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Die Erfindung betrifft ein Luftaufbereitungssystem zum Erzeugen eines gewollten Raumklimas mit Feuchte- und Wärmerückgewinnung zur energiearmen Entfeuchtung von Luft, wobei die Luft einen moderaten oder erhöhten Feuchtigkeitsgehalt besitzen kann und das Luftaufbereitungssystem zwei Einheiten zur Feuchte- und Wärmerückgewinnung bzw. zur Wärmerückgewinnung besitzt und weiter einen Kühler, eine Regelung aufweist sowie optional Ventilatoren und Filter angeordnet sind und bei Bedarf das System von einem einheitlichen Gehäuse umschlossen wird
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Im Allgemeinen wird Luft entfeuchtet, indem sie unter den Taupunkt abgekühlt wird. Dabei wird die Taupunkttemperatur unterschritten und das gasförmige Wasser der Luft kondensiert und kann flüssig abgeschieden werden. Das Entfeuchten der Luft durch Abkühlen ist energieintensiv und verursacht hohe Betriebskosten.
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Es ist ein Verfahren bekannt, welches ohne Kältemaschine auskommt und sich DEC nennt. Das Kürzel bedeutet Trocknungs- und Verdunstungskühlung (engl. Desiccative Evaporative Cooling). Bei dem Verfahren kommen Sorptionsrotor, Rotationswärmetauscher und Befeuchter bei der Behandlung der Außenluft zur Zuluft und der Abluft zur Fortluft zum Einsatz. Das Verfahren senkt die Betriebskosten für die Raumklimatisierung deutlich. In vielen Fällen wird eine Kältemaschine nicht benötigt. Nachteilig ist, dass im Luftbehandlungsprozess der Abluft zur Fortluft ein Erhitzer positioniert werden muss, der eine externe Wärmequelle darstellt und Energiekosten verursacht. Weiter ist von Nachteil, dass das Verfahren nur bei moderaten Außenluftfeuchten eingesetzt werden kann.
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Die Entfeuchtung mittels eines Luft-Luft-Wärmeübertragers ist von den Luftkonditionen der Außenluft, der Zu- und Abluft und der Wärme- und Feuchterückzahlen des Rückgewinnungssystems abhängig. Ein alleiniges Entfeuchten über ein Rückgewinnungssystem ist in der Klimatisierung von Gebäuden lediglich bei moderaten Lufttemperaturen und Wassergehalt möglich. In Räumen mit Personennutzung wird die Einhaltung von Behaglichkeitskriterien von Temperatur und Feuchtegehalt gefordert, was zusätzlich zum Rückgewinnungssystem den Einsatz von thermischen Aufbereitungsverfahren notwendig macht. Dies ist energetisch gesehen von Nachteil.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Luftaufbereitungssystem mit einer Feuchte- und Wärmerückgewinnung zu schaffen, welches auf energiearme Art die Luft entfeuchtet und bei moderatem und erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt der Luft zum Einsatz kommen kann und welches Behaglichkeitskriterien bei Personennutzung erfüllt.
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Die vorteilhafte Gestaltung und Detaillösungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 5.
