucklose Kondensatableitungen und ggf. kleine Leitungen für die geringen Befeuchterleistungen benötigt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass alle zur Kühlung notwendigen Komponenten in dem zu versorgenden IT - Betriebsraum untergebracht werden können, was insgesamt die Sicherheit bei Rechenzentren erhöht. Mit diesem Kühlsystem kann gegenüber einem reinen Umluftkühlsystem trotz dortigem Einsatz von Präzisionsklimageräten im Jahresmittel in gemäßigten Klimazonen über 90%, gegenüber einem Umluftkühlsystem mit üblicher Indirekter Freier Kühlung an die 70% an elektrischer Energie, also an Strom, eingespart werden. Hinzu kommt, dass dort stets wichtige Bauteile außerhalb des zu kühlenden Betriebsraumes angebracht werden müssen.
Gegenüber einem einfachen Umluftkühlsystem mit einfacheren, sog. „Komfortklimageräten“, welche eine obere Zuluftzuführung in den Raum mit sehr kalter Zuluft und eine oberer Absaugung haben, wo ungewollt eine Entfeuchtung der Kühlluft stattfindet und daher nachbefeuchtet und nachgewärmt werden muss, kann in gemäßigten Klimazonen der Erde wirtschaftlich nachhaltig bis zu 96% an Strom eingespart werden.
Das neuartige Kühlsystem spart auch in anderen Klimazonen der Erde als vorzugsweise in gemäßigten Zonen Strom, insbesondere dann, wenn es dort mit einer Absorptionskältemaschine bei Nutzung der Sonnenwärme ausgestattet wird. Auch in warmen Klimazonen der Erde gibt es zeitweilig Außentemperaturen, die unter der „notwendigen“ Zulufttemperatur liegen, die noch eine Direkte Freie Kühlung erlauben.
Eine weitere Einsparung von Strom ist dann möglich, wenn die bei der Erfindung ganz einfach mögliche Verdunstungskühlung, auch adiabate Kühlung genannt, zwischen Außen- und Umluft oder Ab-/ Fortluft und Zuluft kombiniert wird.
Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der, dass zu den häufigen Betriebszeiten beider Freier Kühlarten eine niedrige Zulufttemperatur mit einem hohen delta t im Raum, das ist die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Zuluft, genutzt werden kann. Das führt dann bei gleicher Ablufttemperatur wie im Kältemaschinenbetrieb dazu, dass bei der Freien Kühlung ein kleinerer Betriebsvolumenstrom zur Abführung der Raumkühllast gefahren werden kann als wie beim Kältemaschinenbetrieb. Das führt übers Jahr zu einer weiteren starken Energieeinsparung bei der Antriebsleistung für die beiden Ventilatoren und hat den Vorteil, dass ohne Energieaufwand zumeist eine niedrigere Raumtemperatur genutzt werden kann. Die Kühlung erfolgt zumeist direkt oder indirekt über die Außenluft.
Das Kühlsystem kann entsprechend der max. Kühllast des Raumes für eine Luftleistung (Luftvolumenstrom) für den seltenen Kältemaschinenbetrieb ausgelegt werden. Dort ist es, insbesondere bei Nutzung der Außenluft beim maschinellen Kühlbetrieb aus Energiespargründen sinnvoll, eine höhere Zulufttemperatur zuzulassen. Wenn die Ablufttemperatur bei der Freien und der maschinellen Kühlung dann gleich hoch gewählt wird, ist der Nennvolumenstrom beim erfindungsgemäßen System somit nach einem kleineren delta t zu bestimmen. Somit kann bei den beiden häufig genutzten beiden Freien Kühlungsarten ein höheres delta t verwendet werden. Ein kleines delta t führt zu einem größeren Volumenstrom und umgekehrt. Deshalb ist bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem in gemäßigten Klimazonen bei beiden Arten der freien Kühlung, also zumeist, ein wesentlich kleinerer Betriebsvolumenstrom mit dann weniger Antriebsenergie für die Ventilatoren erforderlich. Der Unterschied ist umso größer, je höher man die Einschalttemperatur für den maschinellen Kühlbetrieb wählt oder nach Empfehlung von ASHREA eine höhere Raumtemperatur im „Kaltgang oder / und Warmgang eines Rechenzentrums“ beim Kältemaschinenbetrieb nutzen kann. Denn die Luftwiderstand erzeugenden Bauteile müssen schließlich für den max. Volumenstrom, also den aus der Kühllast berechneten Nennvolumenstrom ausgelegt werden und erzeugen dann bei dem kleineren Betriebsvolumenstrom bei Freier Kühlung wesentlich weniger Widerstand. Gem. der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ändert sich, zumindest theoretisch, die Ventilatorantriebsleistung in 3. Potenz zum Volumenstrom. Bei einem durchaus üblichen Reduktionsverhältnis der Volumenströme bei delta t 12 bzw. 14 Grad Celsius von ca. 0,86 bringt das eine Reduktion der Ventilatorleistungen um ca. 70%.
Im Übrigen lässt sich diese energiesparende Lösung für unterschiedliche Temperaturunterschiede weder bei einem reinen Umluftkühlsystem noch bei üblicher Indirekter Freier Kühlung durchführen, weil dort stets der aus der max. Kühllast berechnete Nennvolumenstrom gefördert werden muss.
Zudem kann eine Sprühbefeuchtung am Wärmerückgewinnungsmodul in der Außenluft/Fortluft vorgesehen sein, wodurch möglichst lange eine Indirekte Freie Kühlung über das andere Wärmerückgewinnungsmodul in der Umluft genutzt werden kann, bevor die Kältemaschine, je nach ansteigender Außenluft, mit dann fortlaufend steigender Zusatzkühlleistung zugeschaltet wird. Der Einsatzpunkt der Kältemaschine ist abhängig von der Art der im Kühlgerät benutzbaren Wärmerückgewinnungsmodule bzw. von deren Wirkungsgrad (Wärmerückgewinnungsfaktor). Erfindungsgemäß ist somit auch eine Kombination von Direkter, Indirekter Freier Kühlung und adiabater Kühlung möglich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems besteht darin, dass in gemäßigten Klimazonen über die häufigste Betriebszeit des Jahres, wo eine der beiden Arten der Freien Kühlung möglich ist, wobei wie oben geschildert, nur sehr wenig Strom für die beiden Ventilatoren und die Umlaufförderpumpe, die zwischen die beiden Wärmerückgewinnungsmodule geschaltet ist, benötigt wird. In dieser Zeit können diese Bauteile den Steuer- und Regelungsteil den Strom dafür jederzeit redundant über das USV-Netz (die unterbrechungsfeie Stromversorgung) beziehen. Außerdem kann man bei Nutzung der Sonnenwärme über Solarzellen diesen hierbei nur geringen Strombedarf für die Ventilatoren und die Wärmerückgewinnungspumpe sogar selbst decken. Nur an wenigen Stunden des Jahres, nur dann, wenn wirklich eine Kältemaschine benötigt wird, steigt der Leistungsbedarf für das erfindungsgemäße Kühlsystem, dann allerdings extrem gegenüber den vorher benutzten beiden Freien Kühlungsarten an. Dann muss bei Netzausfall der üblichen Stromversorgung für ausreichend Ersatzstrom für den oder die Verdichter der Kältemaschine und ggf. die Befeuchtungseinrichtung gesorgt werden.
Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Klimagerät gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren gesteuert werden. Gemäß dem Verfahren ist vorgesehen, dass sowohl die zur Zuluftaufbereitung vorgesehenen Strömungswege als auch die zur Abluft-/Fortluftförderung vorgesehenen Strömungswege mithilfe der vorgesehen Luftmengenregulier- Absperrmodule so angesteuert bzw. genutzt, werden, dass je nach aktuellem Außenluftzustand, der aktuell gewünschten Zulufttemperatur und der, aufgrund der aktuellen Kühllast bei dem aktuellen Volumenstrom entstehenden, Ablufttemperatur, zumindest diese unterschiedlichen Betriebsarten = Kühlarten mit einem Steuer- und Regelungsprogramm mit dem Ziel eines stets minimierten gesamten Energiebedarfes durchgeführt werden können:

Eine erste Betriebsart stellt einen Wärmerückgewinnungsbetrieb entsprechend der Indirekten freien Kühlung dar.

Dabei findet bei sehr niedrigen und damit physikalisch bedingt sehr trockenen Außentemperaturen, beispielsweise unter 7_°C und dabei X < 4g/kg, eine indirekte freie Kühlung über Wärmerückgewinnungsmodule statt, wobei die zur saugseitigen Zuluftaufbereitung verwendete warme Umluft/Abluft indirekt durch die kalte Außenluft abgekühlt wird, der Zuluft dabei trotzdem ein kleiner Teil an Außenluft und/oder warmer Abluft in Form einer weiteren Umluft beigemischt werden kann, so dass zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumluftfeuchte keine oder - bei wenig Außenluftbeimischung - fast keine Befeuchtungsleistung erforderlich ist.
Dabei werden zur Minimierung des gesamten Energiebedarfes per geeignetem Programm zur Regelung der Wärmeübertragungsleistung = Kühlleistung des Klimagerätes folgende Regelungsmöglichkeiten, je nach endgültiger Konstruktionsart des Klimagerätes, in jeweils sinnvoller Reihenfolge benutzt:

Umgehungsmöglichkeit für das Wärmerückgewinnungsmodul durch Erzeugung mehrerer paralleler Strömungswege für die Bildung der Zuluft, Erzeugung eines Bypasses in der Fortluft beim Wärmerückgewinnungsmodul, Reduktion der Durchflussmenge an Kühlmittelflüssigkeit am Wärmerückgewinnungsmodul oder entweder durch Reduktion der Förderleistung der Kühlmittelpumpe oder mittels geeignetem(n) Umlenkventil(en) sowie durch Reduktion des Volumenstromes beim Fortluftventilator.

