DE102015102676A1

DE102015102676A1 - Verfahren zur Regelung von kühl- und/oder heiztechnischen Anlagen für umschlossene Gesamtobjekte

Info

Publication number: DE102015102676A1
Application number: DE102015102676.7A
Authority: DE
Inventors: Max Huber; Johannes Fütterer; Dirk Müller
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Aedifion De GmbH
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Regelung von kühl- und/oder heiztechnischen Anlagen für umschlossene Gesamtobjekte mit ein oder mehreren zu kühlenden Teilobjekten, wie ein Gebäude mit ein oder mehreren Räumen, mit zumindest einer lüftungstechnischen Anlage (1) und einem Kühlmediumkreislauf mit einem Kühlmedium (9, 11). Um eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, die Heizung und Kühlung von umschlossenen Gesamtobjekten weiter zu verbessern und energetisch effizienter zu gestalten, wird erfindungsgemäß bei einem Kühlbedarf des Gesamtobjektes Frischluft (2) mit einer Temperatur T1 einem Wärmeübertrager (4) zugeführt, in dem die Frischluft (2) einen Teil ihres Kühlungspotentials an das Kühlmedium (9, 11) abgibt und erwärmt wird, und dann als Zuluft (10) mit einer erhöhten Temperatur T2 dem/den zu kühlenden Teilobjekt /Teilobjekten zugeführt, wobei das gekühlte Kühlmedium (9, 11) für Kühlzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird, und bei einem überwiegenden Heizbedarf des Gesamtobjekts wird erwärmte Abluft (5), insbesondere aus zu kühlenden Teilobjekten, mit einer Temperatur T3 dem Wärmeübertrager (4) zugeführt, in dem die Abluft (5) einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium (9, 11) abgibt, und dann als Zuluft (10) mit einer Temperatur T4 dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, oder die erwärmte Abluft (5) wird einem Wärmerückgewinner (6) zugeführt, wobei dem Wärmerückgewinner (6) zudem Frischluft (2) zugeführt wird und das Wärmepotential der Abluft (5) in dem Wärmerückgewinner durch Wärmeübertragung an die Frischluft (2) abgegeben wird und diese erwärmt wird, wobei die erwärmte Frischluft (2) dann dem Wärmeübertrager (4) zugeführt wird, in dem die Frischluft (2) einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium (9, 11) abgibt, und dann als Zuluft (10) mit einer Temperatur T5 dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, und die Abluft (5) den Wärmerückgewinner (6) als Fortluft (7) verlässt, und wobei das erwärmte Kühlmedium (9, 11) für Heizzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Regelung von kühl- und/oder heiztechnischen Anlagen für umschlossene Gesamtobjekte mit ein oder mehreren zu kühlenden Teilobjekten, wie ein Gebäude mit ein oder mehreren Räumen, mit einer lüftungstechnischen Anlage.
Es sind Anlagen und Vorrichtungen im Bereich der Energiesystemtechnik bekannt, die für Räume und umschlossene Objekte aller Art mit Klimatisierungsbedarf eingesetzt werden. So verfügen Gebäude, Automobile, Flugzeuge, Schiffe usw. über technische Anlagensysteme, um den Bedarf an Kühlung, Heizung und Zufuhr von Frischluft zu decken.
Bei Objekten, in denen gleichzeitig ein Heiz- und Kühlbedarf besteht, ist es bekannt, das Prinzip der Wärmeverschiebung einzusetzen. Dazu wird Wärme aus Bereichen des Gebäudes, in denen ein Überangebot an Wärme herrscht (zum Beispiel Serverräume) in Bereiche mit einem Wärmebedarf (zum Beispiel Besprechungsräume) verschoben.
Dabei lässt sich grundsätzlich zwischen passiver und aktiver Wärmeverschiebung unterscheiden. Unter einer passiven Wärmeverschiebung versteht man das Ausnutzen natürlicher Temperaturdifferenzen zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke. Bei der aktiven Wärmeverschiebung wird hingegen das benötigte Temperaturgefälle durch technische Hilfsmittel, wie beispielsweise durch Wärmepumpen erzeugt.
