DE102018106261A1 - Dezentralisierte Luftbehandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine dezentralisierte Luftbehandlungsvorrichtung für die Verwendung eines brennbaren Kältemittels, welche ein Gehäuse aufweist, in dem ein geschlossener Kältemittelkreislauf und ein Luftbehandlungsbereich angeordnet sind. Das Gehäuse ist in einen oberen Bereich und einen unteren Bereich eingeteilt, und der obere Bereich ist gasundurchlässig.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftbehandlungsvorrichtung zur Aufbereitung von Luft, die ein Gehäuse aufweist, in dem ein geschlossener Kältemittelkreislauf und ein Luftbehandlungsbereich angeordnet sind. Der Kältemittelkreislauf ist dabei bevorzugt reversierbar zur wahlweisen Beheizung oder Kühlung der zu behandelnden Luft.
  • Dezentralisierte Luftbehandlungsvorrichtungen mit integriertem Kältemittelkreislauf sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise als Monoblockeinheiten, welche an Fassaden installiert werden. In Situationen, in denen größere Raumflächen ohne Zugang zu einer Fassade klimatisiert werden oder Monoblockeinheiten an der Fassade aus ästhetischen Beweggründen unerwünscht sind, haben sich zentrale Belüftungseinheiten durchgesetzt. Dabei transportiert eine zentrale Kältemaschine Wärmeenergie an ein Netz von dezentralen Lüftungsgeräten oder Luftbehandlungsvorrichtungen, in denen die Luft mittels Wasser/Luft- oder Kältemittel/Luft-Wärmetauschern erwärmt oder gekühlt wird. Zentrale Belüftungseinheiten sind entsprechend größer und benötigen ein höheres Kältemittelvolumen als dezentralisierte Luftbehandlungsvorrichtungen. Bevorzugt werden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads halogenierte Kältemittel eingesetzt.
  • Eine Ausgestaltung von dezentralen Lüftungsgeräten sind sogenannte Klimakassetten, welche sich in abgehängte Decken integrieren lassen. Umgebungsluft wird in die Klimakassette gesaugt und innerhalb eines Luftbehandlungsbereichs umgewälzt. Die Luft wird in dem Luftbehandlungsbereich gekühlt oder erwärmt und aus Belüftungsschlitzen in den Raum zurück geblasen.
  • Die F-Gas Verordnung der europäischen Union sieht einen schrittweisen Ausstieg aus den halogenierten Kältemitteln vor. Als Alternative zu halogenierten Kältemitteln stehen natürliche Kältemittel wie Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2), Propan (C3H8), Propen (C3H6), Butan (C4H10) und Ammoniak (NH3) zur Verfügung. Wasser und Kohlendioxid haben ungünstige Wirkungsgrade, und Ammoniak ist im Aufenthaltsbereich von Personen aufgrund der Giftigkeit nicht einsetzbar. Es bleiben brennbare natürliche Kältemittel als Alternative zu halogenierten Kältemitteln. Die Verwendung von brennbaren Kältemitteln birgt neue Herausforderungen an die Klimatechnik.
  • Es ist wünschenswert, das Kältemittelvolumen möglichst gering zu halten, um das Explosions- oder Brandrisiko bei einer eventuellen Leckage zu minimieren. Eine Möglichkeit bietet sich in der Form von dezentralisierten Luftbehandlungsvorrichtungen mit integriertem, geschlossenem Kältemittelkreislauf.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dezentralisierte bzw. dezentrale Luftbehandlungsvorrichtung für die Verwendung eines brennbaren Kältemittels zu optimieren. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Luftbehandlungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Luftbehandlungsvorrichtung zur Aufbereitung von Luft gelöst, welche ein Gehäuse aufweist, in dem ein geschlossener Kältemittelkreislauf und ein Luftbehandlungsbereich angeordnet sind. Das Gehäuse ist in einen oberen Bereich und einen unteren Bereich eingeteilt, und der obere Bereich ist gasundurchlässig. Demgegenüber ist der untere Bereich bevorzugt gasdurchlässig oder kann wahlweise in einen gasdurchlässigen und einen gasundurchlässigen Zustand gebracht werden. Die Angaben „oben“ und „unten“ beziehen sich dabei auf die vorgesehene Ausrichtung während des Betriebs der Luftbehandlungsvorrichtung. Es ist bevorzugt, wenn bei