In einer weiteren Betriebsart, kann die Wärmerückgewinnung als adiabate Wärmerückgewinnung bei der Indirekten freien Kühlung verwendet werden.
Bei häufig vorkommender wärmerer und automatisch feuchterer Außenluft, beispielsweise bei T > 7_°C mit X <4 g/kg kann die reine Wärmerückgewinnung wie folgt ergänzt werden.
Das Wärmerückgewinnungsmodul im Fortluftströmungsweg wird weiterhin mit Außenluft durchströmt, jedoch mit einer Befeuchtungseinrichtung benässt, womit dort eine adiabate Kühlung stattfindet. Damit kann die Indirekte freie Kühlung länger genutzt werden und es wird weiterhin nur ganz wenig Energie für eine Dampfbefeuchtung, beispielsweise in der Zuluft benötigt.
In einer weiteren Betriebsart kann ein Mischluftbetrieb eingesetzt werden, bei dem eine Direkte Freie Kühlung mit einem Umluftbetrieb kombiniert wird.
Bei kühlen Außenlufttemperaturen, deren absolute Feuchte X mindestens der unteren und höchstens der oberen aktuell festgelegten Raumfeuchtegrenze entspricht, beispielsweise bei T > 0°C bis T = 20,5°C mit X > 4 g/kg bis X < 10 g/kg findet eine direkte freie Kühlung in Form eines bekannten saugseitigen Mischluftbetriebes von direkt zur Raumkühlung verwendeter kalter bzw. kühler Außenluft gemischt mit warmer Abluft = Umluft statt. Dabei ist keine Befeuchtung erforderlich.
Die Außenluft wird durch die beiden Luftmengenregulier-Absperrvorrichtungen so gesteuert, dass zwei parallele Luftströmungswege mit in etwa dem halben Außenluftanteil an der Zuluftmenge bzw. gleichem Luftwiderstand entstehen. Da die Umluft direkt vor dem Zuluftventilator beigemischt wird und dieser Anteil zumeist kleiner als der Außenluftanteil ist, wirkt auf den Zuluftventilator saugseitig nur ein ganz kleiner Luftwiderstand. Damit sinkt dessen Antriebsleistung gegenüber dem Auslegungsfall ganz stark.
Für die Mischung von Außenluft und Abluft = Umluft wird beispielsweise ein Sollwert von 16 oder 17_°C für die Zuluft vorgegeben. Die Zulufttemperatur wird dabei nach dem Zuluftventilator gemessen, damit die Motorwärme dieses Ventilators und ggf. weitere Geräteinnenlasten erfasst werden.
Dabei fördert der Fortluftventilator stets nur in etwa die Luftmenge, die dem aktuellen Außenluftanteil an der Zuluft entspricht. Er muss dabei jedoch so viel Druck erzeugen, dass die zumeist gemeinsam vom Zuluftventilator und vom Fortluftventilator angesaugte Abluft dem aktuellen Zuluftvolumenstrom, ggf. unter Beachtung eines gewissen Raumüberdruckes, entspricht.
Die Fortluft wird dabei mittels der beiden Luftmengenregulier-Absperrvorrichtungen über zwei parallele Strömungswege gelenkt, so dass in jedem der Strömungswege ein in etwa der halbe Volumenstrom und somit nur ein Viertel des üblichen Luftwiderstandes entsteht, den die jetzt durchströmten Bauteile beim Auslegungsvolumenstrom haben. Somit sinkt die aktuelle Ventilatorantriebsleistung beim Fortluftventilator nochmals.
Sobald die Außentemperatur wärmer als die übliche Zulufttemperatur wird, steigt die Zulufttemperatur gleitend bis zu einem wesentlich höheren Wert an, wo es energetisch vertretbar ist, auf die Betriebsart 4 umzuschalten. Dabei werden über eine längere Zeitspanne stets 100% Außenluft und 100% Fortluft, aufgeteilt auf jeweils zwei parallele Luftströmungswege, gefördert und damit die Nutzungszeit der am meisten Energie sparenden Kühlart der Direkten freien Kühlung verlängert.
In Ausnahmefällen kann die Direkte freie Kühlung noch durch maschinelle Kühlung ergänzt werden.
Bei einer gegenüber der reinen Direkten Freien Kühlung über den ggf. erhöhten Zuluftsollwert noch weiter ansteigenden Außenlufttemperatur wird diese Außenluft zu 100% weiterhin zur Raumkühlung verwendet. Sie wird vom Zuluftventilator angesaugt und im Strömungsweg durch mindestens ein Kühlmodul maschinell so weit abgekühlt, dass damit die bei dieser Betriebsart zur Einsparung von Kälteleistung bewusst erhöhte Zulufttemperatur von beispielsweise 21°C erreicht wird. Auch hier werden die abzuführende Motorwärme und ggf. weitere Geräteinnenlasten erfasst.
Dabei wird jedoch dafür gesorgt, dass solange wie möglich ein Teil der Außenluft (17) über den Strömungsweg am Kühlmodul vorbei geleitet wird. So werden bei gleicher Kühlleistung Widerstand und Antriebsleistung beim Zuluftventilator gespart. Das wird beendet, sobald dort, bedingt durch eine dann zu kühle Austrittstemperatur, eine physikalisch bedingte latente Kühlung stattfinden müsste, also wenn automatisch ungewollt entfeuchtet würde. Dann wird die gesamte Außenluft über das Kühlmodul geführt und die Luft nur so weit abgekühlt, dass der Taupunkt nicht erreicht wird, beispielsweise auf 21_°C.
Zusätzlich zu der im vorangehenden beschriebenen Direkten Freien Kühlung mit Unterstützung durch maschinelle Kühlung, kann zusätzlich noch eine Entfeuchtung der Außenluft stattfinden.
Falls die Außenluft bei den Betriebsarten 3 und 4 für eine 100%-ige Verwendung absolut gesehen zu feucht sein sollte, beispielsweise X > 10 g/kg haben sollte und damit die zulässige Raumluftfechte zu hoch werden sollte, wird über ein Luftmengenregulier-Absperrmodul gedrosselt, nur ein jeweils vorbestimmter Teil der Außenluft vom Zuluftventilator angesaugt und dieser am Kühlmodul stark abgekühlt und somit entfeuchtet. Dieser nunmehr sehr kalten Teilluftmenge wird zur Bildung der aktuell gewünschten Zuluft ein Teil von warmer Umluft beigemischt.
Ähnlich der Direkten Freien Kühlung, kann in Extremfällen eine reine Umluftkühlung stattfinden. Bei gegenüber der Direkten Freien Kühlung noch weiter ansteigenden Außenlufttemperatur wird dann, wenn die Ablufttemperatur höher als ist die Außenlufttemperatur, auf einen besonderen Umluftkühlbetrieb umgeschaltet. Diese Grenze kann beispielsweise, je nach Anforderung an den versorgten Raum mit oder ohne Personenbesetzung bei 32_°C oder bei einem reinen Technikraum mit Warm- und Kaltgang wesentlich höher liegen.
Dabei wird nunmehr die warme Abluft des Raumes vom Zuluftventilator als Umluft 2 durch das nicht aktive Wärmerückgewinnungsmodul und das aktive Kühlmodul angesaugt und beim letzteren unter Berücksichtigung der beim Zuluftventilator entstehenden Motorwärme und eventueller weiterer Innenlasten auf die gewünschte Zulufttemperatur von beispielsweise 21_°C abgekühlt.
Solange die warmen Außentemperaturen hierbei jedoch einen absoluten Feuchtewert von < 10 g/kg haben, wird dabei nur ein Teil der Abluft als Umluft 2 auf eine tiefere Temperatur als auf den Sollwert von beispielsweise 21_°C abgekühlt. Ein anderer Teil der Abluft wird als Umluft 1 beigemischt, bis der eingestellte Sollwert der Zuluft bei dieser Betriebsart erreicht ist. So werden bei gleicher Kühlleistung Widerstand und Antriebsleistung beim Zuluftventilator gespart.
Selbstverständlich kann auch hier ein kleiner Außenluftanteil beigemischt werden.
In einer weiteren Ausführungsform, kann die Umluftkühlung noch durch eine adiabate Kühlung ergänzt werden.
Diese Betriebsart wird nur an solchen Orten angewendet, wo die Außenluft häufig über der dort zulässigen Ablufttemperatur liegt. Sie kommt also vorwiegend in besonders warmen, Zonen der Erde vor. Sie wird aber auch in feuchtwarmen Klimazonen verwendet, wenn der Gesamtenergieaufwand bei der Umluftkühlung mit adiabater Kühlung günstiger ist als bei der Direkten freien Kühlung mit maschineller Kühlung und Entfeuchtung.
Dabei wird in Erweiterung zur Umluftkühlung die Umluft per Wärmerückgewinnung in Kombination mit der adiabaten Kühlung sozusagen vorgekühlt. Der Befeuchter in der Fortluft benässt dazu das dort angebrachte Wärmerückgewinnungsmodul. Die so gewonnene Kühlenergie gelangt über die Kühlmittelpumpe zum Wärmerückgewinnungsmodul in der Umluft.
Über das Kühlmodul wird diese Umluft nun bedarfsgerecht nachgekühlt. Auch hier kann der Zuluft ein kleiner Außenluftanteil beigemischt werden. Dabei kann wie bei der Umluftkühlung zur Einsparung von Luftwiderstand beim Zuluftventilator zusätzlich ein Teil der Abluft über den zweiten Umluftströmungsweg beigemischt werden.
Der Fortluftventilator kann dabei zur Unterstützung der Kühlwirkung am Kondensator je nach Anforderung, beispielsweise über eine nach dem Kondensator gemessene Fortlufttemperatur, mehr Luft fördern, so dass notfalls eine gegenüber dem aktuellen Kühlluftstrom größere Außenluftmenge angesaugt und als Fortluft die Kondensatorwärme aufnehmend über die Luftmengenregulier-Absperrvorrichtung abgeführt wird. Der andere Fortluftteil, der über das Wärmerückgewinnungsmodul strömt, wird über die Luftmengenregulier-Absperrvorrichtung abgeführt.
Die Luftmengenerhöhung bei der Außenluft und Fortluft ist nicht erforderlich, wenn beispielsweise eine externe Absorptionskältemaschine verwendet wird und das Kaltwasser für das Kühlmodul von dort kommt.
In einer weiter vorteilhaften Ergänzung zur Indirekten Freien Kühlung kann, wenn die sehr kalte Außenluft zu einer Vereisung des Außenluftfilters führen sollte, etwas warme Abluft vor diesem Filter über die Luftmengenregulier-Absperrvorrichtung beigemischt werden, was natürlich auch schon außerhalb des Klimagerätes erfolgen könnte.
Für den Fall, dass an Orten, wo Außentemperauren nur ganz selten mit T > 7_°C und X < 4 g/kg vorkommen, wird ein Mischluftbetrieb benutzt. Bei einem Mischluftbetrieb ist der Luftwiderstand für beide Ventilatoren wesentlich kleiner ist als bei den Betriebsarten der Indirekten Freien Kühlung. Allerdings ist dann im Gegensatz zum Mischluftbetrieb hier selten eine ganz geringe Dampfbefeuchtungsleistung erforderlich.
Insofern gibt es 2 Behandlungsmöglichkeiten für das in 8 dargestellte Behandlungsfeld Nr. 2, je nachdem welche Außenluftkonditionen vorliegen und bei welcher Art weniger Gesamtenergie benötigt wird.
In Ergänzung zum Mischluftbetrieb kann, wenn bei niedrigen Außentemperaturen die Zuluftfeuchte einen zulässigen relativen Feuchtewert, beispielsweise von 80% r. H., überschreiten würde, zur Umluft 1 eine zusätzliche Umluft 2, beispielsweise per weiterem Umluftströmungsweg beigemischt werden, wobei dann allerdings automatisch eine höhere als durch den Sollwert festgelegte Zulufttemperatur entsteht.
Das Klimagerät kann vorzugsweise derart ausgelegt werden, dass die Nennvolumenströme des Klimagerätes für die Zuluft und Abluft, das ist für den versorgten Raum der sogenannte Kühlluftstrom, nach einer Betriebsart mit maschineller Kühlung für die max. Kühllast des Raumes und nach einem, je nach Zu- und Abluftführung im versorgten Raum möglichen, sinnvoll hohen Delta t Raum gegeben ist, beispielsweise auf 11 K. Dabei ist das Delta t Raum die Differenz zwischen angestrebter Ablufttemperatur minus Zulufttemperatur.
Dieses Delta t Raum wird jedoch bei den Betriebsarten ohne maschineller Kühlung, beispielsweise bei den Betriebsarten der direkten und der indirekten freien Kühlung besonders Energie sparend auf beispielsweise 15 K erhöht. Das kann beispielsweise durch Einhaltung der gleichen Ablufttemperatur und Erzeugung einer kleineren Zulufttemperatur erfolgen, wodurch bei gleicher Kühllast des Raumes der aktuelle Kühlluftstrom und infolgedessen die Antriebsleistungen der Ventilatoren sinken, bei dem genannten Beispiel auf etwa die Hälfte oder gar mehr, je nach Wirkungsgrad des verwendeten Ventilators und Motors bei sinkendem Volumenstrom.
Die Regelung kann derart ausgestaltet sein, dass der Kühlluftstrom nach dem Delta t Raum - dieses gebildet aus entstehender Ablufttemperatur minus gerade erzeugter Zulufttemperatur - ausgeregelt wird, aber dieser Kühlluftstrom durch ein externes Signal bedarfsgerecht ermäßigt oder erhöht werden kann.
Die Erhöhung des Kühlluftstromes mit damit verbundener automatischer Absenkung des Delta T Raum und der Ablufttemperatur kann beispielsweise von einem oder mehreren Temperaturfühlern kommen, die an beliebiger Stelle im versorgten Raum angebracht sind.
Sie kann beispielsweise auch durch Einschaltung der Beleuchtung oder in anderer Art und Weise zur Feststellung einer gelegentlichen Personenbesetzung erfolgen, auch durch Handschaltung.
Eine Absenkung des Kühlluftstromes mit damit verbundener Erhöhung der Abluft- und folglich der Raumtemperatur könnte nachts oder an Wochenenden erfolgen, je nach Raumart und dessen Anforderungen.
Ferner kann vorgesehen werden, dass von jeder Betriebsart mit Außenluftnutzung aus bei Brandfrühwarnung im versorgten Raum auf die reine Umluftversorgung und Umluftkühlung umgeschaltet wird.
Vorteilhafter Weise kann aufgrund einer anderen Raumanforderung der untere Feuchtewert des Raumes reduziert werden und damit die Indirekte Freie Kühlung durch die Direkte Freie Kühlung ersetzt werden.
Vorzugsweise kann in gemäßigten Klimazonen, wobei auch die beiden Wärmerückgewinnungsbauteile modular entfallen, der Mischluftbetrieb auf die Außenluftverhältnisse bei der bisherigen Betriebsart der Indirekten Freien Kühlung mit adiabater Kühlung ausgeweitet werden.
Zudem kann es sich ergeben, dass in gemäßigten Klimazonen, wo die adiabate Kühlung nicht benötigt wird, aufgrund einer anderen Raumanforderung auf die Befeuchtung völlig verzichtet werden kann und somit lediglich noch die Betriebsarten des Mischluftbetriebs und der Direkten freien Kühlung benötigt werden. Dabei deckt der Mischluftbetrieb dann auch den Temperaturbereich der vorne genannten Indirekten Freien Kühlung ab. Somit werden die beiden Wärmerückgewinnungsmodule, die Kühlmittelpumpe und die Befeuchtungseinrichtungen nicht benötigt und könnten ggf. modular einfach weggelassen werden.
Noch weitere Vorteile des erfindungsgemäßen, universell nutzbaren Kühlsystems sind, dass im Falle eines Schwelbrands im Raum, zweckmäßigerweise eine Sauerstoffreduktion für den Raum stattfinden kann, was durch eine insbesondere automatische Umschaltung des Klimageräts auf Umluftkühlbetrieb gewährleistet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In den Zeichnungen bedeutet:

1 ein Vollklimasystem mit sechs unterschiedlichen Kühlarten
2 ein zu 1 ähnliches Klimagerät, wobei, mit dem Unterschied, dass dieses Klimagerät bei einer Bauweise mit vertikalen Hauptluftströmungen einfacher herzustellen ist, aber dafür keine sinnvolle Reihennutzung von Indirekter Freier Kühlung, diese ggf. mit adiabater Kühlung kombiniert, und nachfolgender maschineller Umluftkühlung möglich ist, was aber für gemäßigte Klimazonen ausreicht.
3 ein Vollklimasystem, wo die Klimageräte in einem Nebenraum zum klimatisierten Raum untergebracht werden können und damit oder generell Flüssigkeitszufuhren zu den Klimageräten erlaubt sind und sogar eine Absorptionskältemaschine mit Nutzung der Sonnenenergie verwendet werden könnte.
4 eine in Ergänzung zu 1 ein Vollklimasystem, wo durch eine Reihenschaltung von 2 Wärmerückgewinnungsmodulen bei entsprechender Mindestfeuchte des Raumes die Indirekte Freie Kühlung, wo nur der kleine Anteil von Außenluft an der Zuluft befeuchtet werden muss, länger genutzt werden kann.
5 eine grundlegende erfindungsgemäße Schaltung,
6 in Anlehnung an 2 ein Ausführungsbeispiel eines Klimagerätes,
7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimageräts,
8 hx-Diagramm mit eingezeichneten Betriebsfeldern, und
9-15 Ausführungsform nach 7 in verschiedenen Betriebszuständen nach Betriebsfeldern aus 8

1 zeigt ein modular veränderbares Vollklimasystem mit den, je nach dem aktuellen Außenluftzustand und den jeweiligen Raum- oder Zuluftanforderungen möglichen, umschaltbaren sechs Kühlarten:

- Indirekte Freie Kühlung
- Direkte Freie Kühlung
- Kühlung der verwendbaren Außenluft
- Kühlung einer reinen Umluft
- Kühlung einer Mischluft, bestehend aus Außenluft und Umluft
- Entfeuchtungsbetrieb