Moderne Gebäude verfügen oftmals über Lüftungsanlagen, in denen die Frischluft je nach Bedarf beheizt oder abgekühlt werden kann. Diese Lüftungsanlagen können entweder zentral beispielsweise als Klimaanlage, oder auch dezentral, beispielsweise als Fassadenlüftungsgeräte, ausgeführt sein.
In der EP 2 246 634 A1 ist eine Anlage zur Temperaturregulierung mit einer Mischbox bestehend aus einem Grundkörper, der mehrere Klappen zur Führung von Luftströmungen aufweist, beschrieben. In Abhängigkeit von Umgebungsparametern wie der Außentemperatur oder der Luftfeuchtigkeit sind die Klappen steuerbar. Allerdings wird dabei nur die direkte freie Kühlung verwendet, so dass eine weitere Nutzung von lüftungstechnischen Anlagen in einem Objekt unterbleibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, die Heizung und Kühlung von umschlossenen Gesamtobjekten weiter zu verbessern und energetisch effizienter zu gestalten.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Kühlbedarf des Gesamtobjektes Frischluft mit einer Temperatur T₁ einem Wärmeübertrager zugeführt wird, in dem die Frischluft einen Teil ihres Kühlungspotentials an das Kühlmedium abgibt und erwärmt wird, und dann als Zuluft mit einer erhöhten Temperatur T₂ dem/den zu kühlenden Teilobjekt /Teilobjekten zugeführt wird, wobei das gekühlte Kühlmedium jeweils für Kühlzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird, und bei einem überwiegenden Heizbedarf des Gesamtobjekts erwärmte Abluft, insbesondere aus zu kühlenden Teilobjekten, mit einer Temperatur T₃ dem Wärmeübertrager zugeführt wird, in dem die Abluft einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium abgibt, und dann als Zuluft mit einer Temperatur T₄ dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, oder die erwärmte Abluft einem Wärmerückgewinner zugeführt wird, wobei dem Wärmerückgewinner zudem Frischluft zugeführt wird und das Wärmepotential der Abluft in dem Wärmerückgewinner durch Wärmeübertragung an die Frischluft abgegeben wird und diese erwärmt wird, wobei die erwärmte Frischluft dann dem Wärmeübertrager zugeführt wird, in dem die Frischluft einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium abgibt, und dann als Zuluft mit einer Temperatur T₅ dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, und die Abluft den Wärmerückgewinner als Fortluft verlässt, und wobei das erwärmte Kühlmedium für Heizzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
In zweckmäßiger Ausgestaltung sieht die Erfindung dabei vor, dass das Verfahren für Gebäude mit einer lüftungstechnischen Anlage eingesetzt wird.
Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für Gebäude mit Gebäudeenergiesystemen eingesetzt.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren für Gebäude mit Gebäudeenergiesystemen, in denen flexible Temperaturen in Kühlkreismedium-Kreisläufen im Betrieb möglich sind, eingesetzt.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren für Gebäude, in denen eine Wärmepumpe das für die Wärmeverschiebung notwendige Temperaturdifferenzniveau bereitstellt, eingesetzt wird.
Zweckmäßigerweise sieht die Erfindung vor, dass das Kühlmedium als Wasser, Glykol oder ein Glykol-Wasser-Gemisch ausgebildet ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Luft als flüssiges oder gasförmiges Wärmeübertragungsmedium ausgebildet ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Temperaturdifferenz ΔT des Kühlmediums über den Wärmeübertrager zwischen 1°C und 20°C, vorzugsweise zwischen 1°C und 5°C beträgt.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Temperaturdifferenz ΔT der Frischluft nach dem Durchlaufen des Wärmeübertragers zwischen 1°C und 50°C beträgt, vorzugsweise zwischen 1°C und 5°C beträgt.