Demnach bezieht sich die Erfindung auf ein Luftaufbereitungssystem zum Erzeugen eines gewollten Raumklimas mit Feuchte- und Wärmerückgewinnung zur energiearmen Entfeuchtung von Luft, wobei die Luft einen moderaten oder erhöhten Feuchtigkeitsgehalt besitzen kann und das Luftaufbereitungssystem zwei Einheiten zur Feuchte- und Wärmerückgewinnung bzw. zur Wärmerückgewinnung besitzt und weiter einen Kühler, eine Regelung aufweist sowie optional Ventilatoren und Filter angeordnet sind und bei Bedarf das System von einem einheitlichen Gehäuse umschlossen wird, wobei die erfinderische Lösung darin besthet, dass die Außenluft in Strömungsrichtung den Filter, eine Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit, einen Kühler, eine Wärmerückgewinnungseinheit, einen Ventilator und einen F-ilter durchströmt und als Zuluft in den Raum austritt und die den Raum verlassende Abluft durch einen Filter, eine Wärmerückgewinnungseinheit, eine Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit und durch einen Ventilator strömt und als Fortluft austritt, wobei die Temperatur- und Feuchtefühler und ein Ventil in der Zuleitung des Kühlers mit der Regelung in Verbindung stehen und die genannten Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit und Wärmerückgewinnungseinheit, die als Plattenübertrager mit wassertransparenten Membranen ausgebildet sind und jeweils eine Einheit bilden und von der Außenluft und Zuluft gleichzeitig durchströmt werden. Im Sinne des Luftaufbereitungssystems ist es vorteilhaft, wenn in Strömungsrichtung der Außenluft zwischen der Wärmerückgewinnungseinheit und dem Ventilator zusätzlich ein Erhitzer angeordnet ist. Die Aufgabe der Erfindung wird weiter in der Art gelöst, indem das Luftaufbereitungssystem zum Erzeugen eines gewollten Raumklimas mit Feuchte- und Wärmerückgewinnung zur energiearmen Entfeuchtung von Luft, wobei die Luft einen moderaten oder erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt besitzen kann und das Luftaufbereitungssystem zwei Einheiten zur Feuchte- und Wärmerückgewinnung bzw. zur Wärmerückgewinnung aufweist und weiter einen Kühler, eine Regelung besitzt und optional Ventilatoren und Filter aufweist sowie bei Bedarf von einem einheitlichen Gehäuse umschlossen wird, und dabei die Außenluft in Strömungsrichtung den Filter, eine Feuchte - und Wärmerückgewinnungseinheit, einen Kühler, eine Wärmerückgewinnungseinheit, einen Ventilator, einen Filter durchströmt und als Zuluft in den Raum austritt und die den Raum verlassende Abluft durch einen Filter, eine Wärmerückgewinnungseinheit, eine Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit und durch einen Ventilator strömt und als Fortluft austritt, wobei Temperatur- und Feuchtefühler und ein Ventil in der Zuleitung des Kühlers sowie die Wärmerückgewinnungseinheit und die Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit mit der Regelung in Verbindung stehen und die genannten Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit und Wärmerückgewinnungseinheit, die als Rotationsübertrager mit Feuchterückgewinnungseigenschaften ausgebildet sind und jeweils eine Einheit bilden und von der Außenluft und Zuluft gleichzeitig durchströmt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht daran, dass in Strömungsrichtung der Außenluft zwischen der Wärmerückgewinnungseinheit und Ventilator zusätzlich ein Erhitzer angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Lösung besteht auch darin, dass der Erhitzer, neben anderen Einrichtungen, mit der Regelung in Verbindung steht.
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Nachfolgend werden die erfinderischen Lösungen anhand von Ausführungsbeispielen in Skizzen dargestellt. Es zeigen:
- 1 die Anordnung von Elementen des Rückgewinnungssystems zur ungeregelten Wärme-und Feuchterückgewinnung über Plattenübertrager mit wassertransparenten Membranen.
- 2 die Anordnung von Elementen zur geregelten Wärme- und Feuchterückgewinnung mittels Rotationsübertrager mit Feuchterückgewinnungseigenschaften.
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Die 1 zeigt die Anordnung von Elementen des Rückgewinnungssystems zur ungeregelten Wärme-und Feuchterückgewinnung über Plattenübertrager mit wassertransparenten Membranen.
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Das erfindungsgemäße Luftaufbereitungssystem dient der Be- und Entlüftung von Gebäuden und verfügt über zwei getrennte Luftströme. Einer führt Außenluft AL über entsprechende lufttechnische Einrichtungen als Zuluft ZUL ins Innere des Gebäudes. Der andere Luftstrom führt Innenraumluft als Abluft ABL über entsprechende lufttechnische Einrichtungen als Fortluft FL nach außen.