Einige Kühlarten können je nach Anwendungsfall sogar miteinander kombiniert werden. Alle hier genannten Kühlarten kommen ohne Flüssigkeitszufuhr von externen Netzen für die maschinelle Kühlung aus. Für die modular ergänzbare Verdunstungskühlung (25) in der Fortluft (16) und die in der Zuluft (14) ggf. erforderliche Befeuchtungseinrichtung (24) in beliebiger Bauart sind aber Zuleitungen erforderlich.
Das Klimagerät besteht aus mehreren Luftförderstrecken mit 3 möglichen Filtern (8, 9, 10) sowie Luftanschlüssen für die Zuluft (ZUL), Außenluft (AUL), Abluft (ABL) und Fortluft (FOL). Das Klimagerät umfasst die weiteren Bauteile, zwei Wärmerückgewinnungsmodule (2,3), einen Direktverdampfer (1), sowie zwölf Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11 bis 11.12) und zwei Ventilatoren (6, 7).
Der 1. Hauptströmungsweg (17) verläuft vom Außenluftanschluss (AUL) bis zum Zuluftanschluss (ZUL), der 2. Hauptströmungsweg (18) beginnt beim Abluftanschluss (ABL) und endet am Fortluftanschluss (FOL).
Eine evtl. notwendige Befeuchtungseinrichtung (24) kann im ersten Hauptströmungsweg (17), vorzugsweise im Bypassweg (22), oder im Raum oder im Doppelboden angebracht werden. In der Fortluft (16) kann vor dem 2. Wärmerückgewinnungsmodul (3) optional ein Befeuchter (25), nämlich ein Sprühbefeuchter, angebracht werden.
Die 1 zeigt eine Ausführungsart des angedachten modularen, über alle Betriebsarten gemittelt besonders Energie (Strom) sparendes Klimagerät, welches komplett in einem Gehäuse untergebracht wird. Das Kühlsystem ist umso Energie sparender, desto häufiger die Außenluft in einer Klimazone der Erde niedriger ist als die Zulufttemperatur für eine notwendige Raumkühlung erlaubt, und daher eine oder beide Arten der Freien Kühlung angewendet werden können. Des weiteren kann umso mehr Strom gespart werden, desto höher die max. zulässige Zulufttemperatur und die sinnvolle Ablufttemperatur für die im versorgten Raum untergebrachte, zu kühlende Technik sind. Wie oben geschildert, empfiehlt sich hier ganz besonders, unterschiedliche Zulufttemperaturen für die jeweilige Freie Kühlung und die maschinelle Kühlung per Kältemaschine zu wählen, speziell bei Zuluftzuführung in sog. „Kaltgänge“.
Weltweit liegen die Außentemperaturen übrigens zurzeit im Durchschnitt weit unter einer gewünschten üblichen Raumtemperatur von beispielsweise 23 Grad Celsius. Da bietet es sich ja förmlich an, ähnlich wie bei einer Fensterlüftung, hier nur mit gezielten Volumenströmen, die kühle Außenluft zur Raumkühlung zu verwenden und die Raumabwärme so häufig wie möglich direkt ins Freie zu führen, also eine sog. „Luftwechselkühlung“ durchzuführen. Um einen Technikraum auf einer Temperatur von beispielsweise 23 Grad Celsius zu halten, genügt bei Zuluftzuführung von unten in den zu kühlenden Raum eine Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius. Empfohlen wird ein delta t von 14 Grad Celsius bei der Freien Kühlung bzw. 12 Grad Celsius bei der maschinellen Kühlung, gemessen als Temperaturdifferenz zwischen einer wahlweisen, konstant geregelten Zulufttemperatur von 18 und 20 Grad Celsius und demzufolge einer über den Volumenstrom konstant eingeregelten Ablufttemperatur von 32 Grad Celsius.
Falls ein heutzutage üblicher sog. „Kaltgang“ eingerichtet wird, der sich vergleichbar wie eine kühle Badewanne zwischen den Wärme erzeugenden Technikgestellen mit IT befindet, genügt eine Zulufttemperatur von unten von etwa 22 Grad Celsius oder mehr, die aber bei Freier Kühlung entsprechend dem erfindungsgemäßen Kühlsystem zumeist niedriger, und somit für das dort ggf. beschäftigte Personal angenehmer ist, ohne dass dabei, beispielsweise bei auf 18 Grad Celsius abgesenkter Zulufttemperatur ein Energiemehrbedarf entsteht.
Um einen „Kaltgang“ für typische Rechenzentren in warmen Klimazonen der Erde beispielsweise auf einer nach ASHREA (= amerikanischer Verband, der weltweite Klimavorgaben für Räume macht) noch empfohlenen Temperatur von 27 Grad Celsius zu halten, würde bei richtiger Luftzuführung an und durch die Wärme produzierende IT eine Zulufttemperatur von 25 Grad Celsius genügen. Da es auch in warmen Zonen der Erde im Jahr durchaus häufig Temperaturen gibt, die gleich oder kleiner als 25 Grad Celsius sind, ja diese manchmal sogar kleiner als 18 Grad Celsius sind, benötigt ein thermisch hoch belasteter Raum bei diesem erfindungsgemäßen Kühlsystem mit den je nach Außenluftzustand nutzbaren sechs Kühlarten nur ganz selten eine Kältemaschine zur Raumkühlung und kann trotzdem zumeist relativ kühl gehalten werden.
Übrigens: Bei größeren Raumhöhen könnte bei der für dieses Kühlsystem empfohlenen Luftabsaugung ganz oben im Raum ein noch höheres delta t als 14 Grad Celsius genutzt werden und damit wegen der häufig nutzbaren beiden Freien Kühlarten nochmals an Strom gespart werden. Denn bei größerem delta t Raum wird zur Abfuhr der Kühllast ein kleinerer Volumenstrom benötigt, was an der selten benötigten Kältemaschinenleistung allerdings nichts ändert.
Falls die Außentemperatur niedrig und dabei sehr trocken ist oder die Außenluft aus irgendwelchen Gründen nicht verwendet werden kann, findet bei dem vorgeschlagenen Kühlverfahren solange wie möglich, eine Indirekte Freie Kühlung statt. Diese ist, wie bekannt, alleine schon Energie sparender als eine reine Umluftkühlung, benötigt aber hier keine Flüssigkeitszufuhr von extern zum Klimagerät und benötigt keine Geräte im Freien.
Zur Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Raum fördert der Zuluftventilator (6) bei der Indirekten Freien Kühlung einen der aktuellen Kühllast des Raumes entsprechenden Volumenstrom als Abluft (15) aus dem Raum, wandelt diesen in gekühlte Umluft, um und bringt das als Zuluft (14) in den zu versorgenden Raum. Dabei kann der Zuluft etwas kühle Außenluft (13) beigemischt werden, zumindest dann, wenn sich Personen im versorgten Raum aufhalten. Nur dieser geringe Teil an Außenluft muss dann etwas befeuchtet werden, je nachdem, welche Feuchteanforderungen es für den Raum gibt. Zur Leistungsregelung der Wärmrückgewinnung wird der Zuluft bei tieferen Außentemperaturen eine zweite Umluft beigemischt, was durch die dadurch am Wärmerückgewinnungsregister (2) stattfindende Widerstandsentlastung die Antriebsleistung des Zuluftventilators (6) senkt.
Die hierbei auf mehrere Arten regelbare Abkühlung der wieder verwendbaren Abluft erfolgt durch Kühlgewinn am zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) aus der nunmehr dort durchströmenden kalten Außenluft und dem verbundenen Wärmeentzug am ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2), welches im Umluftstörungsweg liegt. Es wird möglichst wenig Widerstand an beiden Wärmerückgewinnungsmodulen (2, 3) für die beiden Ventilatoren (6, 7) erzeugt und dabei die Wärmeübertragungsleistung über ein Kühlmedium im Verbundkreislauf angepasst. Das geschieht hier beispielsweise durch die variable Drehzahl des Abluft-/Fortluftventilators (6, 7), den Bypassschaltungen in der Fortluft und ganz wesentlich durch die 2 nutzbaren Umluftwege (20 und 21) für die Zuluftbildung als auch ggf. durch die in der Drehzahl regelbare Kühlmittelpumpe (12), welche die beiden Wärmerückgewinnungsmodule (2, 3) verknüpft.
Falls wirklich einmal etwas Kühlmedium von der hierbei kleinen und endlichen Menge im Klimagerät auslaufen sollte, kann es dort aufgefangen und von dort aus drucklos mit der sowieso erforderlichen Kondensatleitung für das ggf. aus dem Verdampfer (1) kommende Tropfwasser abgeleitet werden.
Bei der Indirekten Freien Kühlung wird die Außenluft AUL (13) beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 3 bis 10 Grad Celsius, je nach Wärmerückgewinnungsgrad, vom Abluft-/Fortluftventilator (7) in variabler Menge angesaugt und über den Außenluftfilter (8), die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11 und 11.9) sowie das Wärmerückgewinnungsmodul (3) und das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.11) ins Freie gefördert. Bei kälter werdenden Außentemperaturen wird ein ansteigender Teil der Außenluft bis max. 50% über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.10) und den derzeit thermisch nicht benutzten Kondensator (4) sozusagen im Bypass umgelenkt. Die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.2) und (11.8) sind dabei geschlossen, außer im Raum wird etwas Außenluft als „Frischluft“ benötigt. Dann sind beide oder ist nur das eine für die AUL (11.2) leicht geöffnet. Bei ganz tiefen Außentemperaturen wird dann neben der Fördermenge des Fortluftventilators (7) ggf. auch noch die Förderleistung der als Umlaufpumpe ausgebildeten Kühlmittelpumpe (12) reduziert.
Im Abluft-/Zuluftkreis der Luftbewegung sind die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.5) und (11.6) grundsätzlich geöffnet. Das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) im 2. Umluftweg (21) wird bei tiefer werdenden Außentemperaturen stetig geöffnet, solange eine Mischung von einer am Wärmerückgewinnungsmodul (2) gekühlter Umluft und die Zufuhr einer weiteren Umluft in die Zuluftaufbereitungszone Sinn macht, also der Zuluftsollwert eine parallele Beimischung mit gekühlter und warmer Umluft es zulässt. Angestrebt werden jeweils 50% Luft über die beiden Umluftwege (20, 21).
Falls im Zuluftkanalnetz (zumeist ein Doppelboden) ein sehr niedriger Widerstand herrscht oder der Ventilator im unteren Bereich seiner Kennlinie nicht mehr richtig arbeiten sollte, kann über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.5) bei jedem entsprechend der aktuellen Kühllast des Raumes notwendigem Volumenstrom ein konstanter Vordruck eingehalten werden.
In Luftrichtung vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (2) befindet sich ein Umluftfilter (10), welcher auch den aus der Abluft (15) entstehenden Fortluftanteil (16) filtert, der bei einer größeren Mindestaußenluftrate als 5% entstehen kann. Bei nur geringem Überdruck für den zu versorgenden Raum, also bei gleich großem Volumenstrom für die Zuluft und Abluft wird bei der Indirekten Freien Kühlung keine Fortluft aus der Abluft gebildet.
Falls es eine nicht zu trockene Außenluft (13) gibt und solange diese ausreichend kühl ist, wird eine Direkte Freie Kühlung durchgeführt. Bei dem o.g. Beispiel beginnt sie bei über etwa 5 bis 11 Grad Celsius Außenluft.
Zwischen 4 und 11 Grad Celsius Außenluft kann auch eine Mischung von Indirekter und Direkter Freier Kühlung stattfinden. Die Grenzwerte können auch anders sein, da hierbei berücksichtigt werden muss, was mehr Energie benötigt: die Befeuchtung oder die beiden Ventilatoren (6, 7).
Die Antriebsleistung für die beiden Ventilatoren (6, 7) ist im Jahresmittel bei der Direkten Freien Kühlung vermutlich niedriger als bei der Indirekten Freien Kühlung, weil der Abluft-/Fortluftventilator (7) im Jahresdurchschnitt nicht so viel Luft fördern muss wie der Zuluftventilator (6), außer man kann in Klimazonen mit häufig tiefen Außentemperaturen die Kühlleistung bei der Indirekten Freien Kühlung über den Volumenstrom des Abluft-/Fortluftventilators (7) häufig sehr stark reduzieren. Zudem muss der Zuluftventilator beim Außenluftfilter (8) nur einen Anteil der dortigen Auslegungsluftmenge filtern, was auch seine Antriebsleistung reduziert. Deshalb sollte in der Regel in gemäßigten Klimazonen der Erde so rasch wie möglich von der Indirekten auf die Direkte Freie Kühlung umgeschaltet werden.
Es wird überprüft, wie niedrig der Mindestfeuchtewert für die IT sein kann. Sinnvoll, d. h. stark Befeuchtungsenergie sparend wäre eine untere Ablufttfeuchte an der Raumdecke, an der sinnvollsten Absaugstelle gemessen, von etwa 18% r. H., was an den IT- Gestellen dann in etwa 25% entspricht. Denn bei der Direkten Freien Kühlung muss nicht nur der Mindestaußenluftanteil von 5 - 10 % wie bei der indirekten Freien Kühlung sondern der aufgrund der Mischung von Abluft und Zuluft entstehende Außenluftanteil von etwa 50 % oder mehr befeuchtet werden, auch wenn die absolute Feuchte bei steigender Außentemperatur zumeist automatisch steigt und somit übers Jahr gesehen, weniger zu befeuchten ist.
Wenn eine Besprühung des Wärmerückgewinnungsmoduls (3) in der Außenluft / Fortluft (16) stattfinden kann, kann der Umschaltpunkt auf die Direkte Freie Kühlung noch weiter nach oben verlegt werden, was noch mehr Befeuchtungsenergie spart.
Bei der Direkten Freien Kühlung muss der Abluft-/Fortluftventilator (7) häufig nur einen kleinen Luftanteil aus dem versorgten Raum abführen, welcher dem Raum durch die Außenluft als Anteil an der Zuluft zugeführt wird. Dazu wird die Außenluft vom Zuluftventilator (6) angesaugt und über den Außenluftfilter (8) und die vier zwischengeschalteten, logisch richtig angesteuerten Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.1 bis 11.5) in die Zuluft überführt. Es findet nun ein über die Zulufttemperatur geregelter Mischluftbetrieb in der Form statt, dass die beiden Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.3 und 11.4) so angesteuert werden, dass bei mehr als 50% Außenluft das Luftmengenregulier-/Absperrmodul 11 geöffnet ist und das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) stetig geschlossen wird. Bei einem vsl. sehr seltenem Bedarf von weniger als 50% Außenluft ist das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) geöffnet, während das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.1) stetig geschlossen wird. Die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11 und 11.9) sind dabei in beiden Fällen geschlossen. Das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.5) ist dabei grundsätzlich geöffnet, kann aber wegen der Vordruckhaltung etwas geschlossen sein.
Damit eine gewünschte konstante Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius eingehalten werden kann, wird der mehr oder weniger kühlen Außenluft (13) ein Teil von der warmen Abluft als Umluft (21) beigemischt. Die für die Mischluft notwendige kühle Außenluft gelangt, einen kleinen Gleichdruck in den parallelen Luftwegen anstrebend, gesteuert über die parallelen Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.3 und 11.4) durch das dabei thermisch nicht genutzte Kühlmodul (1 oder 5) hindurch und über den Bypass (22) zum Zuluftventilator (6).
Die für die Zulufterwärmung nicht benötigte Abluftmenge (15) gelangt über den Abluft-Fortluftfilter (10) zum Abluft-/Fortluftventilator (7). Dieser saugt gemeinsam mit dem Zuluftventilator (6) die Abluft an und fördert den restlichen Teil der Abluft (15) als Fortluft (16) gleichmäßig über die jetzt thermisch unbenutzten Luftbehandlungsteile wie Wärmerückgewinnungsmodul (3) und Kondensator (4) über die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.11 und 11.10), auch hier einen kleinen Gleichdruck anstrebend, ins Freie. Damit muss der Abluft-/Abluft-/Fortluftventilator (7) über die gesamte Betriebszeit gesehen nur die Fortluftmenge, also wesentlich weniger Luft fördern als der Zuluftventilator (6) und gleichzeitig nur wenig Widerstand überwinden, obwohl die Abluft- und Zuluftmengen in etwa gleich groß sind.
Wenn die Außentemperatur in etwa, bei Berücksichtigung der entstehenden Wärme durch den Ventilatormotor, die Sollwerttemperatur für die Zuluft erreicht hat, werden 100% Außenluft als Zuluft gefördert.
Es findet nun ein reiner, auf zwei Strömungswege im 1. Hauptströmungsweg (17) aufgeteilter Kühlbetrieb per Außenluft statt, der so lange genutzt werden kann, bis der zweite Sollwert für die Zuluft für den Kältemaschinenbetrieb, beispielsweise 20 Grad Celsius oder höher gilt. In diesem Fall muss die Kältemaschine erst bei Außentemperaturen über ca. 19,5 Grad Celsius oder mehr laufen.
Im Übrigen muss die Kältemaschine ggf. auch bei tieferen Außenlufttemperaturen laufen, wenn die Abluftfeuchte nicht zu hoch werden darf. In gemäßigten Klimazonen wie beispielsweise in Deutschland wird daher in etwa ab einer Außenluftfeuchte von über 10 g Wasser pro kg trockener Luft auf Entfeuchtungsbetrieb umgeschaltet, wozu die ja sowieso integrierte Kältemaschine genutzt wird. Das entspricht dann in etwa einer max. relativen Feuchte an den IT - Einrichtungen von ca. 50% r.H.
Sollte die Außentemperatur beim Mischluftbetrieb bei einer Außenluftfeuchte kleiner X = 10 g/kg unter dem Umschaltpunkt auf Kältemaschinenbetrieb liegen und relativ zu feucht sein, wird durch zusätzliche Umluftbeimischung über den Umluftweg (21) die übliche Zulufttemperatur erhöht und somit der relative Feuchtewert für die Zuluft (14) erniedrigt.
Falls die Außenluft (13) zu warm sein sollte, dass sie weder für eine Indirekte noch für eine Direkte Freie Kühlung verwendet werden kann, gibt es zwei maschinelle Kühlarten mit Nutzung der Kältemaschine, was in gemäßigten Klimazonen nur ganz selten vorkommt:

Sobald die Außenluft (13) kühler ist als die Abluft (15), aber wärmer als die gewünschte Zuluft (14), wird die dann zu 100% verwendete Außenluft (13) am leistungsgeregelten Direktverdampfer (1), der zu der im Klimagerät integrierten Kältemaschine gehört, auf den Sollwert abgekühlt, womit der Raum oder/und die verwendete IT damit noch ausreichend gekühlt werden kann. Hierbei kann aus Energiespargründen auch eine höhere als die oben erwähnte Zulufttemperatur von 20 Grad Celsius eingeregelt werden, womit dann aber bei gleichem delta t auch die Ablufttemperatur, welche an der Decke des gekühlten Raumes angesaugt wird, steigen würde. Falls die Kühlwirkung am Direktverdampfer (1) bei kleinster Stufe zu hoch sein sollte, wird der Zuluft (14) beispielsweise über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) geregelt über den Bypass (22) mit dem Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11) etwas Außenluft beigemischt. Dabei wird die Austrittstemperatur am Direktverdampfer (1) so nach unten begrenzt, damit dort auf gar keinen Fall eine latente Kühlung stattfindet. Denn diese würde ja durch automatische Entfeuchtung bei Erreichen des Taupunktes eine ungewollte zusätzliche Kühlenergie benötigen wie dies bei den üblichen „Klimakomfortgeräten“ der Fall ist.