In einer zweckmäßigen Weiterentwicklung sieht die Erfindung vor, dass der Wärmeübertrager als Heiz- und/oder Kühlregister ausgebildet ist.
Zweckmäßigerweise sieht die Erfindung vor, dass die Volumenströme der Zuluft, Abluft und Umluft bis zu 1.000.000 m³/h betragen.
In einer zweckmäßigen Weiterentwicklung sieht die Erfindung vor, dass in der lüftungstechnischen Anlage die Wärmerückgewinnung stufenlos steuerbar ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der lüftungstechnischen Anlage die Frischluftzufuhr mittels Luftqualitätsmesswerten regelbar ist.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass in der lüftungstechnischen Anlage eine raumtemperaturbasierte Regelung vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften lüftungstechnischen Anlage nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische, beispielhafte Darstellung einer normalen freien Kühlung gemäß des Standes der Technik;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Verfahrens mit einer Kühlmediumkreislauf-Kühlfunktion;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines Verfahrens mit einer Kühlmediumkreislauf-Aufheizfunktion mit einer Frischluftversorgung;
5 eine schematische Darstellung einer Kühlmediumkreislauf-Aufheizfunktion ohne Frischluftversorgung.
In den 1 und 2 sind schematisch eine lüftungstechnische Anlage 1 mit einer normalen freien Kühlung nach dem Stand der Technik am Beispiel eines Gebäudes beschrieben. Um beispielsweise einen Raum in einem Gebäude zu kühlen, kann diesem Raum Frischluft 2, deren Temperatur geringer als eine Raumtemperatur ist, zugeführt werden. Der Begriff „Luft“ oder „Frischluft“ ist im Folgenden auch im Sinne eines beliebigen anderen flüssigen oder gasförmigen Mediums zu verstehen, das als Wärmeübertragungsmedium eingesetzt werden kann. In der lüftungstechnischen Anlage 1 ist dazu ein Zuluftventilator 3 vorgesehen, durch den die Frischluft 2 dem Raum zugeführt wird. Falls die Temperatur der Frischluft 2 ausreichend kalt ist, kann auf einen zusätzlichen Wärmeübertrager 4, mit dem die Frischluft 2 noch weiter heruntergekühlt werden kann, verzichtet werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, Abluft 5 mit einer höheren Temperatur aus dem Raum abzuführen. Falls die Frischluft eine zu geringe Temperatur für die direkte Zuführung hat, kann aus Gründen der Wärmerückgewinnung vorgesehen sein, die Abluft 5 in einen Wärmerückgewinner 6 einzuspeisen, um sie als Fortluft 7 dann zu entlassen. In den hier nicht näher dargestellten Rohrleitungssystemen für die Fortluft 7, die Frischluft 2 und die Abluft 5 und sonstiger Luftströme sind weitere Ventile und gegebenenfalls Ventilatoren 8 vorgesehen. Zudem können in den Rohrleitungssystemen eine oder mehrere Bypassklappe(n) 40, eine oder mehrere Wärmerückgewinnerklappe(n) 50 sowie eine oder mehrere Umluftklappe(n) 60 vorgesehen sein.
In 3 ist eine lüftungstechnische Anlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Kühlmediumkreislauf-Kühlfunktion dargestellt, wobei diese eingesetzt wird, wenn das Gebäude insgesamt bezogen auf die Gesamtbilanz gekühlt werden muss. Die Frischluft 2 mit einer Temperatur T₁ wird wiederum mittels eines Zuluftventilators 3 dem Raum zugeführt. Nun ist jedoch der Wärmeübertrager 4 eingeschaltet, das vorzugsweise mit Wasser als Kühlmedium betrieben wird. Es können jedoch auch andere Flüssigkeiten oder gasförmige Stoffe als Kühlmedium eingesetzt werden, wie insbesondere Glykol oder ein Glykol-Wasser-Gemisch. Dem Wärmeübertrager 4 kann ein Wasserstrom 9, der eine höhere Temperatur als die Frischluft 2 aufweist, zugeführt werden, so dass aufgrund einer Wärmeübertragung die Frischluft 1 erwärmt wird und als erwärmte, aber immer noch ausreichend kalte Zuluft 10 mit einer Temperatur T₂ dem Raum zugeführt wird. Der abgeführte Wasserstrom 11 aus dem Wärmeübertrager 4 hat nun eine Temperatur, die geringer als die Wassereintrittstemperatur des zugeführten Wasserstroms 9 ist. Beispielsweise kann der zugeführte Wasserstrom 9 eine Temperatur von 18°C aufweisen, die Frischluft hat eine Temperatur T₁ von 15°C, die Zuluft 10 eine Temperatur T₂ von 17°C und der abgeführte Wasserstrom 11 eine Temperatur von 16°C.