Montage in einer Decke im eingebauten Zustand der obere Bereich innerhalb eines Deckenhohlraums angeordnet und befestigt ist und der untere Bereich mindestens teilweise sichtbar ist, wenn man von unten auf die Decke blickt. In einer möglichen Ausführungsform weist das Gehäuse einen Boden auf, der zum Beispiel ganz oder teilweise durch eine Bodenplatte gebildet werden kann, und nur der Boden des Gehäuses bildet den unteren Bereich, der bei Montage in einer Decke bevorzugt als Teil der Decke sichtbar ist. Unabhängig davon kann das Gehäuse einstückig ausgeformt sein, wobei dann der obere Bereich und der untere Bereich durch verschiedene Abschnitte des einstückigen Gehäuses gebildet werden. Alternativ kann das Gehäuse aus mehreren separaten Gehäuseteilen oder Gehäuseabschnitten zusammengesetzt sein, die aneinander befestigt sind. Der obere Bereich und der untere Bereich können dann durch verschiedene dieser Gehäuseteile oder Gehäuseabschnitte gebildet werden oder durch verschiedene Abschnitte von einem oder mehreren der Gehäuseteile oder Gehäuseabschnitte. Bevorzugt besteht das Gehäuse aus Metallblech, Kunststoff oder einer Kombination dieser Stoffe bzw. Materialien. Der innerhalb des Gehäuses befindliche Kältemittelkreislauf ist in sich geschlossen und weist bevorzugt zumindest einen Kompressor, einen KältemittelWärmetauscher, eine Expansionsvorrichtung und entsprechenden Kältemittelleitungen auf, die diese Komponenten untereinander verbinden. Der Kältemittelkreislauf kann beispielsweise eine Kompressionskältemaschine sein oder aufweisen oder als eine Kompressionskältemaschine betrieben werden. Alle Elemente des Kältemittelkreislaufs befinden sich innerhalb des Gehäuses. Die Expansionsvorrichtung ist bevorzugt ein Expansionsventil oder ein Kapillarrohr. Im Luftbehandlungsbereich wird die umgewälzte Luft in Kontakt mit dem Kältemittel-Wärmetauscher, bevorzugt einem Kältemittel/Luft-Wärmetauscher, gebracht. In einer Ausführungsform wird die Luft noch zusätzlich gefiltert und/oder die Luftfeuchtigkeit reguliert, und der Luftbehandlungsbereich weist zu diesem Zweck entsprechende Einrichtungen oder Mittel auf. Bevorzugt befindet sich in dem Luftbehandlungsbereich eine Vorrichtung zur Luftumwälzung, beispielsweise ein Ventilator, welcher die Luft an dem Wärmetauscher vorbei führt und durch Belüftungsschlitze aus dem Gehäuse hinaus in den Raum bläst.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst ausgenutzt, dass brennbare Kältemittel, wie beispielsweise R152a (1,1-Difluorethan), R290 (Propan), R1270 (Propen), R32 (Di-Fluormethan) und R600a (Isobutan), bei Normaldruck eine höhere Dichte als Luft haben. Bei einer eventuell auftretenden Leckage sinkt das austretende Kältemittel nieder. Dadurch, dass der obere Bereich des Gehäuses gasundurchlässig ist, kann das leckende Kältemittel nicht durch den oberen Bereich nach oben aus dem Gehäuse austreten und sammelt sich vielmehr im unteren Bereich. Dadurch ist es möglich, die Luftbehandlungsvorrichtung, die zum Beispiel in Form einer Klimakassette ausgebildet sein kann, so an oder in einer abgehängten Decke zu montieren, dass sich der obere Bereich des Gehäuses ganz oder teilweise im Deckenhohlraum zwischen der abgehängten Decke und der eigentlichen Decke befindet. Der gasundurchlässige obere Bereich verhindert, dass sich das austretende Kältemittel im Deckenhohlraum sammelt, wo es eine erhebliche Brandgefahr darstellt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kältemittelkreislauf einen Kompressor, zwei Wärmetauscher - davon einer zur Luftbehandlung und einer als Wasser-Wärmetauscher - ein Kältemittel sowie Kältemittelleitungen und weist bevorzugt ferner mindestens einen Kältemittelwärmetauscher (Rektifikator), ein oder mehrere und zum Beispiel mindestens zwei Expansionsventile, mindestens zwei Magnetventile, ein Vierwegeventil, ein oder mehrere und zum Beispiel mindestens zwei Rückschlagventile, ein oder mehrere und zum Beispiel mindestens zwei Druckschalter und/oder einen