Bei dieser Kühlart der maschinellen Außenluftkühlung wird die gesamte Abluft (15) des Raumes als Fortluft (16) über den Abluft-/Fortluftfilter (10), über den dabei inaktiven Kondensator (4), sowie bei geringer Kühlleistung, zur Widerstandsentlastung des Abluft-/Fortluftventilators (7) bedarfsgerecht auch im Bypass über das thermisch nicht aktive Wärmerückgewinnungsmodul 1 (3) gemeinsam ins Freie gefördert. Bei Bedarf könnte diese Prozesswärme der Fortluft (16) aber auch anderen Räumen zu gute kommen.
Sollte die warme Abluft bei voller Kühlleistung und alleiniger Durchströmung des Kondensators = Verflüssigers (4) nicht zur Kühlung dessen ausreichen, was vor allem beim Entfeuchtungsbetrieb mit hoher Außenluftenthalpie und dem maximalen Volumenstrom des Klimagerätes entstehen könnte, wird die Drehzahl des Abluft-/Fortluftventilators (7) erhöht und dem Kondensator (4) über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11) zusätzlich Außenluft zugeführt. Dabei werden die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.2 und 11.8) entsprechend gedrosselt.
Im Übrigen kann bei zu hoher Außenluftfeuchte auch jederzeit auf Umluftkühlbetrieb umgeschaltet werden. Das ist sinnvoll, wenn die aufzuwendende Kälteleistung beim hierbei besonderen Entfeuchtungsbetrieb (s. unten) größer werden sollte als wie beim Umluftkühlbetrieb.
Sobald die Außenluft wärmer ist als die zulässige Ablufttemperatur, wird auf jeden Fall auf maschinellem Umluftkühlbetrieb umgeschaltet. Dabei kann ein voreingestellter Mindestaußenluftanteil mit gefördert und gekühlt werden. Jetzt gelangt der größere Teil der Abluft (15) über den ersten Umluftweg (20) zu dem Direktverdampfer (1). Die parallelen Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11 und 11.4) sind nun so angesteuert, dass die gesamte Abluft = Umluft 1 (20), abzüglich eines evtl. Fortluftanteiles über den Direktverdampfer (1) strömen.
Es wird noch darauf hingewiesen, dass die Kühlart der Indirekten Freien Kühlung sowohl mit der Direkten Freien Kühlung als auch mit der Umluftkühlung kombiniert werden können.
Wenn die Außenluft absolut zu feucht ist, und sie infolgedessen im Raum zu einer ungewollten Erhöhung der Raumluftfeuchte führen sollte und ein Umluftkühlbetrieb mehr Energie benötigen würde, wird die weiterhin verwendete Außenluft auf dieser Art entfeuchtet: Es wird nur ein vorbestimmbarer Teil der Außenluft angesaugt und zwar in der Menge, dass diese auf den Taupunkt abgekühlt wird und mit der fehlenden Menge mit warmer Umluft zur Zuluft gemischt, also aufgefüllt wird. Dabei kann eine Zulufttemperatur entstehen, die zwischen der bei der Freien Kühlung und dem maschinellen Kühlbetrieb genutzten liegt. Beim Entfeuchtungsbetrieb ist somit kein Heizregister erforderlich.
2 zeigt in modularer Abänderung zu 1 ein Klimagerät, als Vollklimasystem, wo das die Kühlung erzeugende Wärmerückgewinnungsmodul (2) im 3. Verbindungsströmungsweg (21) angebracht ist, welcher direkt vor dem Ventilator in den Haupströmungsweg (17) einmündet. Damit sind zwar auch alle vorgenannten Kühlarten ausführbar, aber keine sinnvolle Nacheinanderschaltung von Indirekter Freier Kühlung und Kühlung der Umluft mittels Kühlmodul in der Zuluft. Für viele Einsatzfälle, vor allem in gemäßigten Klimazonen, ist diese Bauweise, die in 6 beispielsweise konstruktiv gelöst dargestellt ist, aber völlig ausreichend.
3 zeigt in modularer Abänderung zu 1 ein Klimagerät, als Vollklimasystem, wo das Klimagerät in einem Nebenraum zum klimatisierten Raum untergebracht werden kann und/oder generell Flüssigkeitszufuhren zu dem Klimagerät erlaubt ist.
Bei dem in 3 dargestellten Gerät wurde, wie bei 1, im Zuluftweg (14) ein Befeuchtermodul (24) vorgesehen, das beispielsweise ein Sprühbefeuchter, ein Dampfbefeuchter oder eine adiabate Befeuchtungseinrichtung sein kann und wie bei 1 vor dem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) im Fortluftweg (16) ein weiteres Befeuchtungsmodul (25) als Sprühbefeuchter angebracht.
Im parallelen Teil des ersten Haupströmungsweges (18) wird als Kühlmodul ein beliebiges Kühlregister für die Zuluftaufbereitung verwendet, bei welchem das dazu benötigte Kühlmittel üblicherweise von außen zugeführt wird oder intern im Klimakompaktgerät erzeugt werden kann. Extern kann das Kühlmittel von einer Kältemaschine, einer Brunnenanlage oder einer anderen Versorgungsart bereitgestellt werden.
Dabei entfällt der luftgekühlte Kondensator (4) in dem parallelen Fortluftweg (16) vor dem Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.11). Dafür ist dort ein Wärmenutzungsbauteil angebracht, hier beispielsweise ein spezieller Verdampfer (23) als Zubehörbauteil einer zusätzlichen Wärmepumpe. Damit kann zumindest bei den Betriebsarten Direkte Freie Kühlung, sowie beim maschinellen Umluft- Mischluft und Außenluftkühlbetrieb und Entfeuchtungsbetrieb die beim Kühlsystem zumeist frei werdende Raumwärme anderweitig genutzt werden, beispielsweise um warmes Wasser zu erzeugen.
Im Übrigen kann beim Einsatz einer Absorptionskältemaschine im vorgeschlagenen Kühlsystem beim entsprechenden Kühlregister (5) neben der auch in warmen Zonen der Erde häufig kühlen Außenluft auch die Sonnenwärme als zweite kostenlose Ressource genutzt werden. Wenn dann auch noch gesammeltes Regenwasser, nutzbares Fluss-, See- oder aufbereitetes Meerwasser für die Verdunstungskühlung zur Verfügung steht, kann sogar eine dritte natürliche Ressource zur zeitweise unterstützenden Kühlung oder gar alleinigen Kühlung genutzt werden.
Zudem ist hier bei der Indirekten Freien Kühlung eine unterstützende Verdunstungskühlung, sprich eine adiabate Kühlung möglich. Dabei wird vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (3) beispielsweise ein Sprühbefeuchter (20) angebracht, welcher die Kühlwirkung der Außenluft unterstützt, insbesondere dann, wenn sie nicht sehr kalt ist. Die so zusätzlich gewonnene Kühlenergie kommt dem Wärmerückgewinnungsmodul (2) und damit der Zuluft zugute.
Es können hier wiederum also alle Betriebsarten der Kühlung wie bei 1 und zudem sowie die o.g. unterstützende Verdunstungskühlung und ggf. die Abwärme genutzt werden.
4 zeigt eine Ergänzung zu 1. Hier sind für die Betriebsart Indirekte Freie Kühlung zwei, die aus der Außenluft gewonnene Kühlenergie abgebende erste Wärmerückgewinnungsmodule (2, 2a) vorgesehen. Ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2) befindet sich wie bei 1 im ersten Verbindungsströmungsweg (20). Ein weiteres erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2a), das dann in Reihe zum anderen Wärmerückgewinnungsmodul (2) benutzt werden kann, befindet sich in einem parallelen Ast des Hauptströmungsweges (17), parallel zum Direktverdampfer (1).
Beide Wärmerückgewinnungsmodule (2 und 2a) werden von der kalten oder kühlen Kühlflüssigkeit versorgt, die am Wärmerückgewinnungsmodul (3) über die kalte oder kühle Außenluft gewonnen wird. Falls aufgrund kalter Außenluft nur eines benötigt wird, wird die Kühlleistung vom ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2) im Verbindungsströmungsweg (20) erzeugt. Das weitere erste Wärmerückgewinnungsmodul (2a) im Zuluftbypass wird dann ungenutzt durchspült und zwar so, dass die bereits gekühlte Luft gleichmäßig über die dabei thermisch nicht genutzten Luftbehandlungsmodule wie Direktverdampfer (1) und Wärmerückgewinnungsmodul (2a) strömt. Das spart bei sehr niedrigen Außentemperaturen Antriebsleitung beim Zuluftventilator (6). Allerdings muss dazu in seltenen Fällen, kurz vor der Umschaltung auf die Direkte Freie Kühlung der Volumenstrom des Fortluftventilators (7) erhöht werden.
Durch diese Ergänzung kann die Indirekte Freie Kühlung länger benutzt und noch mehr Befeuchtungsenergie eingespart werden, bevor die alleinige Direkte Freie Kühlung bei steigender Außenluft und abnehmender absoluter Feuchte genutzt wird. Bei Direkter Freier Kühlung muss in Abhängigkeit der gewünschten Mindestraumfeuchte, mehr oder weniger häufig ein Außenluftanteil von etwa 50 - 100%, bei Indirekter Freier Kühlung zwar häufiger, dafür aber vsl. nur 10 % Außenluftanteil befeuchtet werden, wenn dem Nutzer nicht eine noch kleinere Außenluftrate reicht.
5 zeigt eine grundlegende schematische Ausgestaltung einer Kompaktklimaanlage nach der Erfindung, ohne die Details wie Filter (9, 10) Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11) und weitere übliche Bauteile einer an sich zugehörigen Kältemaschine, die in der Regel in dem neuartigen Klimakompaktgerät untergebracht ist. Diese Kompaktklimaanlage weist einen Außenluftanschluss AUL, einen Zuluftanschluss ZUL, einen Abluftanschluss ABL und einen Fortluftanschluss FOL auf. Außenluftanschluss (13) und Zuluftanschluss (14) sind über den ersten Hauptströmungsweg (17), Abluftanschluss (15) und Fortluftanschluss (16) über den zweiten Hauptströmungsweg (18) verbunden.
Das zweite, die Kühlenergie aus der Außenluft aufnehmende Wärmerückgewinnungsmodul (3) liegt in einem parallel nutzbaren Strömungsweg zwischen der Anschlussstelle des ersten Verbindungsströmungswegs (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss FOL. Unabhängig, d.h. parallel zu diesem Wärmerückgewinnungsmodul (3) wird im maschinellen Kühlbetrieb ein luftgekühlter Kondensator (4) genutzt, der über Kältemittelleitungen mit dem Direktverdampfer (1) als Teil einer Kältemaschine mit weiteren dazu notwendigen Bauteilen gekoppelt ist.
Das erste, die Kühlung für den versorgten Raum erzeugende Wärmerückgewinnungsmodul (2) ist im zweiten Verbindungsströmungsweg (20) angeordnet. Nur dann, wenn dieses oder / und die direkt genutzte Außenluft nicht zur Kühlung des Raumes ausreichen, erfolgt diese per Energieaufwand am zugehörigen Verdichter über den Direktverdampfer (1) der integrierten Kältemaschine.
Um einen besseren Wärmerückgewinnungsgrad zu erzielen und die Direkte Freie Kühlung erst bei noch wärmerer, dann dementsprechend absolut feuchterer Außenluft beginnen zu lassen, kann das Wärmerückgewinnungsmodul zweigeteilt sein, so dass die Wärmerückgewinnung dann nacheinander in den Strömungswegen (20) und (22) stattfindet. Dabei bekommen beide Wärmerückgewinnungsmodule (2, 2a) die am Wärmerückgewinnungsmodul (3) gekühlte Flüssigkeit, beispielsweise eine Wasser-Glycol-Mischung, bedarfsgerecht geregelt parallel, oder nur am Wärmerückgewinnungsmodul zugeleitet.
Die aus dem zweiten Hauptströmungsweg (18) abgezweigte warme Abluft ABL kann so auf zweierlei Arten gekühlt, und mit der zugeleiteten Außenluft AUL im ersten Hauptströmungsweg (17) gemischt werden.
Das vordringlichste Ziel ist allerdings, die Außenluft direkt zur Raumkühlung zu nutzen, sobald diese nicht zu trocken ist. Dann findet ein grundsätzlich bekannter Mischluftbetrieb als Direkte Freie Kühlung statt, hier verbessert durch die Aufteilung der Außenluft und der Fortluft auf jeweils 2 genutzte Äste im jeweiligen Hauptströmungsweg (17, 18) und die geregelte Zuführung des Umluftteiles (21) direkt vor dem oder am Zuluftventilator (6) in den ersten Hauptströmungsweg (17) einmündend.
6 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Kühlsystems analog zu 2 als Vorrichtung mit einem Gerätegehäuse (26), also ein Kompaktklimagerät mit individueller Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten, geeignet zur Aufstellung im davon versorgten Technikraum mit vorwiegend vertikalen Hauptströmungswegen. Als konstruktive Besonderheit befindet sich hier das Wärmerückgewinnungsregister (2) im dritten Verbindungsströmungsweg (21), d. h. die gekühlte Umluft wird direkt vor dem Zuluftventilator in die Zuluftaufbereitungszone, den 1. Hauptströmungskanal (17) eingeführt. Dadurch wird ein Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11) eingespart. Hier ist allerdings keine Nacheinandernutzung von Indirekter Freier Kühlung und maschineller Kühlung per Kühlmodul, jedoch ein Parallelbetrieb dieser Kühlarten möglich. Für viele Anwendungsfälle dürfte das aber reichen.
Im Mischluftbetrieb der Direkten Freien Kühlung wird die benötigte Umluftmenge ebenfalls über diesen Luftweg (21) in den Hauptströmungsweg (17) eingeführt.
Als Besonderheit kann hier bei sehr kalter Außenluft vor dem Außenluftfilter (8) etwas Fortluft in die Zuluftaufbereitungszone eingeführt werden, die sich aus mehreren Kammern seitlich links, seitlich rechts, Mitte und Unten zusammensetzt. Die Kammer mit den parallel angeordneten Luftbehandlungsbauteilen für die Rückkühlung des Kondensator (4) beim Kältemaschinenbetrieb und die Nutzung der kühlen Außenluft durch das Wärmerückgewinnungsmodul (3) bei Indirekter Freier Kühlung befindet sich oben in der Mitte.
Die in diesem Gerät aufbereitete Zuluft (14) kann wie dargestellt sowohl nach unten direkt in einen Doppelboden als auch alternativ in ein anschließendes Kanalnetz mit Quellluftauslässen eingeführt werden. Sie könnte dazu auch unten seitlich aus dem Gerät heraus geführt oder in ein vor dem Gerät angebrachtes, abnehmbares Zuluftplenum umgelenkt werden.
Die Außenluft (13) kann wie dargestellt direkt oben oder alternativ seitlich oder hinten oben angesaugt werden. Die Fortluft (16) kann wie dargestellt direkt nach oben oder alternativ nach hinten aus dem Gerät heraus geführt werden. Die Abluft (15) wird oben eingeführt und dabei möglichst ganz oben, über ein Kanalnetz, in der vom Klimagerät versorgten warmen Zone angesaugt.
Bei einer Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius einer Ablufttemperatur von 32 Grad Celsius und einer Umschalttemperatur von 6 Grad Celsius von Indirekter auf die alleinige Direkte Freie Kühlung entsteht stets ein hoher Außenluftanteil von mehr als 50%. Daher ist bei der Direkten Freien Kühlung das in der Außenluft befindliche Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.1) stets geöffnet, während das die Umluft regelnde Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) stetig geschlossen wird, bis irgendwann 100% Außenluft entstehen.
Zudem kann hier bei der Indirekten Freien Kühlung, bei sehr niedrigen und relativ feuchten Außenlufttemperaturen als örtliche Besonderheit über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.13) etwas warme Fortluft vor dem Außenluftfilter zu dessen Vorwärmung und Ermäßigung der relativen Feuchte umgelenkt werden, wenn die Zuluft max. 80% r.H. betragen darf.
Eine weitere Besonderheit ist hier noch vorgesehen: Sollte bei der Direkten Freien Kühlung bei der Einregulierung der 18-grädigen Zulufttemperatur eine zu hohe relative Feuchte für die dem Raum zugeführte Zuluft (14) entstehen, kann durch Beimischung einer zusätzlichen 2. Umluft über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.7) der Grenzwert der Zuluftfeuchte eingehalten werden. Allerdings steigt dann die Zulufttemperatur und nähert sich der Zulufttemperatur an, die beim maschinellen Kühlbetrieb üblich ist.
7 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel für das vorgeschlagene vielseitige und universell anwendbare Kühlsystem für thermisch hoch belastete Räume analog zu 1 als Vorrichtung mit einem Gerätegehäuse (26), also ein Kompaktklimagerät mit individueller Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten, geeignet zur Aufstellung im davon versorgten Technikraum, beispielsweise mit vorwiegend vertikalen Hauptströmungswegen. Dieses System macht überall da Sinn, wo die ständig entstehende hohe Prozesswärme nicht anderweitig sinnvoll bzw. wirtschaftlich genutzt werden kann. Die in diesem Gerät aufbereitete Zuluft (14) kann wie dargestellt sowohl nach unten direkt in einen Doppelboden als auch alternativ in ein anschließendes Kanalnetz mit Quellluftauslässen eingeführt werden. Sie könnte dazu auch unten seitlich aus dem Gerät heraus geführt oder in ein vor dem Gerät angebrachtes, abnehmbares Zuluftplenum umgelenkt werden.
Als konstruktive Besonderheit gibt es hier im rechten und mittleren Teil eine hintere Ebene (19) als reinen Strömungskanal, durch den bei einigen Betriebsarten Außenluft (AUL; 13) zum linken Teil des Klimagerätes geleitet werden kann.
Der erste Hauptströmungsweg (17) wird gebildet vom Eintritt der Außenluft (13) in das Gehäuse (26) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11 und weiter über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11. Dazwischen liegt der Außenluftfilter (8). Der erste Hauptströmungsweg (17) führt weiter über den Direktverdampfer (1) mit Tropfenabscheider zum Zuluftventilator (6), der hier beispielsweise unter dem Klimagerät angebracht ist. In diesem Hauptströmungsweg befinden sich zudem die Luftmengenregulier-Absperrmodule 11 (die sog. Umluftklappe für UML 2) und 11.4 (die geregelte Bypassklappe) und das Befeuchtermodul (24), hier als Dampfbefeuchterlanze ausgebildet. Der Verdampfer (1) ist im Hauptströmungsweg (17) zwischen den möglichen Einleitungen der Umluft UML 1 (21) und Umluft UML 2 angeordnet und hat einen geregelten Bypass (22).
Der zweite Hauptströmungsweg (18) wird gebildet vom Eintritt der Abluft (ABL; 15) in das Gehäuse (26) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11 und weiter über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11 zur sog. Fortluftkammer, wo die Fortluft (FOL; 16) das Klimagerät über eines der beiden oder über beide Luftmengenregulier-Absperrmodule 11.10 bzw. 11.11 verlässt.
In den linken vertikalen Kammern des zweiten Hauptströmungsweges (18) befinden sich noch weitere Einbauten: Das sind die parallel zueinander angeordneten Luftbehandlungsteile wie Kondensator (4) mit dem ersten, die Kühlenergie aufnehmenden Wärmerückgewinnungsmodul (3), ein Befeuchtungsmodul (25) für die adiabate Kühlung und der Fortluftventilator (7).
In der mittleren Kammer des zweiten Hauptströmungsweges gibt es den Umluftfilter (10), das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11.12, die sog. Umluftklappe UML 1, das zweite, die Kühlleistung abgebende Wärmerückgewinnungsmodul (2), die geregelte Kühlmittelpumpe (12) und Teile der im Klimagerät integrierten Kältemaschine wie beispielsweise den oder die Verdichter (30), usw..
Ggf. kann in diesen Kammern auch noch ein Schaltschrank integriert werden, der für die gesamten Funktionen des Klimagerätes, einschl. Wärmerückgewinnung, Kältetechnik sowie Be- und Entfeuchtung zuständig ist. Auch die Dampferzeugungseinrichtung für die dargestellte Dampflanze hätte noch Platz.
Mit dieser Art von Geräteausführung ist das weiter hinten beschriebene Strom sparende Verfahren für folgende 8 Betriebsarten an allen möglichen Einsatzorten in verschiedenen Klimazonen möglich:

1. Indirekte Freie Kühlung mit Nutzung der kühlen Außenluft - ohne Kältemaschinenbetrieb
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 1 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 9
2. wie 1.; mit Ergänzung durch eine adiabate Kühlung
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 2 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 10
3. Direkte Freie Kühlung mit Nutzung der kühlen Außenluft - ohne Kältemaschinenbetrieb
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 3 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 11
4. maschinelle Kühlung, beispielsweise mit Kältemaschine mit Nutzung der gegenüber der Abluft kühleren Außenluft
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 4 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 12
5. wie 4. mit stärkerer Kühlleistung bei gleicher Außentemperatur zur Entfeuchtung der weiterhin verwendeten Außenluft
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 5 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 13
6. maschinelle Kühlung, beispielsweise mit Kältemaschine mit Abkühlung der als Umluft wieder verwendeten Abluft für die Zuluft
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 6 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 14
7. wie Betriebsart 6.; jedoch mit Beimischung von etwas Außenluft
8. wie Betriebsart 6.; jedoch mit Ergänzung durch eine adiabate Kühlung zur Einsparung von Kältemaschinenleistung
- - siehe Behandlungsfeld Nr. 7 bei den beispielhaften Außenluftzuständen in 8 und dazu 15

Zwei weitere Besonderheiten sind bei dieser Ausführungsart des Klimagerätes noch möglich:

a) Sollte bei der Betriebsart Nr. 1 die sehr kalte Außenluft zur Vereisung am Außenluftfilter (8) führen, kann der Außenluft (13) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11.13 saugseitig etwas warme Abluft (15) beigemischt werden, falls der Saugdruck für die Außenluft (13) dort größer ist als der für die Abluft (15).
b) Sollte bei der Betriebsart Nr. 3 durch Mischung der kalten Außenluft mit der warmen Umluft UML 1 über das Luftmengenregulier-Absperrmodul 11.12 zur Erzeugung der empfohlenen 17-grädigen Zulufttemperatur eine zu hohe relative Feuchte für den Raum durch die zugeführte Zuluft (14) entstehen, kann durch Beimischung einer zusätzlichen zweiten Umluft UML 2 über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11) der Grenzwert der Zuluftfeuchte von beispielsweise 80% r.H. eingehalten werden. Allerdings steigt dann automatisch die Zulufttemperatur an und nähert sich der höheren Zulufttemperatur, die beim maschinellen Kühlbetrieb üblich ist.