Die Abluft 5 wird wie in 1 aus dem Raum abgeführt, während die gegenüber der Temperatur T₁ der Frischluft 2 erwärmte Zuluft 10 mit der Temperatur T₂ dem Raum zugeführt wird. Der Wärmeübertrager 4 ist dabei als ein lüftungstechnisches Element, das in einem umschlossenen Objekt, vorzugsweise ein Gebäude, bereits installiert ist. In dem Wärmeübertrager 4 wird die Frischluft 2 durch den zugeführten Wasserstrom 9 erwärmt, so dass die Wärme des zugeführten Wasserstroms 9 genutzt wird, um die Temperatur der Frischluft 2 an die gewünschte Temperatur der Zuluft anzupassen, wenn die Temperatur der Frischluft 2 für eine direkte freie Kühlung zu gering wäre. Erfindungsgemäß kann somit durch die Kopplung der Frischluft mit einem Wärmeübertrager die passende Temperatur für die Zuluft eingestellt werden und durch die dabei vorgenommene Kühlung des Wasserstroms 9 um die Temperatur ΔT ein abgekühlter Wasserstrom 11 für andere Bereiche des Gebäudes zur Verfügung gestellt werden. Der Wasserstrom 9 ist üblicherweise der gewöhnliche Kühlwasserkreisvorlauf des Versorgungssystems. Er kann aber auch beispielsweise aus Teilen des Gebäude stammen, die aufgrund ihrer Lage, wie zum Beispiel einer Südseite, oder ihrer betrieblichen Nutzung, wie beispielsweise Serverräume, eine höhere Temperatur gegenüber anderen Räumen des Gebäudes, die beispielsweise auf der Nordseite liegen, oder als Büro- oder Konferenzräume genutzt werden, aufweisen und somit über ein Wärmereservoir verfügen.
In 4 ist die lüftungstechnische Anlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Kühlmediumkreislauf-Aufheizfunktion dargestellt, wobei diese eingesetzt wird, wenn das Gebäude insgesamt bezogen auf die Gesamtbilanz geheizt werden muss. In diesem Fall wird die Frischluft 2, deren Temperatur geringer als die Raumtemperatur oder die Ablufttemperatur ist, nicht direkt dem Raum zugeführt, sondern durchläuft zunächst den Wärmerückgewinner 6. Die Abluft 5 mit einer Temperatur T₃ wird gleichfalls dem Wärmerückgewinner 6 zugeführt. Durch eine Wärmeübertragung zwischen der Abluft 5 und der Frischluft 2 hat die Fortluft 7 nun eine gegenüber der Abluft 5 erniedrigte Temperatur, während die Frischluft 2 nach Durchlaufen des Wärmerückgewinners 6 eine gegenüber der ursprünglichen Temperatur T₁ erhöhte Temperatur aufweist und somit zu Heizzwecken eingesetzt werden kann. Die so erwärmte Frischluft 2 wird nun zweckmäßigerweise mittels des Zuluftventilators 3 dem Wärmeübertrager 4 zugeführt.