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Nachfolgend wird auf die beiden Luftströme eingegangen und die jeweilige Luftbehandlung beschrieben. Die Behandlung des Luftstromes der Außenluft AL in Richtung des Inneren des Gebäudes erfolgt in folgenden Schritten: Die Außenluft AL durchströmt einen Filter 1 und wird von mechanischen Verunreinigungen gereinigt. Danach durchströmt die Luft einen Luft-Luft-Wärmetauscher der als Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 2 dient. Hier wird die Luft durch die Untertemperatur des Abluftstroms ABL abgekühlt und gleichzeitig durch Partialdruckdifferenzen des Wassers zwischen Außenluftstrom AL und dem Abluftstrom ABL entfeuchtet. Ist der Wasser-Partialdruck bei dem Außenluftstrom AL höher als der im Abluftstrom ABL findet eine Entfeuchtung des Außenluftstromes AL statt. Ist der Wasser-Partialdruck bei dem Außenluftstrom AL geringer als der im Abluftstrom ABL kann eine Befeuchtung des Außenluftstroms AL erfolgen. Nachfolgend passiert der Luftstrom in Richtung Raum einen Kühler 3 und kann weiter abgekühlt und die Luftfeuchtigkeit reduziert werden. Im Luftaufbereitungssystem ist anschließend eine Wärmerückgewinnungseinheit 4 angeordnet, in der die durchströmende Luft in Richtung Raum durch den Abluftstrom ABL erwärmt wird. Die Wärmerückgewinnungseinheit ist als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgeführt. Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit nehmen danach jeweils einen Wert ein, der die Behaglichkeitskriterien bei Personennutzung erfüllt. Mittels eines Ventilators wird der Luftstrom angetrieben und durchströmt den danach angeordneten Filter 7 und tritt als Zuluft ZUL in den Raum ein.
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Der zweite Luftstrom vom Inneren des Gebäudes nach außen hat folgende Charakteristik. Die Abluft ABL strömt durch den Filter 8 in die Wärmerückgewinnungseinheit 4. Hier gibt die Abluft ABL Wärmeenergie an die Außenluft AL ab. Der Luftstrom kühlt sich über den Wärmerückgewinnungseinheit 4 ab. Als nächstes durchströmt der Luftstrom die Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 2. In dieser Einheit wird die Außenluft AL abgekühlt und die gewonnene Energie erhöht die Temperatur der Abluft ABL. Der Feuchtegehalt in der Abluft ABL steigt durch die Aufnahme vom Wasser der Außenluft AL. Der nachfolgend angeordnete Ventilator 9 treibt den zweiten Luftstrom an und fördert den Luftstrom als Fortluft FL nach außen.
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Im ersten Luftstrom ist nach dem Ventilator 8 in Richtung innerem jeweils ein Temperatur- und Feuchtefühler angeordnet. Diese Fühler stehen mit einer Regelung 10 in Verbindung. Die Regelung 10 beeinflusst über das Ventil 16 den Kühler 3, damit die entsprechenden Sollwerte von Temperatur und Luftfeuchte im Inneren des Gebäudes erreicht werden.
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Optional kann bei sehr erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt der Luft ein Erhitzer 5 im Luftstrom zum Inneren des Gebäudes nach der Wärmerückgewinnungseinheit 4 eingesetzt werden. Dieser kommt nur bei maximaler Luftfeuchte zum Einsatz und hat einen deutlich geringeren Betriebsststundenwert gegenüber der gesamten Anlage, fängt aber die Spitzen bei der Luftfeuchtigkeit wirksam ab.
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Die 2 zeigt die Anordnung von Elementen zur geregelten Wärme- und Feuchterückgewinnung mittels Rotationsübertrager mit Feuchterückgewinnungseigenschaften.
Das erfindungsgemäße Luftaufbereitungssystem dient der Be- und Entlüftung von Gebäuden und verfügt über zwei getrennte Luftströme. Einer führt Außenluft AL über entsprechende lufttechnische Einrichtungen als Zuluft ZUL ins Innere des Gebäudes. Der andere Luftstrom führt Innenraumluft als Abluft ABL über entsprechende lufttechnische Einrichtungen als Fortluft FL nach außen.
Nachfolgend wird auf die beiden Luftströme eingegangen und die jeweilige Luftbehandlung beschrieben. Die Behandlung des Luftstromes der Außenluft AL in Richtung des Inneren des Gebäudes erfolgt in folgenden Schritten: Die Außenluft AL durchströmt einen Filter 1 und wird von mechanischen Verunreinigungen gereinigt. Danach durchströmt die Luft einen Rotationsübertrager der als Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 14 dient. Hier wird die Luft durch die Untertemperatur des Abluftstroms ABL abgekühlt und gleichzeitig durch Partialdruckdifferenzen des Wassers zwischen Außenluftstrom AL und dem Abluftstrom ABL entfeuchtet. Ist der Wasser-Partialdruck bei dem Außenluftstrom AL höher als der im Abluftstrom ABL findet eine Entfeuchtung des Außenluftstromes AL statt. Ist der Wasser-Partialdruck bei dem Außenluftstrom AL geringer als der im Abluftstrom ABL kann eine Befeuchtung des Außenluftstroms AL erfolgen. Nachfolgend passiert der Luftstrom in Richtung Raum einen Kühler 3 und kann weiter abgekühlt und entfeuchtet werden. Im Luftaufbereitungssystem ist anschließend eine Wärmerückgewinnungseinheit 15 angeordnet, in der die durchströmende Luft in Richtung Raum durch den Abluftstrom ABL erwärmt wird. Die Wärmerückgewinnungseinheit 15 ist als Rotationsübertrager ausgeführt. Temperatur und die Luftfeuchtigkeit nehmen danach jeweils einen Wert ein, der die Behaglichkeitskriterien bei Personennutzung erfüllt. Mittels eines Ventilators wird der Luftstrom angetrieben und durchströmt den danach angeordneten Filter 7 und tritt als Zuluft ZUL in den Raum ein.