Wenn der Raum oder die versorgte Raumzone keine besonderen Ansprüche an zu trockener Luft, sondern lediglich nur an zu feuchter und zu warmer Luft hat, kommt dieses kompakte Klimagerät ohne externe Flüssigkeitsdruckleitungen aus.
Mit den in diesem Klimakompaktgerät integrierten Bauteilen wie Schaltschrank und Kältemaschine und ggf. an- oder eingebauter Befeuchtungserzeugungsanlage und Dampflanze ist es sozusagen „steckerfertig“ einsetzbar und benötigt bei Aufstellung auf einen Doppelboden lediglich einen ausreichend großen Außen- und Fortluftanschluss. Bei der Abluft (15) dürfte in vielen Fällen ein Anschlussstutzen reichen, der bis in die Nähe der Raumdecke ragt. Bei größeren Räumen mit hohen Unterzügen sollte dort allerdings zweckmäßigerweise ein Abluftkanal ergänzt werden, der die im thermisch hoch belasteten Raum (beispielsweise IT-Raum oder Rechenzentrum) kontinuierlich entstehende warme Luft stets ganz oben über den Wärmeinseln absaugt und damit in den meisten Zeit des Jahres Fällen eine sog. „Luftwechselkühlung“ für den Raum erzeugt: kühle AUL = ZUL rein und warme ABL = FOL raus. Der Raum wird dabei je nach anfallender Kühllast mit dem dafür stets „ausreichend großen“ Volumenstrom und einem dabei möglichst großem delta t (= Differenz zwischen Abluft und Zuluft) gekühlt.
Mit dem in 7 dargestellten Klimagerät ist ein besonderes Verfahren machbar, mit dem die vorne bezeichneten 8 Kühlarten möglich sind. Zum besonderen Verständnis ist dazu noch 8 dargestellt. In 8 sind in einem h-x Diagramm sieben sog. Behandlungsfelder, speziell für das in 7 dargestellte Klimagerät festgelegt, hier mit zusätzlicher Grenzziehung für gemäßigte Klimazonen und den üblichen Raumanforderungen für thermisch hochbelastete Räume (Grenzlinien für Zuluftemperaturen, Ablufttemperaturen und die erlaubte absolute Feuchte im Raum).
Für die gem. dieser Erfindung möglichen Klima- oder reinen Kühlgeräte und auch für das in 7 dargestellte Gerät sind natürlich auch noch andere Verfahren möglich. Das hier erfinderisch vorgestellte Verfahren ist jedoch in Kombination mit dem Klimagerät der 7 besonders Energie sparend. Ein in 8 dargestelltes Behandlungsfeld grenzt die an einem beliebigen Ort vorkommenden Außenluftzustände ein, die eine individuelle, stets andere Behandlungsart erfordern. Dabei ist es je nach Einsatzort des Klimagerätes unterschiedlich, wie häufig in diesem Feld die verschiedenen in der Natur vorkommenden Paarungen von Temperatur T / absolute Feuchte X im Jahr vorkommen. Dabei können je nach Ort die häufigeren Paarungswerte pro Feld durchaus mehr links, mehr rechts, weiter oben oder weiter unten in dem jeweiligen Feld liegen. Der Mittelwert für die pro Feld vorkommenden Außenluftzustände liegt somit nicht in der grafischen Feldmitte.
In gemäßigten Klimazonen wie beispielsweise in Deutschland kommen für 7 nur die Behandlungsfelder 1 bis 6 vor. In wärmeren Klimazonen der Erde kommt noch das Feld Nr. 7 hinzu.
Wenn das Feld 2 am jeweiligen Einsatzort nur wenige Stunden im Jahr ausweist oder die senkrechte X-Grenze aufgrund der individuellen Raumanforderungen weiter nach links verlagert wird, kann bei den dann nur noch ganz wenigen Behandlungsstunden des Feldes 2 die Behandlungsart des Feldes 3 nach links ausgedehnt werden. Begründung: Bei Feld 3 wird für die beiden Ventilatoren noch weniger Antriebsenergie benötigt als bei Feld 2 und es ist keine Pumpenleistung für die adiabate Kühlung erforderlich.
Für jedes dieser Behandlungsfelder ist eine andere Betriebsart = Kühlart, sprich Luftaufbereitung für die im Klimagerät zu erzeugende Zuluft zur Kühlung bzw. Klimatisierung des zu versorgenden Raumes und die Abfuhr der Prozesswärme vorgesehen. Dabei wird erfindungsgemäß darauf geachtet, dass zur Vermeidung von hohen Antriebsleistungen bei den beiden Ventilatoren (6, 7) pro Behandlungsfeld stets möglichst geringe Luftwiderstände im Klimagerät entstehen. Das geschieht über die gesteuerte und/oder geregelte Umlenkung von Luftströmen zu den aktuell benötigten Bauteilen oder die Bildung von Teilluftströmen durch die vielen Luftmengenregulier-Absperrmodule (11....). So kann man ganzjährig unterschiedlich viel und im Mittelwert stark Strom sparen.
Die bei diesem Verfahren somit praktizierte Teilstrombildung mit möglicher Teilstrombehandlung beruht auf dieser Erkenntnis: Wird beispielsweise eine bestimmte thermische Leistung benötigt, so ist es egal, welchen Faktor man in diesem Produkt ändert: den aktuell notwendigen Massenstrom oder das dieser Leistung entsprechende delta t.
Bei diesem Verfahren wird, solange keine Nachteile entstehen, stets ein kleinerer Massenstrom bei einem größeren delta t genutzt. Die kleinere Masse reduziert dabei den Luftwiderstand am benötigten thermischen Luftbehandlungsbauteil (1, 2, 3, 4). Die Umlenkung der thermisch nicht behandeltenTeilmasse =Teilvolumenstrom kann über einen geregelten reinen Bypass oder einen parallelen Strömungsweg mit darin eingebautem, aber aktuell nicht genutztem anderen Bauteil erfolgen. Durch die anschließende Mischung beider Strömungswege entsteht das gleiche Ergebnis für die aktuell erforderliche thermische Luftbehandlung, aber es wird durch die bewusst erzeugte Teilluftmenge mit folgender Widerstandsreduktion Antriebsleistung bei den beiden Ventilatoren gespart.
Falls überhaupt keine thermische Luftbehandlung erforderlich ist, werden hier so häufig wie möglich parallele Strömungswege mit dem halbem des aktuellen Volumenstromes hergestellt, angesteuert. Das reduziert den Strömungswiderstand an der betrachteten Stelle auf ein Viertel und die dazu notwendige Luftförderleistung theoretisch auf ein Achtel. In der Praxis dürfte sich auf Grund des nicht konstanten Ventilatorwirkungsgrades bei kleinerem Widerstand eine Minderung von etwa einem Fünftel bis einem Siebtel zu der Ventilatorleistung ergeben, die bei Durchströmung des Bauteiles mit der gesamten Luftmenge entsteht, je nach Qualität des Ventilators. Voraussetzung für diese Reduktion ist allerdings, dass das entsprechende Bauteil für den max. notwendigen Volumenstrom bei seltener Alleindurchströmung dessen sinnvoll ausgelegt ist.
Das in 7 dargestellte Klimagerät ist mit dem hierbei vorgesehenen Verfahren speziell für gemäßigte Klimazonen geeignet, kann aber auch in anderen Klimazonen besonders Energie sparend eingesetzt werden. Bei dem dargestellten Beispiel für den Einsatzort München kommen die Behandlungsfelder Nr. 3 und 1 in dieser Reihenfolge am häufigsten vor. Bei Feld 3 entstehen zudem die geringsten internen Luftwiderstände und damit recht niedrige Ventilatorantriebsleistungen sowohl für die Zuluftzufuhr zum Raum als auch die Abfuhr von warmer Prozessluft. Zudem wird in dieser Zeit keine maschinelle Kühlung benötigt, d.h. die im Klimagerät gem. 7 integrierte Kältemaschine wird jetzt nicht benötigt. Somit wird nochmals Strom gespart und zwar wesentlich mehr als wie durch die Widerstandsreduzierung möglich ist.
Falls die Außenluft unter Berücksichtigung der von der Zuluft aufzunehmenden Motorwärme des Zuluftventilators (6) wärmer als die gewünschte Zulufttemperatur oder für eine Direktnutzung zu feucht ist, wird bei den Feldern 4 bis 7 eine maschinelle Kühlung benötigt. Bei dem dargestellten Beispiel in 8 liegen die Grenzen für die Nutzung der Betriebsart 4 bei einer Außenluft von ca. > 20°C, für die Betriebsart 5 bei einer Außenluftfechte von X > 10 g/kg sowie für die Betriebsart 6 bei einer Außentemperatur von ca. > 31°C. Diese hohe Temperatur ist in der Regel gleich groß wie die maximal zulässige und hier per Volumenstromregelung angestrebte Ablufttemperatur.
Sowohl die Ablufttemperatur als auch die Zulufttemperatur könnten in bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise bei besonderen „Kalt- und Warmgängen“ in einem Rechenzentrum auch höher sein.
Dann würde sich das Feld 3 weiter nach oben verschieben, so dass Feld 6 zumindest in gemäßigten Klimazonen noch weniger Betriebsstunden ausweist. Durch den dabei möglichen selteneren Einsatz der maschinellen Kühlung kann dann noch mehr Energie bei den Feldern 4 bis 7 gespart werden.
Hinzu kommt noch bei Feld 5: Da bei einem höheren Temperaturniveau im Raum die relative Feuchte aufgrund der zugeführten Außenluft sinkt, könnte dann logischerweise die übliche Feuchtegrenze von X = 10 auf etwa 12 g/kg erhöht werden. Dann wird auch beim Feld 5 die Kältemaschine nur mehr ganz selten benötigt.
Die Einsatzgrenze für Feld 7 beginnt individuell dann, wenn die aufgenommene Elektrische Gesamtleistung durch den Einsatz der adiabaten Kühlung sinnvoll reduziert werden kann. In Deutschland kommt Feld 7 gar nicht und Feld 6 bei dem gezeichneten Beispiel nur an weniger als 0,1% der Jahreszeit vor. Insofern wird die Kältemaschine hier vorwiegend bei Feld 4 und 5 benötigt. Je nach Einsatzort und Festlegung der max. zulässigen Raumfeuchte und max. zulässiger Zulufttemperatur kann sich hier die Notwendigkeit eines Kältemaschinenbetriebes bei zumeist sehr angenehmen Raumtemperaturen auf unter 3% bewegen. Zudem ist dabei der jährliche elektrische Energiebedarf wesentlich geringer als wie bei dem heutzutage üblichen Umluftkühlverfahren in Kombination mit der Indirekten Freien Kühlung.
Begründung: Da in gemäßigten Zonen der sommerliche Mittelwert bei Feld 4 relativ niedrig ist, kann Strom gespart werden, indem man lediglich die Außenluft um 1 bis 4 K und nicht die Umluft um ca. 12 K abkühlen muss. Zudem werden so oft wie möglich die Bypaßströmungswege beim Verdampfer (1) und Kondensator (4) genutzt, was auch noch Energie bei den Ventilatorantrieben spart. Beim Verdampfer (1) ist das solange sinnvoll, wie die Teilluft (22) nicht bis auf ihren aktuellen Taupunkt abgekühlt werden muss. Sonst würde diese dann latente Kühlung den Vorteil der Widerstandsentlastung für den Ventilator aufheben. Beim Kondensator (4) macht der Bypass (18) solange Sinn, bevor der zulässige Grenzdruck im Kältemaschinenprozess erreicht wird.
Falls es in Zukunft ausreichend leistungsfähige Flachfilter geben sollte, könnten bei Einsatzfällen mit häufiger Nutzung der Betriebsart 3 sogar drei Filter anstelle des dargestellten einen größeren Abluftfilters (10) in den diversen, häufig nur mit Teilluftmengen genutzten Luftströmungswegen eingesetzt werden, was dann nochmals Antriebsleistung bei den Ventilatoren (6, 7) sparen würde. Es werden dann jeweils ein Filter für die Umluft UML 1 (20) in Luftrichtung vor dem Luftmengenregulier-Absperrmodul 11.12, für die Umluft UML2 (21) vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (2) und für die Fortluft vor dem Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) eingesetzt. Die gesamte Abluft (15) wird dann durch Aufteilung auf Teilluftmengen in mehreren Strömungswegen gefiltert. So gibt es kleinere parallel wirkende Widerstände.
Des Weiteren ist bei diesem Verfahren folgendes möglich: Der zur Kühlung erforderliche Volumenstrom wird aus der max. Kühllast Q des versorgten Raumes und dem max. zulässigen delta t zwischen der Ablufttemperatur und der Zulufttemperatur des zu kühlenden Raumes für die maschinellen Kühlarten berechnet. Wenn man dabei die Zulufttemperatur bei den maschinellen Kühlarten Nr. 4 - 7 beispielsweise auf 21°C festlegt und über die Volumenstromregelung ein konstante Ablufttemperatur von 32_°C anstrebt, ergibt sich dafür ein Auslegungs - delta t Raum von 11 K. Daraus errechnet sich der maximal erforderliche Volumenstrom für die max. Kühllast Q, der Nennvolumenstrom V₁. Wenn man nun bei den drei Kühlarten der Freien Kühlung, also bei den Behandlungsfeldern Nr. 1 bis 3 eine niedrigere Zulufttemperatur von beispielsweise 17_°C anstrebt und diese ggf. bis auf 21°C ansteigend zulässt, stellt sich bei weiterhin konstant einzuhaltender Ablufttemperatur von 32_°C automatisch ein häufig stark reduzierter Volumenstrom V_X ein. Denn ein größeres nutzbares delta t Raum ergibt bei gleicher Kühllast einen kleineren Volumenstrom V_X. Da die Reduktion des Nennvolumenstromes V₁ auf V_X die Luftwiderstände an den Bauteilen und in den Strömungswegen im Klimagerät in etwa im Quadrat reduziert, sinken dadurch die Antriebsleistungen für beide Ventilatoren (6, 7) fast in der 3. Potenz, speziell beim Einsatz von EC-Motoren. So kann man im Jahresmittel gesehen im Vergleich zu einem Klimagerät mit Umluftkühlung und damit stets gleichem delta t Raum für die beiden Ventilatoren sehr viel elektrische Energie sparen.
im Übrigen sinkt der Volumenstrom natürlich zudem noch automatisch, wenn sich die Raumkühlast im Betrieb verringert, was aber Stand der Technik ist. Denn dann würde ja bei konstantem Volumenstrom die Ablufttemperatur sinken wollen. Das wird dann durch eine geregelte Volumenstromreduktion verhindert. Um dabei auch die max. zulässigen „Raumtemperaturen in der üblichen Normhöhe pro Einsatzgebiet gemessen“, einzuhalten, wird der Volumenstrom zusätzlich noch nach der Raumtemperatur nachgesteuert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die sich bildende Raumtemperatur vom delta t Raum, der Raumhöhe und auch stark von der Art der Luftführung im versorgten Raum abhängt. Bei einem mit Personen besetzten Raum ist die gewünschte Raumtemperatur zumeist niedriger als wie einem reinen Technikraum. Insofern bietet sich dort die Aufschaltung der Raumtemperatur besonders an.
Die Reduktion der Ventilatorantriebsleistungen durch unterschiedliche Nutzung des delta t Raum ist umso größer und häufiger, desto kühler die Außenluft im Jahresdurchschnitt am Einsatzort des Klimagerätes ist.
Ein positiver Nebeneffekt dieses Verfahrens ist, dass man so bei den Betriebsarten 1 bis 3 ohne Nutzung der stark Strom verbrauchenden Kältemaschine auch eine niedrigere Raumtemperatur erzielen kann. Im Gegenteil: Der Energieaufwand für eine niedrigere Raumtemperatur ist bei diesem Verfahren sogar niedriger, weil ein größeres delta t Raum zu einem kleineren Volumenstrom und damit geringeren Antriebsleistungen führt.
9 zeigt die Widerstand reduzierende Luftdurchströmung und damit Antriebsleistung sparende Betriebsart Nr. 1, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel im Feld 1 bei Außentemperaturen unter 7_°C mit einer absoluten Außenluftfeuchte von beispielsweise X < 4 g Wasser pro1 kg Luft stattfindet.
Dabei handelt es sich um eine Indirekte Freie Kühlung mit Nutzung der kühlen Außenluft (13, 19, 18) über eine regenerative Wärmerückgewinnung zur Abkühlung der Umluft, die mit einem möglichen Außenluftanteil (17) die damit entstehende Zuluft (14) bildet.
Noch mehr an Energie wird hierbei gespart, weil dabei keine maschinelle Kühlung, beispielsweise kein Kältemaschinenbetrieb erforderlich ist.
Diese Betriebsart = Kühlart kommt beispielsweise am Einsatzort München an ca. 27,7% des Jahres vor.
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät gibt es in dieser Betriebsart 1 folgende Luftdurchströmungen (mit häufiger Teilstromnutzung) und Funktionen:

Dabei ist das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) ständig völlig geschlossen, die anderen sind geöffnet oder werden wie folgt zur Luftmengensteuerung benutzt.