Es kann jedoch bei dieser Betriebsart auch vorgesehen sein, dass auf die Zuführung der Frischluft 2 gänzlich verzichtet wird und die Abluft 5 dem Wärmeübertrager 4 direkt zugeführt wird, wie dies in 5 dargestellt ist. Dies ist dann der Fall, wenn beispielsweise der zu kühlende Raum momentan oder generell keine Frischluftzuführung benötigt.
Des Weiteren wird dem Wärmeübertrager 4 der Wasserstrom 9 zugeführt, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Frischluft 2 nach dem Durchlaufen des Wärmerückgewinners 6 bzw. der Temperatur T₃ der Abluft 5 ist. In dem Wärmeübertrager 4 erniedrigt sich nun durch Wärmeübertragung die Temperatur der Frischluft 2 bzw. der Abluft 5, wenn diese direkt dem Wärmeübertrager 4 zugeführt wird, und sie wird als Zuluft 10 mit der Temperatur T₄, T₅ dem Raum zur Kühlung zugeführt, da ihre Temperatur geringer als die der Abluft 5 ist. Der aus dem Wärmeübertrager 4 abgeführte Wasserstrom 11 weist eine höhere Temperatur als der zugeführte Wasserstrom 9 auf und kann somit zu Heizzwecken (beispielsweise mit Hilfe einer Wärmepumpe) in anderen Räumen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung lässt sich bei umschlossenen Gesamtobjekten, die ein oder mehrere Teilobjekte aufweisen, anwenden, die zum einen über eine Möglichkeit zur Wärmeverschiebung, insbesondere zur aktiven Wärmeverschiebung, und zum anderen über ein zentrales oder dezentrales Lüftungssystem mit der Möglichkeit zur Kühlung der Frischluft sowie der Möglichkeit zur steuerbaren Wärmerückgewinnung oder zum Umluftbetrieb verfügen. Erfindungsgemäß handelt es sich um ein Betriebsverfahren für zentrale und dezentrale Lüftungssysteme, mit dem die aktive und passive Wärmeverschiebung in einem Gebäude unterstützt werden kann und somit beispielsweise das hydraulische Kühlsystem des Objekts entlastet werden kann.
Im Weiteren wird das Verfahren am Beispiel eines Gebäudes näher beschrieben. Es kann jedoch auch für andere Objekte wie Automobile, Flugzeuge, Schiffe usw. eingesetzt werden.
Gemäß der Erfindung wird somit die freie Kühlung mittels einer Frischluftzuführung mit weiteren gebäudetechnischen Komponenten zur objektinternen Wärmeverschiebung kombiniert bzw. vernetzt. Hierdurch ist ein hohes Energieeinsparpotenzial gegeben, da die Energie von bisher energetisch nicht genutzten Räumen verwendet wird.
Wenn sich ein umschlossenes Objekt wie ein Gebäude insgesamt im Kühlmodus befindet, wie in 3 dargestellt, wird der Kaltwasserkreislauf 4, 9, 11 mittels vorbeiströmender kalter Frischluft 2 zusätzlich gekühlt. Voraussetzung ist, dass die Temperatur der Frischluft niedriger als die Temperatur des zu kühlenden Raumes ist. Wenn die Gesamtbilanz des Objekts somit einen Kühlbedarf aufweist, wird der Kaltwasserkreislauf 4, 9, 11 im Falle der Möglichkeit einer freien Kühlung (d.h. direkte Kühlung mit kalter Außenluft) aktiviert. Die Möglichkeit zur freien Kühlung ist theoretisch immer dann gegeben, wenn die Temperatur der Frischluft/Außenluft kälter ist als die aktuelle Raumtemperatur ist, wobei in der Regel die Temperaturdifferenz mindestens 1°C betragen sollte.
Die erweiterte erfindungsgemäße Nutzung der freien Kühlung ist dann möglich, wenn die Frischluft 2, die der Außenluft entspricht, kälter als die gewünschte Temperatur der Zuluft 10 für die Kühlung des Raumes ist. Der Kühlmediumkreislauf 4, 9, 11 der raumlufttechnischen Anlage kann dann durch die einströmende kalte Frischluft 2 gekühlt werden. Dadurch wird das Potenzial der freien Kühlung nicht nur im zu kühlenden Raum genutzt, sondern wird zusätzlich in das Kältenetz des Gebäudes eingekoppelt.