Saugdrucksensor auf. Die Elemente sind bevorzug für die Verwendung von brennbaren Kältemitteln optimiert. An dem Wärmetauscher zur Luftbehandlung, der bevorzugt als Kältemittel-/Luftwärmetauscher ausgestaltet ist, wird die zu behandelnde Luft vorbeigeführt, damit ein Wärmeaustausch zwischen Luft und Kältemittel stattfinden kann. Der Kältemittelkreislauf kann wahlweise in Kühl- oder Heizrichtung laufen. Der Richtungswechsel wird durch das Vierwegeventil und die Magnetventile ermöglicht, die wahlweise in geeigneter Weise angesteuert oder betrieben werden können. Das Rückschlagventil ist so angeordnet, dass es verhindert, dass sich das Kondensat in dem Kompressor sammelt. Der Saugdrucksensor ist so angeordnet und ausgestaltet, dass er die Information über den Ist-Saugdruck an den Kompressor übermitteln kann, welcher bevorzugt entsprechend der Differenz zwischen Ist und Sollwert des Saugdrucks regelbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Gehäuse im unteren Bereich über verschließbare Abflussöffnungen, die einen Innenraum des Gehäuses mit der Umgebung des Gehäuses verbinden. Sollte es zu einer Leckage im Kältemittelkreislauf kommen, sammelt sich das Kältemittel im unteren Bereich des Gehäuses. Das ausgetretene Kältemittel muss nun möglichst risikoarm entsorgt werden. Durch die Abflussöffnungen kann das Kältemittel kontrolliert entweichen und beispielsweise im Raum dissipieren. Es ist auch denkbar, dass die Abflussöffnungen dauerhaft offen sind, so dass ausgetretenes Kältemittel jederzeit nach unten aus dem Gehäuse entweichen kann. Sie können dann nicht verschließbar ausgestaltet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Luftbehandlungsvorrichtung bzw. das Gehäuse als Klimakassette ausgestaltet. Die Form einer Klimakassette erlaubt eine platzsparende Montage der Luftbehandlungsvorrichtung an bzw. in einer abgehängten Decke. Der obere Bereich des Gehäuses befindet sich nach der Montage im Deckenhohlraum, und der untere Bereich des Gehäuses befindet sich bevorzugt außerhalb des Bereichs des Deckenhohlraums. Durch die beschränkte Höhe eines Deckenhohlraums müssen die Elemente des Kältemittelkreislaufs und der Luftaufbereitung möglichst platzsparend angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform, in der der Kältemittelkreislauf einen Kompressor aufweist, ist der Kompressor bevorzugt ein Kompressor mit variabler Geschwindigkeit und einem Inverter-Drehzahlregelsystem. Bei Verwendung eines solchen Kompressors ist es in einfacher Weise möglich, Flüssigkeitsschlag während des Anlaufens des Kompressors zu vermeiden, indem das Inverter-Drehzahlregelsystem angepasst sein oder betrieben werden kann, um die Drehzahl beim Anlaufen über einen vorgegebenen oder einstellbaren Zeitraum auf den Endwert zu erhöhen. Zudem können die Wärme- und Kältekapazitäten durch Anpassung der Drehzahl gesteuert werden.
  • In einer Ausführungsform, in der der Kältemittelkreislauf einen Kompressor aufweist, ist es ferner zusätzlich oder alternative bevorzugt, dass der Kompressor für Drehzahlen von mindestens 100Hz ausgelegt ist. Ein Kompressor mit einer höheren Drehzahl kann mehr Kältemittel pro Zeiteinheit fördern, und er kann kleiner gebaut werden, was in vorteilhafter Weise das Kältemittelvolumen im Kältekreislauf reduziert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kältemittelleitungen vollständig oder zumindest teilweise unterhalb der Wärmetauscher angeordnet, wenn das Gehäuse so angeordnet ist, dass der obere Bereich des Gehäuses nach oben weist. Wenn die Wärmetauscher im Kondensatormodus arbeiten, kann das Kältemittel in die tieferliegenden Kältemittelleitungen abfließen. Dadurch wird ein Anstauen von flüssigem Kältemittel in den Wärmetauschern vermieden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kältemittel ein natürliches Kältemittel, bevorzugt R152a (1,1-Difluorethan), R290 (Propan), R1270 (Propen), R744 (CO2 (Kohlendioxid)), R32 (Difluormethan) und/oder R600a (Isobutan), besonders bevorzugt R290 (Propan).