Die Außenluft tritt am Luftmengenregulier-Absperrmodul 11 ins Gehäuse (26) ein und durchströmt vom Fortluftventilator (7) angesaugt den Filter (8). Sollte dort Vereisungsgefahr bestehen, wird über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.13) etwas warme Abluft beigemischt. Diese Luft, deren Luftmenge vom Messwert am Zuluftventilator (6) aufgrund der Volumenstromregelung aktuell stets neu bestimmt wird, strömt dann über das total geöffnete Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.9) in die hinteren Gerätekammern. Von dort gelangt diese kalte bis kühle Luft über den Fortluftventilator (7) druckseitig über den Strömungsweg (18) zu einem Verteilerpunkt im linken oberen Geräteteil. Je nach Außentemperatur wird nun ein großer Luftmengenteil oder die volle Luftmenge (18) über das die Kühlenergie aufnehmende Wärmerückgewinnungsmodul (3) geführt und anschließend über eine oder beide der Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.11) für (28) und (11.10) für (27) als Fortluft (16), üblicherweise über ein angeschlossenes Kanalnetz, ins Freie abgeführt.
Die hier gewonnene Kühlenergie wird mittels der in ihrer Leistung geregelten Kühlmittelpumpe (12) zu dem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (2) transportiert. Alternativ könnte auch eine ungeregelte Kühlmittelpumpe (12) in Kombination mit einem geeigneten Regelventil verwendet werden. Es könnten auch mehrere kleine Pumpen verwendet werden, die nach und nach zugeschaltet werden.
Zur weiteren Leistungsregulierung der Kühlenergienutzung und folglicher Stromeinsparung kann der Fortluftventilator (7) in seiner Drehzahl reduziert werden, so dass bei sehr niedrigen Außentemperaturen nur wenig kalte Luft durch das erste Wärmerückgewinnungsmodul (3) geführt wird.
Die als Abluft (15) in das Gehäuse eintretende aktuelle Luftmenge wird vom Zuluftventilator (6) über den Filter (10) angesaugt und gelangt vorwiegend über das die Kühlleistung abgebende Wärmerückgewinnungsmodul (2) als Umluft UML 2 (20) zu einem Verteilerpunkt im rechten, vorderen Geräteteil. Dahin gelangt über das fast geschlossene Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.2) auch etwas Außenluft (13). Diese Luft wird nun möglichst gleichmäßig verteilt, geregelt über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.4) sowohl über dieses als auch den aktuell nicht aktiven Verdampfer (1) mit Tropfenabscheider in die darunter befindliche Kammer geführt.
Dabei wird solange wie möglich angestrebt, dass der Zuluftventilator zur Widerstandreduktion am Wärmerückgewinnungsmodul (2) gleichzeitig noch Umluft UML 1 (21) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) ansaugt. Das geschieht beginnend bei sehr kalter Außenluft per integriertem Energiesparprogramm in Abstimmung mit der Energieaufnahme der Kühlmittelpumpe (12) und der dadurch möglichen Antriebsleistungsreduktion beim Zuluftventilator (6), hervorgerufen durch die Widerstandsreduktion bei den parallel genutzten Luftströmungswegen (20) und (21).
Am meisten Antriebsenergie wird gespart, wenn die aktuell erforderliche, zumeist gegenüber dem Auslegungszustand reduzierte Wärmerückgewinnungsleistung sowohl durch einen reduzierten Fortluftvolumenstrom (18, 16), eine geringere Fördermenge bei der Kühlmittelpumpe (12) als auch durch das Erzielen von drei Teilluftmengen mit möglichst gleichen parallelen Widerständen für den Zuluftventilator (6) erfolgt: 2 x Luft von oben und einmal von links in die Ansaugkammer des Zuluftventilators (6).
Der unterhalb der Kammer befindliche Zuluftventilator (6) fördert die aufbereitete Zuluft (14) danach vorzugsweise in einen Doppelboden. Von dort gelangt sie über geeignete Luftauslässe in den zu versorgenden Raum oder eine Raumzone.
10 zeigt im Grunde die gleiche Betriebsart wie 7 für Feld 2 gemäß 8. Hier wird an diversen Nutzungsorten zur Verbesserung der Wärmerückgewinnung und damit einer längeren Nutzungsmöglichkeit der parallelen Teilluftströme für die Umluft zur weiteren Einsparung von Energie für eine Dampfbefeuchtung eine unterstützende adiabate Kühlung am ersten Wärmerückgewinnungsmodul (3) in der Fortluft (16, 18) verwendet. Dazu wird beispielsweise mit einem Befeuchter (25), nämlich einem Sprühbefeuchter kaltes Wasser gegen das schräg gestellte Wärmerückgewinnungsmodul (3) geleitet. Alternativ könnte das Wärmerückgewinnungsmodul (3) auch senkrecht angeordnet werden und dann diesem eine andere Art von Befeuchtung, beispielsweise ein sog. Rieselbefeuchter vorgeschaltet werden.
Diese Luftbehandlung findet bei Außenluftzuständen über 7_°C bis etwa unter 20°C bei einer absoluten Außenluftfeuchte von X < 4 g Wasser pro1 kg Luft statt.
Diese Betriebsart = Kühlart kommt beispielsweise am Einsatzort München lediglich an ca. 1,7 % des Jahres vor, weshalb hier auf den Aufwand für die Besprühung verzichtet wird und die Betriebsart 3 mit geringer Befeuchtung in der Zuluft genutzt wird. An anderen Nutzorten kann die adiabate Kühlung durchaus öfters vorkommen. Dort kann die Häufigkeit durch Hochziehen der Temperaturgrenze von 7_°C auf 12 °C oder auf mehr Grad reduziert werden, wenn eine besser wirkende, dann aber teurere Wärmerückgewinnung, eingesetzt wird. Dann erhöht sich die Nutzungszeit der Betriebsart 1 und es wird weniger Energie für die adiabate Kühlung erforderlich.
11 zeigt die besonders Widerstand reduzierende Luftdurchströmung und damit stark Antriebsleistung sparende Betriebsart Nr. 3, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel in Feld 3 bei Außentemperaturen über 0°C bis unter 21°C bei einer absoluten Außenluftfechte von X >4 g und X <10 g Wasser pro 1 kg Luft stattfindet. Hierbei ist keine Befeuchtung erforderlich.
Dabei handelt es sich um eine Direkte Freie Kühlung mit Nutzung der kühlen Außenluft per Mischluftbetrieb über ständig parallel genutzte Strömungswege auf eine Zulufttemperatur von beispielsweise 17_°C. Dieser Sollwert wird über eine Luftmengenmischung sowohl über das stetig schließende Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) bei stets geöffneten Luftmengenregulier-Absperrmodulen (11 und 11.4) und dem zumeist völlig geöffneten Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.1) geregelt erzeugt. Sobald die Außenluft wärmer als etwa 16°C wird, entsteht bei dann 100% Außenluftanteil unter Einbeziehung der beim Zuluftventilator (6) entstehenden Motorwärme eine höhere Zulufttemperatur als der oben genannte Sollwert.
Noch mehr an Energie wird hierbei gespart, weil keine maschinelle Kühlung, beispielsweise kein Kältemaschinenbetrieb, erforderlich ist.
Diese Betriebsart = Kühlart kommt beispielsweise am Einsatzort München an ca. 56,2 % des Jahres vor. Wenn man im vom Klimagerät versorgten Raum an wenigen Stunden des Jahres eine höhere Raumtemperatur und damit eine höhere Zulufttemperatur zulassen würde, steigt die Häufigkeit bei Feld 3 und sinkt bei Feld 4 entsprechend. Das ergäbe dann eine weitere Energieeinsparung bei der elektrischen Energie (Stromverbrauch!).
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät gibt es in dieser Betriebsart 3 folgende Luftdurchströmungen (mit häufiger Teilstromnutzung) und Funktionen:

Dabei ist das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) vorläufig völlig geschlossen, die anderen sind geöffnet oder werden wie dieses wie folgt zur Luftmengensteuerung benutzt.

Die Außenluft tritt am Luftmengenregulier-Absperrmodul 11 ins Gehäuse (26) ein und durchströmt vom Zuluftventilator (6) angesaugt den Filter (8). Dabei wird die Zuluftmenge (14) von der stets aktiven Volumenstromregelung bestimmt. Je nach aktueller Außen- und Ablufttemperatur sowie gewünschter Zulufttemperatur saugt dieser Ventilator mehr Außenluft (13) von oben über den ersten Hauptströmungsweg (17) und weniger Umluft UML 1 von links (21) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) an. Dabei gelangt von oben eine auf 2 Strömungswege (22) und (17) in etwa gleich große Außenluftteilmenge mit annähernd gleichem Widerstand in die Ventilatoransaugkammer.
Von dort gelangt die Zuluft (14) wie bei den oben geschilderten Betriebsarten in den versorgten Raum.
Sollte die Zuluft aufgrund eines hohen Außenluftanteils bei hohen absoluten Feuchtewerten (X im h-x-Diagramm) ausnahmsweise zu feucht werden, wird über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.7) dafür gesorgt, dass sie max. 80% r.H. hat. Dazu wird zusätzlich weitere warme Abluft als Umluft UML 2 (20) zugeführt. Damit wird der Zuluftsollwert von beispielsweise 17_°C übersteuert und es kann so auch eine wärmere Zuluft (14) entstehen.
Die Abluft (15) gelangt in einer von der Volumenstromregelung her bestimmten, etwas kleineren Menge als die Zuluftmenge über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.1) ins Gehäuse (26). Sie wird sowohl vom Fortluftventilator (7) als auch vom Zuluftventilator (6) beschleunigt angesaugt. Letzteres zumindest so lange, wie es sich um eine Mischluftbildung bei der Zuluft (14) handelt. Wie oben gesagt, gelangt hierbei häufig ein Teil der Abluft über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) in den ersten Hauptströmungsweg (17). Der zumeist größere Anteil der Abluft (15) gelangt über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) und den Fortluftventilator (7), sozusagen dem zweiten Hauptströmungsweg (18) folgend, in die obere Fortluftkammer zu einem Verteilungspunkt. Dort wird die Fortluftmenge durch die 2 Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.10) und (11.11) so aufgeteilt, dass in etwa gleich große Luftmengen über die hierbei thermisch nicht aktiven Luftbehandlungsteile wie Kondensator (4) und Wärmerückgewinnungsmodul (2) strömen. Die Fortleitung der Fortluft (16) und damit der überschüssigen Prozesswärme erfolgt wie bei den oben geschilderten Betriebsarten ins Freie.
Ein spezielles Regelungsproblem wird so gelöst:

Da aufgrund der Luftmischung in der Zuluft (14) der Fortluftanteil in etwa dem Außenluftanteil entspricht, hat der Fortluftventilator (7) zumeist wesentlich weniger Luft zu fördern als die aus dem Raum abgesaugte Abluft (15). Da im versorgten Raum ein leichter Überdruck entstehen soll, muss die Abluftmenge stets geringfügig kleiner sein als die Zuluftmenge. Dazu wird der Abluftvolumenstrom an einer geeigneten Stelle gemessen und der Fortluftventilator (7) solange in seiner Drehzahl reduziert, bis der Abluftvolumenstrom in etwa dem durch die stets aktive Volumenstromregelung bestimmten Zuluftvolumenstrom entspricht.

12 zeigt die Widerstand reduzierende Luftdurchströmung und damit Antriebsleistung sparende Betriebsart Nr. 4, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel in Feld 4 bei Außentemperaturen ab 21°C aufwärts bis etwa 31°C bei einer absoluten Außenluftfechte von X >4 g und <10 g Wasser pro 1 kg Luft stattfindet. Hierbei ist wiederum keine Energie aufwändige Befeuchtung, aber jetzt eine maschinelle Kühlung erforderlich.
Der Energieaufwand für die maschinelle Kühlung der verwendeten Außenluft ist gegenüber üblichen Umluftkühlgeräten, auch bei dort immer häufiger werdender Nutzung von indirekter Freier Kühlung stark reduziert, weil hier nicht die Abluft des Raumes ständig um ein großes delta t von ca. 11 bis 13 K auf den Wert der Zuluft, sondern die Außenluft in den meisten Fällen lediglich um 1 bis 3 K, also wesentlich geringfügiger abgekühlt werden muss. Denn im Feld 4 liegen die Außentemperaturen an den meisten Nutzorten des Klimagerätes eher an der unteren als an der oberen Grenze.
Diese Betriebsart kommt beispielsweise am Einsatzort München lediglich an ca. 3,7% des Jahres vor, wobei der Mittelwert des Feldes 3 eine Außenluft von lediglich ca. 22°C hat und somit nur ganz wenig Energie für die maschinelle Kühlung aufzuwenden ist.
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät gibt es in dieser Betriebsart 4 folgende Luftdurchströmungen (mit häufiger Teilstromnutzung) und Funktionen:

Hier sind die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11) und (11.12) ständig völlig geschlossen, die anderen sind geöffnet oder werden wie folgt zur Luftmengensteuerung benutzt.

Es erfolgt hier im Grunde die gleiche Luftdurchströmung und Zu- und Ableitung, die sich bei 11 (Feld 3) am Ende dieser Kühlart eingestellt hat. Es werden also jetzt jeweils 100% Außenluft (13) für die Zuluft (14) benutzt und die Abluft (15) im Ganzen als Fortluft (16) abgeführt. Dabei werden nunmehr, bei weiter steigender Außentemperatur die Luftbehandlungsbauteile wie Verdampfer (1), Verdichter (30) und Kondensator (4) aktiv und steigern Zug um Zug ihre Leistung, je nach steigender Außenlufttemperatur.
Zu Anfang der maschinellen Kühlphase wird in beiden Hauptströmungswegen (17) und (18) für eine Widerstandsreduktion gesorgt. Sowohl am Verdampfer (1) wird über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) als auch am Kondensator (4) wird durch das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.11) geregelt in etwa 1/3 als Bypassluft vorbei geleitet. Die in ihrer Leistung geregelte Kältemaschine kühlt dabei über ihren Verdampfer (1) die Teilluft im Strömungsweg (17) so weit ab, dass möglichst keine latente Kühlung einsetzt. Bei steigender Außenlufttemperatur schließen die genannten Regelklappen, so dass dann jeweils 100% Luft abgekühlt wird. Sollte die warme Abluft (15) als Kühlluft im Bypass-Strömungsweg (27) am Kondensator (4) in Extremfällen mal nicht reichen, kann über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.9) und den hinteren Strömungskanal etwas Außenluft (13) dazu gemischt werden, was dann allerdings zu einem größeren Fortluftvolumenstrom (16) führt. Dabei wird das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) leicht geschlossen, bis der weiterhin gemessene Abluftvolumenstrom passt.
13 zeigt die Widerstand reduzierende Luftdurchströmung und damit Antriebsleistung sparende Betriebsart Nr. 5, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel bei Außentemperaturen über etwa 17_°C mit einer absoluten Außenluftfeuchte von X >10 g Wasser pro1 kg Luft stattfindet.
Diese Betriebsart = Kühlart, die auch als Entfeuchtungsbetrieb bezeichnet wird, kommt beispielsweise am Einsatzort München an ca. 10,7 % des Jahres vor. Diese Häufigkeit und damit der Energieverbrauch mittels maschineller Kühlung können drastisch reduziert werden, wenn im zu versorgenden Raum größere Raumluftfeuchten als wie hier angegeben von X = 10 g/kg erlaubt werden. Ein höhere absolute Feuchte würde dann natürlich auch zu einer größeren relativen Raumluftfeuchte führen, wenn die gleiche Zulufttemperatur gewählt wird.
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät gibt es in dieser Betriebsart folgende Luftdurchströmungen (mit häufiger Teilstromnutzung) und Funktionen:

Dabei sind die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11), (11.7) und (11.11) ständig völlig geschlossen, die anderen sind geöffnet oder werden wie folgt zur Luftmengensteuerung benutzt.

Es wird eine ähnliche Luftführung im Gerät benutzt wie beim vorhergehenden Kühlbetrieb der 11 für Feld 4 oder der 11 für Feld 3. Insofern ist ein Übergang vom reinen Kühlbetrieb zum Kühlbetrieb mit Entfeuchtung leicht möglich.
Falls die Außenluft (13) zu feucht ist, wird entsprechend dem Taupunkt bei X = 10 g/kg, dem eingestellten Sollwert für die Zuluft und der aktuellen Ablufttemperatur ein daraus sich ergebender Teil der vom Zuluftventilator (6) angesaugten Außenluft (13, 17) bei entsprechend gedrosseltem Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) und geschlossenem Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) in die Zuluftkammer gefördert. Dabei wird dieser Luftanteil am Verdampfer (1) sehr stark, bis auf den Taupunkt von beispielsweise 15°C abgekühlt und somit entfeuchtet. In der Regel sind das bei diesem Beispiel in 6 ca. 65% als Anteil von der Zuluft (14). Dort werden dann von links kommend (21) über das entsprechend gedrosselte Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) in etwa 35% Umluft UML 1 beigemischt, bis die hierbei gewünschte, erhöhte Zulufttemperatur von beispielsweise 21°C stimmt. Diese wird nach dem Ventilator gemessen.
Der andere Teil der Abluftmenge (15) wird vom Fortluftventilator (7) aus der Abluftkammer nach dem Filter (10) über das entsprechend geregelt geschlossene Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.8) angesaugt und in die Fortluftkammer gedrückt. Dort gelangt diese Luft zum Kondensator (4). Dort wird sie wegen der Verflüssigungswärme nochmals stark aufgewärmt und geht dann als restliche Prozesswärme über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.10) und das üblicherweise dort angeschlossen Kanalnetz ins Freie.
Da diese Restmenge an relativ warmer Abluft (16) nicht zur Kühlung des Kondensators (4) ausreicht, wird im ersten Hauptströmungsweg (17) das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) so weit geöffnet, dass der Fortluftventilator (7) mehr oder weniger Außenluft (13) auch über die hinteren Kammern ansaugen kann. Für diesen Regelkreis des stetig sich öffnenden Luftmengenregulier-Absperrmoduls (11.9) gibt es eine Temperaturmessung nach dem Kondensator (4).
Da beide Ventilatoren (6, 7) ständig stufenlos geregelt werden und dazu möglichst EC-Motoren verwendet werden, ist das grundsätzlich kein Regelproblem. Zu beachten ist aber, dass durch die nunmehr erhöhte Drehzahl des Fortluftventilators (7) ggf. auch mehr Abluft (15) als nötig aus dem versorgten Raum angesaugt werden könnte. Das wird verhindert, indem weiterhin der Abluftvolumenstrom (15) ständig gemessen und dem aktuell erforderlichen Zuluftvolumenstrom (14) angepasst wird. Dazu wird das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) entsprechend weiter gedrosselt.
Sollte die im Programm der Mess-, Steuer und Regelungstechnik (MSR - Technik), die im zugehörigen Schaltschrank untergebracht ist, hinterlegte max. Stromaufnahme bei dem aktuellen Volumenstrom überschritten werden, wird über eine geeignete Hysterese vorübergehend auf die Betriebsart 7 umgeschaltet und ggf. wieder zurück. (Betriebsweise von Feld 7 s. weiter unten).
14 zeigt die auch etwas Widerstand sparende Luftdurchströmung bei der Betriebsart Nr. 6, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel bei Außentemperaturen über etwa 32_°C stattfindet.
Diese Betriebsart (Umluftkühlung) kommt beispielsweise am Einsatzort München (= gemäßigte Klimazone) an weniger als 0,1 % des Jahres vor, würde aber in wärmeren Klimazonen häufiger benötigt werden, wenn sie dort nicht durch Betriebsart 7 ersetzt wird. (s. weiter unten). In gemäßigten Klimazonen wird daher zumindest vorerst auf den Einbau des Befeuchtungsmoduls (25) vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (3) verzichtet.
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät werden in dieser Betriebsart nur die hierbei benötigten Luftbehandlungsbauteile durchströmt und es gibt diese Funktionen:

Dabei sind die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11), (11.11) und (11.12) völlig geschlossen. Die anderen sind geöffnet oder werden wie folgt zur Luftmengensteuerung geregelt.