Die Temperatur der einströmenden Luft 2 wird erfindungsgemäß beispielsweise so geregelt, dass die Temperatur der Zuluft 10 von den in dem Raum/umschlossenen Objekt anwesenden Personen als angenehm empfunden wird. Ist die Temperatur der Frischluft 2 sehr niedrig, so sollte die Temperatur der Zuluft 10 höher gegenüber der Frischluft 2 eingestellt werden. Das überschüssige Potenzial der freien Kühlung kann erfindungsgemäß zur Kühlung des Kühlwasserkreislaufs des Gebäudes/Objekts verwendet werden, anstatt über die übliche Wärmerückgewinnung an die Umgebung verloren zu gehen.
Ein klassischer Regelungsgrundsatz betrifft die Begrenzung der Zulufttemperatur durch die Wärmerückgewinnung, der durch das erfindungsgemäße Verfahren erweitert wird.
Das erfindungsgemäße Prinzip ist beispielsweise bei Objekten mit hohen internen Lasten wie beispielsweise Serverräume, belegten Konferenzräumen oder Räumen mit hoher solarer Einstrahlung, beispielsweise an der Sonneneinstrahlseite (auf der Nordhalbkugel üblicherweise die Südseite) einsetzbar. So treten in Bürogebäuden häufig relativ hohe interne Lasten auf. Personen geben bei sitzenden Tätigkeiten etwa 100 W an Wärme ab. Elektrische Geräte, insbesondere Arbeitsplatzrechner, verursachen ebenfalls einen sehr hohen Kühlbedarf. Hierbei kann von einer abgegebenen Wärmeleistung von bis zu 200 W/Person ausgegangen werden. Des Weiteren erreicht die solare Einstrahlung auf senkrechte Fassaden im Winter Werte von bis zu 500 W/m², so dass Glasfassaden und Fensterflächen ebenfalls Ursache für einen Kühlbedarf bei relativ kalten Außentemperaturen sein können. Die beschriebenen Wärmequellen führen dazu, dass Teile eines Gebäudes auch bei relativ kalten Außenlufttemperaturen gekühlt werden müssen. Dies geschieht üblicherweise durch die direkte Einbringung von kalter Außenluft in das Gebäude, die als freie Kühlung bezeichnet wird.
Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt ein solches Gebäude eine raumlufttechnische Anlage (RLT), dezentral oder zentral, mit einer regelbaren Wärmerückgewinnung und einen zentralen Kaltwasserkreislauf.
Bei einer Kühlmediumkreislauf-Kühlfunktion weist das Gesamtgebäude insgesamt einen Kühlungsbedarf auf, auch wenn dies für einzelne Räume nicht zutrifft, da diese beheizt werden müssen. Um das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen, ist es erforderlich, dass eine freie Kühlung verfügbar ist, das heißt, dass die Temperatur der Frischluft/Außenluft 2 geringer als die Temperatur des zu kühlenden Raumes ist, und dass die Temperatur der Frischluft/Außenluft 2 geringer als die gewünschte Temperatur der Zuluft 10 ist.
Durch die Einkopplung der kalten Frischluft/Außenluft 2 in das Kühlungssystem eines Gesamtobjektes wird der Energiebedarf für die Gesamtkühlung herabgesetzt, da erfindungsgemäß das Kühlungspotential der Frischluft genutzt wird. Dies entlastet die zentralen Kühlsysteme des Gesamtobjekts und spart daher direkt Energie zur Bereitstellung von Kälte zur Kühlung einzelner Bereiche des Gesamtobjektes.