  • In einer Ausführungsform, in der der Kältemittelkreislauf zumindest zwei Wärmetauscher aufweist, ist einer der Wärmetauscher bevorzugt ein Wasserwärmetauscher, bevorzugt ein Platten-Wasser-Wärmetauscher. Die dezentralisierten Luftbehandlungsvorrichtungen mit integriertem Kältemittelkreislauf müssen über eine Lösung bezüglich der Abwärme verfügen. In einer Ausführungsform weist der Wasserwärmetauscher Anschlüsse zum Anschluss an ein Wassersystem auf. Die Abwärme kann dann im Betrieb in vorteilhafter Weise mittels des Wasserwärmetauschers an ein Wassernetz abgegeben werden, das an die Anschlüsse angeschlossen ist, und an anderer Stelle genutzt werden. Das Abwärmesystem verbessert die Energieeffizienz des Klimasystems weiter.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Luftbehandlungsbereich ein Lüftungsgebläse und den Wärmetauscher zur Luftbehandlung, der bevorzugt als Kältemittel-/Luftwärmetauscher ausgestaltet ist. Der Wärmetauscher bzw. Kältemittel-/Luftwärmetauscher kann dabei kreisförmig ausgestaltet sein, aber auch jede andere Form haben. In dem Luftbehandlungsbereich kommt die zu behandelnde Luft in Kontakt mit Wärmetauscher zur Luftbehandlung bzw. dem Kältemittel-/Luftwärmetauscher des Kältekreislaufs. Bevorzugt wird dabei im Betrieb die Luft mittels des Lüftungsgebläses umgewälzt und an dem Wärmetauscher vorbeigeführt. Im unteren Bereich des Gehäuses befinden sich bevorzugt Öffnungen durch welche die Raumluft angesogen wird und zur Behandlung an dem Wärmetauscher zur Luftbehandlung bzw. Kältemittel-/Luftwärmetauscher vorbeigeführt wird. Ebenfalls im unteren Bereich des Gehäuses befinden sich bevorzugt zusätzliche Öffnungen durch welche die behandelte Luft wieder in den Raum geblasen wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die Luftbehandlungsvorrichtung über ein, bevorzugt eingebautes, Regelungssystem, welches eine oder mehrere Komponenten der Luftbehandlungsvorrichtung steuert und/oder überwacht. Das Regelungssystem kann eine bzw. eines oder mehrere der folgenden Größen und Elemente steuern: das Lüftungsgebläse, insbesondere die Geschwindigkeit des Propellers; den Saugdruck des Kältemittelkreislaufs an dem Eingang des Kompressors; die Drehzahl des Kompressors; den Wechsel von Heizmodus zu Kühlmodus durch Betätigung bzw. Umstellung des Vierwegeventils und der Magnetventile. Ferner kann das Regelungssystem eine oder mehrere Komponenten der Luftbehandlungsvorrichtung überwachen. Das Überwachen erfolgt bevorzugt über Sensoren, welchen einen Wert messen und den gemessenen Wert an das Regelsystem übermitteln. Der gemessene Wert kann dann zum Beispiel mit einem vorgegebenen Schwellwert oder einem zulässigem Wertebereich verglichen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regelungssystem einen Steuerkreis zur Reglung des Saugdrucks. Der Steuerkreis umfasst ferner mindestens einen Drucksensor, einen Unterdruckschalter und einen Hochdruckschalter. Der Saugdruck wird über den Drucksensor ermittelt, und der ermittelte Wert wird zur Regulierung der Drehzahl des Kompressors eingesetzt. Bevorzugt wird der Saugdruck im Betrieb bei 6.0 + 0.3 bar konstant gehalten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Regelungssystem eine Schnittstelle mit einem Gebäudemanagementsystem und ist angepasst, um auf ein über die Schnittstelle empfangenes Aufforderungssignal zu reagieren. Das Gebäudemanagementsystem kann dabei über einen Sensor zur Überwachung der Raumtemperatur verfügen, so dass das Gebäudemanagementsystem bevorzugt auf Basis der Raumtemperatur gesteuert oder betrieben werden kann und insbesondere das Regelungssystem auf dieser Basis steuern oder beeinflussen kann, beispielsweise durch Bereitstellung eines entsprechenden Aufforderungssignals oder durch Bereitstellung eines für die Raumtemperatur repräsentativen Signals, das von dem Regelungssystem empfangen und entsprechend verarbeitet wird. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftbehandlungsvorrichtung wird die produzierte Abwärme an ein Wassersystem abgegeben. Das Gebäudemanagementsystem kann in dieser Ausführungsform auch eine Pumpe des Wassersystems steuern. Zudem kann das Gebäudemanagementsystem über einen Temperatursensor (WT) zur Überwachung der Wassertemperatur verfügen und bevorzugt seinen Betrieb oder den Betrieb des Regelungssystems auf Basis der Wassertemperatur steuern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Luftbehandlungsvorrichtung bevorzugt angepasst, um wahlweise in einem Kühlmodus oder einem Heizmodus betrieben zu werden. Die Raumklimatisierung kann dann unabhängig davon, ob geheizt oder gekühlt werden soll, über dasselbe Gerät erfolgen.