Wie vorne bei der 9 geschildert, saugt auch hier der Zuluftventilator (6) die Abluft (15) an und der Fortluftventilator (7) die Außenluft (13). Die Kreuzung der beiden Luftströmungswege (13, 19) mit (20) und fortgesetzt mit (17) erfolgt durch die hierbei gewählte besondere Ausgestaltung des Klimagerätes mit zwei Strömungsebenen. Bei dieser Betriebsart wird die Außenluft (13) vorwiegend über die hinteren Kammern gefördert.
Falls sich im versorgten Raum Personen aufhalten, kann ein Teil der Außenluft (13) mit Hilfe des Luftmengenregulier-Absperrmoduls (11) auch in den ersten Hauptströmungsweg (17) eingeführt werden. Dazu wird der Zuluftventilator (6), der hierbei grundsätzlich die Abluft (15) über den Strömungsweg (20) ansaugt, mitbenutzt. Die Außenluftmenge (19), die vom Fortluftventilator (7) angesaugt werden muss, wird durch den Temperaturregelkreis des Kondensators (4) bestimmt, dessen Fühler nach dem Kondensator (4) angebracht ist. Diese Temperaturmessung beugt der Auslösung des Hochdruckschalters im Kältemaschinenprozess vor. Bevor dieser auslöst und die Kältemaschine ausfallen würde, wird die Kühlleistung auf bekannter Art und Weise erhöht.
Zur auch hier möglichen Widerstandsentlastung ist das Wärmerückgewinnungsmodul (3) sozusagen weggeschaltet, d. h es wird nicht durchströmt. Die zugehörige Fortluftklappe, das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.11) ist dazu stets geschlossen.
Bei dieser Betriebsart = Kühlart wird zumeist die aktuell benötigte volle Luftmenge über den Verdampfer geführt und dort gekühlt. Dazu muss der Verdampfer (1) eine hohe Leistung erbringen und die Abluft (15, 20) von 32_°C auf den aktuellen Sollwert von 21°C abkühlen, plus ca. 1 K mehr für die am Zuluftventilator (6) entstehende Motorwärme. Im Gegensatz zur Betriebsart 4 (s. 9), wo die Außenluft zumeist nur um 1 bis 3 K abzukühlen ist, muss hier die Umluft um etwa 12 K abgekühlt werden. Desgleichen muss der Kondensator (4) hier seine volle Leistung erbringen und wird dabei von der geregelten relativ großen Außenluftmenge (19, 18) durchströmt.
Insofern entsteht bei dieser Betriebsart der größte Energiebedarf. Dieser kann aber auch reduziert werden, indem nur ein Teil der zu kühlenden Umluft über den Verdampfer geführt, dort stärker abgekühlt und der Rest als 2.Umluftteil (21) beigemischt wird.
Die Zuluftzuführung zum versorgten Raum (14) und die Fortluftableitung (16) ins Freie geschieht wie bei den vorne geschilderten Betriebsarten.
Sollten an einem Anwendungsort für dieses Verfahren Außenlufttemperaturen über 26°C häufiger vorkommen, muss individuell berechnet werden, ob dann nicht bei T AUL > 26°C bereits Verfahren 7 gem. 15 auf Dauer gesehen wirtschaftlicher ist. Dann ist die in 8 dargestellte waagerechte Grenzlinie zwischen Feld 4 und 6 eben tiefer zu legen und es sind lediglich gewisse Sollwerte zu ändern.
15 zeigt die Widerstand reduzierende Luftdurchströmung und damit Antriebsleistung sparende Betriebsart Nr. 7, die bei dem in 8 dargestellten Beispiel bei Außentemperaturen über 32_°C und bei hohen Luftfeuchten in der Außenluft (13) stattfindet.
Hierbei handelt sich um eine Umluftkühlung mit vorgeschalteter adiabater Kühlung. Dabei kann sowohl die reine Umluft aber auch ein Außenluftteil mitgekühlt werden. Es findet vorzugsweise so lange wie sinnvoll nutzbar eine adiabate Kühlung über die Wärmerückgewinnungsmodule (3) in der Fortluft (18) und (2) in der Umluft UML 2 statt, wobei vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (3) in der Fortluft durch eine Befeuchtung = Besprühung dessen eine Abkühlung im Kühlmittelkreis erzeugt wird. Dieses dann kühle Wasser kühlt dann den Umluftanteil UML 2. Dieser gekühlte Luftanteil mischt sich mit dem warmen, kleinen Außenluftanteil. Die adiabate Kühlung ist umso erfolgreicher, desto höher der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung ist.
Eine Nachkühlung der Umluft UML 2 (20) erfolgt dann per Verdampfer (1) im Strömungsweg (17).
Bei dem in 7 dargestellten Klimagerät gibt es in dieser Betriebsart folgende Luftdurchströmungen (mit häufiger Teilstromnutzung) und Funktionen:

Die Kühlmittelpumpe (12) und die Förderpumpe für die Befeuchtung in der Fortluft sind in Betrieb.
Hier ist das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11) vorerst geschlossen. Die anderen sind geöffnet oder werden wie dieses wie folgt zur Luftmengensteuerung geregelt.

Der Fortluftventilator (7) saugt entsprechend der Volumenstromregelung vorerst einmal die gleiche Luftmenge von der Außenluft (13) herkommend an, welche der Zuluftventilator aufgrund der Volumenstromregelung in den zu versorgenden Raum (14) fördern muss. Er holt sich die Außenluft (13) über die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11) und (11.9) und bringt sie über die hinteren Kammern in die obere Fortluftkammer zu einem Verteilungspunkt. Gesteuert über die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.10) und (11.11) strömt erst einmal mehr Luft über das Wärmerückgewinnungsmodul (3) als über den Kondensator (4).
Der Zuluftventilator (6) holt sich seine über die Volumenstromregelung vorgegebene Luftmenge saugend als Abluft (13) und diese übergehend in die Umluft UML 2 über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11). Falls die Außenlufttemperatur noch mehr steigt, wird gelangt ein Teil der nunmehr gegenüber der Außenluft (13) kühleren Abluft (15) über das Luftmengenregulier-Absperrmodul (11.12) als weitere Umluft UML 1 in den Hauptströmungsweg (17). Die Umluft UML 2 wird somit vom Wärmerückgewinnungsmodul (2) vorgekühlt und vom Verdampfer (1) unter Einflussnahme der Umluft UML 1 nachgekühlt. Der Verdampfer (1) versucht leistungsgeregelt die vorgegebene erhöhte Zulufttemperatur unter Einbezug der entstehenden Motorwärme nach dem Zuluftventilator (6) einzuhalten, beispielsweise 21°C.
Bei diesem Verfahren wird versucht, stets den Stromverbrauch der Kältemaschine, sprich die Leistungsaufnahme bei den Verdichtern (30) durch eine vorgeschaltete adiabate Kühlung über die Wärmerückgewinnungsmodule (2, 3) zu minimieren. Dazu wird ein Energieoptimierungsprogramm genutzt, das im zugehörigen Schaltschrank untergebracht ist. Damit werden die Leistungen der Bauteile (1, 2, 3, 12, 7) abgeglichen und die Luftmengenregulier-Absperrmodule (11, 11,8, 11,9, 11,10 und 11.11) entsprechend nachgeregelt.
Es sei noch der Hinweis gestattet, dass aus dem in 7 vorgestellten Klimagerät modular durch Weglassen der Bauteile (2, 3, 12, 25) durchaus ein einfaches Kühlgerät für gemäßigte und nicht zu warme Klimazonen entstehen kann, das einen zu versorgenden Raum auf mehrere Arten kühlen und die Raumfeuchte nach oben begrenzen kann.
Wenn die unteren Raumfeuchtewerte für den versorgten Raum keine Rolle für den Betreiber spielen, kann auf den Einbau der Wärmerückgewinnungsmodule (2; 3) und des Befeuchters (25) in der Fortluft verzichtet werden. Damit entfallen die Betriebsarten Nr. 1, 2 und 7, das Behandlungsfeld Nr. 3 wird größer und damit der gesamte Energieverbrauch nochmals geringer.
Wenn der Raum oder die versorgte Raumzone keine besonderen Ansprüche an zu trockener Luft, sondem lediglich nur an zu feuchter und zu warmer Luft hat, kommt dieses kompakte Klimagerät ohne externe Flüssigkeitsdruckleitungen aus.
Mit den in diesem Klimakompaktgerät integrierten Bauteilen wie Schaltschrank und Kältemaschine und ggf. angebauter Befeuchtungserzeugungsanlage ist es sozusagen „steckerfertig“ einsetzbar und benötigt bei Aufstellung auf einen Doppelboden lediglich einen Außen- und Fortluftanschluss. Bei der Abluft dürfte in vielen Fällen ein Anschlussstutzen reichen, der bis in die Nähe der Raumdecke ragt. Bei größeren Räumen sollte dort allerdings zweckmäßigerweise ein Abluftkanal ergänzt werden, der die im IT-Raum kontinuierlich entstehende warme Luft ganz oben über den Wärmeinseln absaugt und damit in den meisten Zeit des Jahres Fällen eine sog. „Luftwechselkühlung“ für den Raum erzeugt. Kühle AUL wird dem Raum zugeführt und warme FOL abgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmodul /Verdampfer / Direktverdampfer
2: Erstes Wärmerückgewinnungsmodul (Kühlmodul)
2a: Erstes Wärmerückgewinnungsmodul (Kühlmodul)
3: Zweites Wärmerückgewinnungsmodul (Wärme abgebend)
4: Kondensator
5: Kühlmodul / Kühlregister
6: Ventilator / Zuluftventilator
7: Ventilator / Abluft-/Fortluftventilator
8: Filter / Außenluftfilter
9: Filter / Umluftfilter
10: Filter / Abluft-/Fortluftfilter
11: Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11 bis 11.13)
12: Kühlmittelpumpe
13: Außenluft (AUL)
14: Zuluft (ZUL)
15: Abluft (ABL)
16: Fortluft (FOL)
17: Erster Hauptströmungsweg
18: Zweiter Hauptströmungsweg
19: Erster Verbindungsströmungsweg
20: Umluftweg/Zweiter Verbindungsströmungsweg
21: Umluftweg/Dritter Verbindungsströmungsweg
22: Bypass-Strömungsweg /Bypassweg
23: Verdampfer
24: Befeuchtungseinrichtung / Befeuchtermodul
25: Befeuchtungsmodul / Befeuchter
26: Gerätegehäuse / Gehäuse
27: Bypass-Strömungsweg
30: Verdichter
32: Bereich variabler Zulufttemperatur

Claims

Klimagerät mit zumindest einem Abluft- (ABL), zumindest einem Zuluft- (ZUL), zumindest einem Fortluft-(FOL) und zumindest einem Außenluftanschluss (AUL) mit einem ersten Hauptströmungsweg (17) zwischen Außenluft und Zuluft und einem zweiten Hauptströmungsweg (18), der Abluft (ABL) und Fortluftanschluss (FOL) verbindet, wobei in den beiden Strömungswegen (17, 18) ein Ventilator (6, 7) vorgesehen ist, und zwischen den Hauptströmungswegen (17, 18) zumindest drei Verbindungsströmungswege (19, 20, 21) vorgesehen sind, wobei ein erster Verbindungsströmungsweg (19) den ersten Hauptströmungsweg (17) mit dem zweiten Hauptströmungsweg (18) verknüpft und einen Luftstrom von der Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zulässt, und ferner zwei weitere Verbindungsströmungswege (20, 21), ein zweiter und ein dritter Verbindungsströmungsweg als Umluftwege ausgebildet sind, die eine Strömung von dem Abluftanschluss (ABL) zum Zuluftanschluss (ZUL) ermöglichen, wobei ein Kühlmodul (1, 5) im ersten Hauptströmungsweg (17) vorgesehen ist, das zwischen den beiden Anschlüssen der Verbindungsströmungswege (20, 21) an den ersten Hauptströmungsweg (17) liegt, und ein Bypass-Strömungsweg (22) um das Kühlmodul (1, 5) vorgesehen ist, wobei der Bypass-Strömungsweg (22) ebenfalls zwischen den Anschlüssen der beiden Verbindungsströmungswege (20, 21) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2) im zweiten Verbindungsströmungsweg (20) angeordnet ist, und dass zwischen dem Anschluss des ersten Verbindungsströmungswegs (19) an den ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss (FOL) zumindest ein mit zumindest einem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) thermisch verbundenes, zweites Wärmerückgewinnungsmodul (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wärmerückgewinnungsmodul (3), das mit dem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) in jeweils geeigneter Art verknüpft ist, in einem parallel zu anderen Luftbehandlungsbauteilen nutzbarem Strömungsweg zwischen der Anschlussstelle des ersten Verbindungsströmungswegs (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss (FOL) liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) parallel liegender Bypass-Strömungsweg (27) vorgesehen ist, in welchem ein Kondensator (4) angeordnet ist, der mit dem Kühlmodul (1), welches als Direktverdampfer ausgebildet ist, zum Betrieb als Kältemaschine verbunden ist, wobei der Kondensator (4) die entstehende Wärme des Kältemaschinenprozesses an die Fortluft (FOL) abgibt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abzweig des ersten Verbindungsströmungsweges (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Zuluftanschluss (ZUL) ein Befeuchtermodul (24) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Hauptströmungsweg (17) oder im zweiten Hauptströmungsweg (18) ein geeigneter Befeuchter (25) vorgesehen ist, der in Verbindung mit dem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) und folglich in Verbindung mit dem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2) eine indirekte adiabate Kühlung für die Zuluft ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Nutzung der verschiedenen Kühlarten notwendige Strömungssteuerung mittels geeigneter Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.1 – 11.13), insbesondere mittels Klappen realisiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einhaltung der vorbezeichneten Strömungswege die genannten Bauteile in miteinander verknüpften mehreren Gehäusen untergebracht sind.