Der zweite Luftstrom vom Inneren des Gebäudes nach außen hat folgende Charakteristik. Die Abluft ABL strömt durch den Filter 8 in die als Rotationsübertrager ausgeführte Wärmerückgewinnungseinheit 15, hier gibt die Abluft ABL Wärmeenergie an die Außenluft AL ab, der Luftstrom kühlt sich ab. Als nächstes durchströmt der Luftstrom die als Rotationsübertrager ausgeführte Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 14. In dieser Einheit wird die Außenluft AL abgekühlt, entfeuchtet und die gewonnene Energie erhöht die Temperatur und den Feuchtegehalt der Abluft ABL. Der nachfolgend angeordnete Ventilator 9 treibt den zweiten Luftstrom an und fördert den Luftstrom als Fortluft FL nach außen.
Im ersten Luftstrom ist nach dem Ventilator 8 in Richtung innerem jeweils ein Temperatur- und Feuchtefühler angeordnet. Diese Fühler stehen mit einer Regelung 10 in Verbindung. Die Regelung 10 beeinflusst über das Ventil 13 den Kühler 3, über das Ventil 16 den Erhitzer 5 sowie die Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 14 und die Wärmerückgewinnungseinheit 15. Dadurch können die entsprechenden Sollwerte von Temperatur und Luftfeuchte der Zuluft ZUL ausgeregelt werden. Durch die Vielzahl von Beeinflussungen, wie Leistung des Kühlers 3, Drehzahl von Wärmerückgewinnungseinheit 15 und Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit 14 kann eine sehr gute Regelung der Wärme- und Feuchterückgewinnung erreicht werden. Die vielen Beeinflussungen führen zu einer gute Regelung der Behaglichkeitskriterien bei der Personennutzung.
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Optional kann bei sehr erhöhtem Feuchtigkeitsgehalt der Luft ein Erhitzer 5 im Luftstrom zum Inneren des Gebäudes nach der Wärmerückgewinnungseinheit 15 eingesetzt werden. Dieser kommt nur bei maximaler Luftfeuchte zum Einsatz und hat einen deutlich geringeren Betriebsststundenwert gegenüber der gesamten Anlage, fängt aber die Spitzen der Entfeuchtung der Luft wirksam ab.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, kommen bei dem erfindungsgemäß aufgezeigten Luftaufbereitungssystem ein zweiter Luft-Luft-Wärmetauscher bzw. ein zweiter Rotationsübertrager zum Einsatz. Es wird somit ein Doppel-Wärmeübertragersystem realisiert. Diese Lösung führt zu erheblichen Einsparungen an Energie, deren Größe bis zu 45% und mehr betragen kann. Zusätzlich ist keine Energie zur bisher beim Stand der Technik notwendigen Luftnacherwärmung notwendig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Filter
- 2
- Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit (Luft-Luft-Wärmetauscher)
- 3
- Kühler
- 4
- Wärmerückgewinnungseinheit (Luft-Luft-Wärmetauscher)
- 5
- Erhitzer, optional
- 6
- Ventilator
- 7
- Filter
- 8
- Filter
- 9
- Ventilator
- 10
- Regelung
- 11
- Temperatur und Feuchtefühler
- 12
- Gehäuse
- 13
- Ventil Kühlung
- 14
- Feuchte- und Wärmerückgewinnungseinheit (Rotor)
- 15
- Wärmerückgewinnungseinheit (Rotor)
- 16
- Ventil Heizen
- AL
- Außenluft
- FL
- Fortluft
- ZUL
- Zuluft
- ABL
- Abluft