  • Nach der Erfindung ist dementsprechend auch ein Verfahren zum Betreiben einer Luftbehandlungsvorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen, bei dem die Luftbehandlungsvorrichtung wahlweise in einem Kühlmodus oder einem Heizmodus betrieben wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben einer Luftbehandlungsvorrichtung, bei dem die Luftbehandlungsvorrichtung nach einer der obigen Ausführungsformen ausgestaltet ist, in der sie ein Vierwegeventil aufweist, wird das Vierwegeventil mittels einer Magnetspule umgeschaltet. Es wird so ermöglicht, zwischen einem Heizmodus und einem Kühlmodus zu wechseln. Das Vierwegeventil ist bevorzugt so ausgelegt, dass die Magnetspule im Kühlmodus aktiviert ist und im Heizmodus deaktiviert ist. Dabei bezieht sich „aktiviert“ darauf, dass ein Strom durch die Spule fließt und ein Magnetfeld aufbaut. Dieses Magnetfeld wirkt auf den Umschalter des Vierwegeventils und schaltet das Vierwegeventil in den Kühlmodus.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens führt das Regelungssystem zum Aktivieren des Heizmodus die folgenden sequentiellen Schritte aus, wenn es in einem ausgeschalteten Zustand ein vorbestimmtes erstes Aufforderungssignal erhält:
    • - Durchführen einer ersten Wartezeit, in der gewartet wird,
    • - Öffnen des zweiten Magnetventils nach Ablauf der ersten Wartezeit,
    • - Durchführen einer zweiten Wartezeit, in der gewartet wird,
    • - Inbetriebnahme des Kompressors nach Ablauf der zweiten Wartezeit und
    • - Überwachung des Saugdrucks.
  • Das Vierwegeventil befindet sich im deaktivierten Zustand in der Heizmodusstellung, so dass an dieser Stelle keine weiteren Schritte bezüglich des Vierwegeventils unternommen werden müssen. In den Wartezeiten werden keine weiteren Schritte ausgeführt. Bevorzugt beträgt die Dauer der Wartezeiten mindestens 5 Sekunden. Das zweite Magnetventil wird geöffnet, indem ein Strom durch die Magnetspule des zweiten Magnetventils fließt und ein Magnetfeld erzeugt. Das erste Magnetventil bleibt geschlossen. Der Saugdruck wird mittels des Steuerkreises zur Regelung des Saugdrucks überwacht. Die Wartezeiten dienen dem internem Druckausgleich im Kältekreis und vermindern das Risiko von Flüssigkeitsschlägen.
  • In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens führt das Regelungssystem zum Aktivieren des Kühlmodus die folgenden sequentiellen Schritte aus, wenn es in einem ausgeschalteten Zustand ein vorbestimmtes zweites Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten Aufforderungssignal verschieden ist:
    • - Aktivierung der Magnetspule des Vierwegeventils,
    • - Durchführen einer dritten Wartezeit in der gewartet wird,
    • - Öffnen des ersten Magnetventils nach Ablauf der dritten Wartezeit,
    • - Durchführen einer vierten Wartezeit in der gewartet wird,
    • - Inbetriebnahme des Kompressors nach Ablauf der vierten Wartezeit und
    • - Überwachung des Saugdrucks.
  • Bei der Aktivierung des Kühlmodus wird sofort nach Erhalt des Aufforderungssignals ohne gewollte Verzögerung die Magnetspule des Vierwegeventils aktiviert und das Vierwegeventil in den Kühlmodus geschaltet. In den Wartezeiten werden keine weiteren Schritte ausgeführt. Bevorzugt beträgt die Dauer der dritten und vierten Wartezeiten mindestens 5 Sekunden. Das erste Magnetventil wir geöffnet indem ein Strom durch die Magnetspule des ersten Magnetventils fließt und ein Magnetfeld erzeugt. Das zweite Magnetventil bleibt geschlossen. Der Saugdruck wird mittels des Steuerkreises zur Reglung des Saugdrucks überwacht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens führt das Regelungssystem zum Deaktivieren des Heizmodus die folgenden sequentiellen Schritte aus, wenn es in einem eingeschalteten Zustand ein vorbestimmtes drittes Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten und zweiten Aufforderungssignal verschieden ist:
    • - Schließen des zweiten Magnetventils,
    • - Überwachung des Saugdrucks,
    • - Ausschalten des Kompressors, wenn der Saugdruck einen Schwellwert pmin erreicht hat.