Wenn ein Gesamtobjekt insgesamt beheizt wird, wie in 4 und 5 dargestellt, jedoch Teilbereiche des Objektes gekühlt werden müssen, zum Beispiel wegen hoher interner Lasten bei z.B. Serverräumen oder solarer Gewinne aufgrund einer direkten Sonneneinstrahlung, wird erfindungsgemäß das Wärmepotential der Abluft aus den zu kühlenden Bereichen/Räumen in das Wasserkühlsystem mittels zentraler oder dezentraler lüftungstechnischer Anlagen eingekoppelt.
Wenn die Gesamtbilanz eines Gesamtobjektes einen Heizbedarf ausweist, wird erfindungsgemäß die freie Kühlung nicht eingesetzt, auch wenn dies aufgrund der Temperatur der Frischluft möglich wäre. Es wird stattdessen die wasserbasierende Kühlung eingesetzt für die Kühlung derjenigen Räume/Objekte, die in dem Gebäude/Gesamtobjekt einen Kühlungsbedarf aufweisen. Teilströme des Kühlwasserkreislaufs des Gesamtobjektes werden durch diese Betriebsweise erwärmt und können somit zur internen Wärmeverschiebung verwendet werden. Erfindungsgemäß kann somit das Wärmepotential der Abluft aus gekühlten Räumen zur Heizung anderer Bereiche verwendet werden.
Erfindungsgemäß wird daher bei einem Lüftungserfordernis, zum Beispiel zur Sicherstellung einer ausreichenden Luftqualität, die Wärmerückgewinnung durch Nutzung des Wärmepotentials der Abluft eingesetzt. Bei einem fehlenden Lüftungserfordernis führt hingegen das Unterdrücken der freien Kühlung dazu, dass ein Teilstrom/Teilströme der Kühlwasserkreislauf mittels eines Wärmeübertragers direkt erwärmt wird/werden.
Dies steht im Gegensatz zum einem herkömmlichen Regelungsansatz, bei dem der freien Kühlung jederzeit Priorität einräumt wird.
Für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es erforderlich, dass das Gesamtobjekt über lüftungstechnische Anlagen, dezentrale oder zentral, mit einer Wärmerückgewinnung oder Umluftfunktion, einem zentralen Kühlwasserkreislauf oder Kühlmediumkreislauf, einer in Zonen aufgeteilten Gebäudeklimatisierung und einer Möglichkeit zur Wärmeverschiebung, zum Beispiel über Wärmepumpen, verfügt.
Die Voraussetzungen für den Einsatz der erfindungsgemäßen Kühlmediumkreislauf-Aufheizfunktion sind, dass ein Teilbereich eines Gesamtobjektes wie ein Raum in einem Gebäude einen Kühlbedarf aufweist, während das Gesamtobjekt einen Heizbedarf hat. Außerdem müssen die Außenluftbedingungen derart gegeben sein, dass eine freie Kühlung möglich ist.
Erfindungsgemäß können daher durch die Kopplung von Systemen wie einer direkten freien Kühlung und eines Wasserkreislaufs/Kühlmittelkreislaufs Kältekreise auch als Wärmequellen für beispielsweise eine Wärmepumpe dienen.
Durch den Betriebsmodus in der Kühlmediumkreislauf-Aufheizfunktion wird die in Teilen des Gesamtobjekts überschüssige Wärme, die in klassischer Weise an die Umgebung abgegeben werden würde, wieder verwendet durch das Prinzip der anlagenübergreifenden Wärmerückgewinnung und der aktiven Wärmeverschiebung. Hierdurch ergibt sich eine Reduzierung des Heizbedarfs, so dass damit Heizenergie eingespart werden kann.
Zudem wird im Umluftbetrieb, d.h. wenn die Zuführung von Frischluft unterbleibt, der Abluftventilator gedrosselt, so dass weniger elektrische Leistung für den Betrieb der Anlage benötigt wird als beim freien Kühlungsbetrieb.