  • Das zweite Magnetventil wird geschlossen, indem der Strom, welcher durch die Magnetspule des zweiten Magnetventils fließt, unterbrochen wird. Der Saugdruck wird mittels des Steuerkreises zur Reglung des Saugdrucks überwacht. Bei der Überwachung des Saugdrucks wird ein gemessener Wert laufend mit einem Schwellenwert verglichen. Erreicht der gemessene Wert den Schwelwert pmin , wird der Kompressor ausgeschaltet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens führt das Regelungssystem zum Deaktivieren des Kühlmodus die folgenden sequentiellen Schritte aus, wenn es in einem eingeschalteten Zustand ein vorbestimmtes viertes Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten, zweiten und drittem Aufforderungssignal verschieden ist:
    • - Schließen des ersten Magnetventils,
    • - Überwachung des Saugdrucks,
    • - Ausschalten des Kompressors, wenn der Saugdruck einen Schwellwert pmin erreicht hat,
    • - Deaktivierung der Magnetspule des Vierwegeventils.
  • Das erste Magnetventil wird geschlossen, indem der Strom, welcher durch die Magnetspule des ersten Magnetventils fließt, unterbrochen wird. Der Saugdruck wird mittels des Steuerkreises zur Reglung des Saugdrucks überwacht. Bei der Überwachung des Saugdrucks wird ein gemessener Wert laufend mit einem Schwelwert verglichen. Erreicht der gemessene Wert den Schwelwert pmin wird der Kompressor ausgeschaltet. Sobald der Kompressor ausgeschaltet wird, wird zudem die Magnetspule des Vierwegeventils deaktiviert, also der Strom, welcher durch die Magnetspule floss unterbrochen. Das Vierwegeventil befindet sich im deaktivierten Zustand wieder im Heizmodus.
  • Bevorzugt werden das erste, zweite, dritte und vierte Aufforderungssignal von dem Gebäudemanagementsystem generiert. Das Regelungssystem empfängt die vom Gebäudemanagementsystem generierten Aufforderungssignale über die Schnittstelle und leitet die entsprechenden Schritte ein.
  • Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung im Detail und unter Bezugnahme der Figuren beschrieben.
    • 1 zeigt einen schematischen seitlichen Querschnitt durch das Gehäuse der Luftbehandlungsvorrichtung.
    • 2 zeigt eine Draufsicht auf die Luftbehandlungsvorrichtung.
    • 3 zeigt eine schematische Ansicht der Luftbehandlungsvorrichtung, sowie das Regelungssystem und das Gebäudemanagementsystem im Kühlmodus.
    • 4 zeigt eine schematische Ansicht der Luftbehandlungsvorrichtung, sowie das Regelungssystem und das Gebäudemanagementsystem im Heizmodus.
  • 1 zeigt eine schematische seitliche Ansicht der Luftbehandlungsvorrichtung und ihrer Komponenten. Die Luftbehandlungsvorrichtung weist ein Gehäuse (20) auf, in dem die Komponenten angeordnet sind. Das Gehäuse (20) weist dabei einen unteren Abschnitt (21), der luftdurchlässig ist, und einen oberen Abschnitt (22) auf, der luftundurchlässig ist.
  • Der Kompressor (1) ist mit dem Kältemittelwärmetauscher (3) mittels Kältemittelleitungen verbunden. Der Kältemittelwärmetauscher (3) ist so angeordnet, dass er tiefer liegt als der Kompressor (1). Das erste Magnetventil (5) ist dem ersten Expansionsventil (6) vorgeschaltet. Der Wasserwärmetauscher (2) führt die Wärme an ein Abwärmesystem, wie zum Beispiel ein externes Wassersystem, über Wasserleitungen (14) ab. Das Vierwegeventil (8) ist in dem Gehäuse oberhalb des Kompressors (1) angeordnet. Das Vierwegeventil (8) ermöglicht dem System vom Heizmodus in den Kühlmodus zu wechseln und umgekehrt.
  • 2 zeigt eine Aufsicht auf die Komponenten der Luftbehandlungsvorrichtung von oben. Die Luftbehandlungsvorrichtung ist räumlich in zwei Bereiche getrennt. Der Kältemittel-/Luftwärmetauscher (13) befindet sich zusammen mit dem Lüftungsgebläse (19) im Luftbehandlungsbereich (23). Im Kältekreislaufbereich befindet sich der Kompressor (1), der Kältemittelwärmetauscher (3), die Magnetventile (6, 10), Expansionsventile (6, 11), Rückschlagventile (7, 12) und das Vierwegeventil (8).
  • In dieser Ansicht sind das zweite Magnetventil (10) und das dazugehörige zweite Expansionsventil (11) sichtbar. Das zweite Rückschlagventil (12) ist parallel zum zweiten Magnetventil (10) und dem zweiten Expansionsventil (11) geschaltet. Der Kältemittel-/Luftwärmetauscher (13) ist in der dargestellten Ausführungsform spulenförmig.
  • 3 zeigt schematisch die Luftbehandlungsvorrichtung im Kühlmodus. Das erste Magnetventil (5) ist geöffnet, und die Magnetspule des Vierwegeventils (8) ist aktiviert. Die sich dadurch ergebenden Richtungen der Fluidströmungen sind durch die fetten Pfeile gekennzeichnet. Die Drehzahl des Kompressors (1) wird mittels des Inverter-Drehzahlregelsystem (18) geregelt.
  • Das Gebäudemanagementsystem (BMS) steht in Verbindung mit dem Regelungssystem (BC). Das Gebäudemanagementsystem (BMS) umfasst zudem einen Temperatursensor (15), welcher die Raumtemperatur misst, so dass das Gebäudemanagementsystem und/oder das Regelungssystem bevorzugt auf Basis der Raumtemperatur gesteuert bzw. betrieben werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Abwärme in ein Wassersystem geleitet.
  • Der Wärmetauscher (2) verfügt über Anschlüsse für entsprechende Wasserleitungen (14). Das Wassersystem umfasst unter anderem eine Pumpe (16) und einen Wassertemperatursensor (17). Die Pumpe (16) wird mittels des Gebäudemanagementsystem (BMS) gesteuert, und der Wassertemperatursensor (17) ist ebenfalls an das Gebäudemanagementsystem (BMS) angeschlossen, so dass das Gebäudemanagementsystem bevorzugt auf Basis einer durch den Wassertemperatursensor (17) gemessenen Wassertemperatur in dem Wassersystem gesteuert bzw. betrieben werden kann und beispielsweise das Regelungssystem auf dieser Basis steuern kann.
  • Das Regelungssystem (BC) steuert die Magnetventile (5, 10), das Vierwegeventil (8), die Kompressordrehzahl mittels des Inverter-Drehzahlregelsystem (18), sowie die Geschwindigkeit des Lüftungsgebläses (19). Der Saugdruck am Kompressor (1) wird mittels eines Saugrucksensors (po ) überwacht.
  • 4 zeigt schematisch die Luftbehandlungsvorrichtung im Heizmodus. Das erste Magnetventil (5) ist geschlossen, das zweite Magnetventil (10) ist geöffnet, und die Magnetspule des Vierwegeventils (8) ist deaktiviert. Die sich dadurch ergebenden Richtungen der Fluidströmungen sind wiederum durch die fetten Pfeile gekennzeichnet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kompressor
    2
    Wasserwärmetauscher
    3
    Kältemittelwärmetauscher (Rektifikator)
    4
    Schauglas
    5
    erstes Magnetventil
    6
    erstes Expansionsventil
    7
    erstes Rückschlagventil
    8
    Vierwegeventil
    9
    Filter Dryer
    10
    zweites Magnetventil
    11
    zweites Expansionsventil
    12
    zweites Rückschlagventil
    13
    Kältemittel-/Luftwärmetauscher
    14
    Wasserleitungsanschlüsse
    15
    Temperatursensor
    16
    Pumpe
    17
    Wassertemperatursensor
    18
    Inverter-Drehzahlregelsystem
    19
    Lüftungsgebläse
    20
    Gehäuse
    21
    Unterer Bereich
    22
    Oberer Bereich
    23
    Gehäuse Luftbehandlungsbereich
    24
    Gehäuse Kältekreislaufbereich
    po
    Saugdrucksensor
    pmin
    Unterdruckschalter
    pmax
    Hochdruckschalter
    BMS
    Gebäudemanagementsystem
    BC
    Regelungssystem

Claims (22)

  1. Luftbehandlungsvorrichtung zur Aufbereitung von Luft, die ein Gehäuse (20) aufweist, in dem ein geschlossener Kältemittelkreislauf und ein Luftbehandlungsbereich (23) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) in einen oberen Bereich (22) und einen unteren Bereich (21) eingeteilt ist und der obere Bereich (22) gasundurchlässig ist.
  2. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf einen Kompressor (1), zwei Wärmetauscher (2, 13), von denen mindestens einer ein Kältemittel-/Luftwärmetauscher (13) ist, und mindestens einer ein Wasserwärmetauscher (2) ist, eine oder mehrere Expansionsvorrichtungen (6, 11), mindestens ein erstes Magnetventile (5) sowie ein zweites Magnetventil (10), ein Vierwegeventil (8), ein oder mehrere Rückschlagventile (7, 12), einen oder mehrere Druckschalter (pmin, pmax), einen Saugdrucksensor (po), ein Kältemittel, ein Kältemittelwärmetauscher (3) sowie Kältemittelleitungen umfasst.
  3. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) im unteren Bereich (21) über verschließbare Abflussöffnungen verfügt, die einen Innenraum des Gehäuses (20) mit der Umgebung des Gehäuses verbinden.
  4. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) als Klimakassette ausgestaltet ist.