Insgesamt kann das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bei einem vorhandenen Gesamtobjekt durch eine Anpassung der Regelung bestehender klimatechnischer Anlagen umgesetzt werden. Bauliche Änderungen und somit hohe Investitionskosten sind nicht erforderlich. Der Komfort der Nutzer in einem belüfteten Objekt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren positiv beeinflusst, da eine zielgenaue Einstellung der gewünschten Temperatur der Zuluft ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2246634 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Regelung von kühl- und/oder heiztechnischen Anlagen für umschlossene Gesamtobjekte mit ein oder mehreren zu kühlenden Teilobjekten, wie ein Gebäude mit ein oder mehreren Räumen, mit zumindest einer lüftungstechnischen Anlage (1) und einem Kühlmediumkreislauf mit einem Kühlmedium (9, 11), wobei bei einem Kühlbedarf des Gesamtobjektes Frischluft (2) mit einer Temperatur T₁ einem Wärmeübertrager (4) zugeführt wird, in dem die Frischluft (2) einen Teil ihres Kühlungspotentials an das Kühlmedium (9, 11) abgibt und erwärmt wird, und dann als Zuluft (10) mit einer erhöhten Temperatur T₂ dem/den zu kühlenden Teilobjekt /Teilobjekten zugeführt wird, und wobei das gekühlte Kühlmedium (9, 11) jeweils für Kühlzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird, und bei einem überwiegenden Heizbedarf des Gesamtobjekts erwärmte Abluft (5), insbesondere aus zu kühlenden Teilobjekten, mit einer Temperatur T₃ dem Wärmeübertrager (4) zugeführt wird, in dem die Abluft (5) einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium (9, 11) abgibt, und dann als Zuluft (10) mit einer Temperatur T₄ dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, oder die erwärmte Abluft (5) einem Wärmerückgewinner (6) zugeführt wird, wobei dem Wärmerückgewinner (6) zudem Frischluft (2) zugeführt wird und das Wärmepotential der Abluft (5) in dem Wärmerückgewinner durch Wärmeübertragung an die Frischluft (2) abgegeben wird und diese erwärmt wird, wobei die erwärmte Frischluft (2) dann dem Wärmeübertrager (4) zugeführt wird, in dem die Frischluft (2) einen Teil ihrer Wärme an das Kühlmedium (9, 11) abgibt, und dann als Zuluft (10) mit einer Temperatur T₅ dem/den zu kühlenden Teilobjekt/Teilobjekten zugeführt wird, und die Abluft (5) den Wärmerückgewinner (6) als Fortluft (7) verlässt, und wobei das erwärmte Kühlmedium (9, 11) für Heizzwecke in dem Gesamtobjekt verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Gebäude mit einer lüftungstechnischen Anlage eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Gebäude mit Gebäudeenergiesystemen eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Gebäude mit Gebäudeenergiesystemen, in denen flexible Temperaturen in Kühlkreismedium-Kreisläufen im Betrieb möglich sind, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Gebäude, in denen eine Wärmepumpe das für die Wärmeverschiebung notwendige Temperaturdifferenzniveau bereitstellt, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium als Wasser, Glykol oder ein Glykol-Wasser-Gemisch ausgebildet ist.
Verfahren einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Luft als flüssiges oder gasförmiges Wärmeübertragungsmedium ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz ΔT des Kühlmediums über den Wärmeübertrager (4) zwischen 1°C und 20°C beträgt, vorzugsweise zwischen 1°C und 5°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz ΔT der Frischluft (2) nach dem Durchlaufen des Wärmeübertragers (4) zwischen 1°C und 50°C, vorzugsweise zwischen 1°C und 5°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (4) als Heiz- und/oder Kühlregister ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenströme der Zuluft, Abluft und Umluft zwischen bis zu 1.000.000 m³/h betragen
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der lüftungstechnischen Anlage die Wärmerückgewinnung stufenlos steuerbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der lüftungstechnischen Anlage die Frischluftzufuhr mittels Luftqualitätsmesswerten regelbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der lüftungstechnischen Anlage eine raumtemperaturbasierte Regelung vorgesehen ist.