  5. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) ein Kompressor mit variabler Geschwindigkeit und einem Inverter-Drehzahlregelsystem (18) ist.
  6. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (1) für Drehzahlen von mindestens 100Hz ausgelegt ist.
  7. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittelleitungen unterhalb der Wärmetauscher (2, 13) angeordnet sind, wenn das Gehäuse (20) so angeordnet ist, dass der obere Bereich (22) des Gehäuses (20) nach oben weist.
  8. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel ein natürliches Kältemittel ist, bevorzugt R290 Propan.
  9. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der darauffolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher (2) des Kältemittelkreislaufs ein Wasserwärmetauscher (2) ist, bevorzugt ein Platten-Wasser-Wärmetauscher.
  10. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserwärmetauscher (2) Anschlüsse (14) zum Anschluss an ein Wassersystem aufweist.
  11. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftbehandlungsbereich (23) ein Lüftungsgebläse (19) und den Kältemittel-/Luftwärmetauscher (13) umfasst.
  12. Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungsvorrichtung über ein eingebautes Regelungssystem (BC) verfügt, das eine oder mehrere Komponenten der Luftbehandlungsvorrichtung steuert und/oder überwacht.
  13. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 12, soweit dieser auf Anspruch 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten einen Kompressor (1), ein Vierwegeventil (8), ein Magnetventil (5, 10) und/oder ein Lüftungsgebläse (19) umfassen.
  14. Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (BC) einen Steuerkreis zur Reglung des Saugdrucks umfasst.
  15. Luftbehandlungsvorrichtung nach Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (BC) eine Schnittstelle mit einem Gebäudemanagementsystem (BMS) hat und angepasst ist, um auf ein über die Schnittstelle empfangenes Aufforderungssignal zu reagieren.
  16. Verfahren zum Betreiben einer Luftbehandlungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungsvorrichtung in einem Kühlmodus oder einem Heizmodus betrieben wird.
  17. Verfahren zum Betreiben einer Luftbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 16, soweit dieser auf Anspruch 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierwegeventil (8) mittels einer Magnetspule umgeschaltet wird, und die Magnetspule im Kühlmodus aktiviert ist und im Heizmodus deaktiviert ist.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das Regelungssystem (BC) zum Aktivieren des Heizmodus die folgenden sequentiellen Schritte ausführt, wenn es in einem ausgeschalteten Zustand ein vorbestimmtes erstes Aufforderungssignal erhält: - Durchführen einer ersten Wartezeit, in der gewartet wird, - Öffnen des zweiten Magnetventils (10) nach Ablauf der ersten Wartezeit, - Durchführen einer zweiten Wartezeit, in der gewartet wird, - Inbetriebnahme des Kompressors (1) nach Ablauf der zweiten Wartezeit und - Überwachung des Saugdrucks.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, bei dem das Regelungssystem (BC) zum Aktivieren des Kühlmodus die folgenden sequentiellen Schritte ausführt, wenn es in einem ausgeschalteten Zustand ein vorbestimmtes zweites erstes Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten Aufforderungssignal verschieden ist: - Aktivierung der Magnetspule des Vierwegeventils (8), - Durchführen einer dritten Wartezeit in der gewartet wird, - Öffnen des ersten Magnetventils (5) nach Ablauf der dritten Wartezeit, - Durchführen einer vierten Wartezeit in der gewartet wird, - Inbetriebnahme des Kompressors (1) nach Ablauf der vierten Wartezeit und - Überwachung des Saugdrucks.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das Regelungssystem (BC) zum Deaktivieren des Heizmodus die folgenden sequentiellen Schritte ausführt, wenn es in einem eingeschalteten Zustand ein vorbestimmtes drittes Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten und zweiten Aufforderungssignal verschieden ist: - Schließen des zweiten Magnetventils (10), - Überwachung des Saugdrucks, - Ausschalten des Kompressors (1), wenn der Saugdruck einen Schwellwert pmin erreicht hat.
  21. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem das Regelungssystem (BC) zum Deaktivieren des Kühlmodus die folgenden sequentiellen Schritte ausführt, wenn es in einem eingeschalteten Zustand ein vorbestimmtes viertes Aufforderungssignal erhält, das von dem ersten, zweiten und drittem Aufforderungssignal verschieden ist: - Schließen des ersten Magnetventils (5), - Überwachung des Saugdrucks, - Ausschalten des Kompressors (1), wenn der Saugdruck einen Schwellwert pmin erreicht hat, - Deaktivierung der Magnetspule des Vierwegeventils.
  22. Verfahren gemäß den Ansprüchen 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite, dritte und vierte Aufforderungssignal von dem Gebäudemanagementsystem (BMS) generiert wird.
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