DE102018213274A1 - air conditioning - Google Patents
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Abstract
Klimagerät mit einem Gerätegehäuse 1 mit einer Abluftöffnung 11, Zuluftöffnung 12, Fortluftöffnung 13 und Außenluftöffnung 14, einem Zuluft- und Fortluftventilator 21, 22, im Umluftbetrieb eines Außenluft-Fortluftstromes (AU-FO) und Abluft-Zuluftstromes (AB-ZU) hintereinander und im Außenluftbetrieb des Abluft-Fortluftstromes (AB-FO) und Außenluft-Zuluftstromes (AU-ZU) übereinander angeordneten Kreuzstromwärmetauschern 31, 32 mit in den Strömungswegen des Außenluft-Zuluftstromes (AU-ZU) und des Abluft-Fortluftstromes (AB-FO) angeordneten Wärmetauscher-Bypassklappen 81, 82 zur Übertragung thermischer Energie zwischen den Luftströmen, einer Hybrid-Kälteanlage 5 mit einem Kompressor 50, einem Verdampfer 55 und einem Kondensator 52 sowie einem Wasser/Wasserglycol-Kältemittelwärmetauscher als weiteren Kondensator, einer Nacherwärmungseinrichtung 9, einer Einrichtung zur adiabaten Sprühbefeuchtung 41, 42, Klappen 61 - 64; 71, 72; 81, 82 zur Steuerung der Luftströme und einer Einrichtung zur Regelung der Feuchte und Temperatur zumindest eines Teils der Luftströme.Air conditioning unit with a device housing 1 with an exhaust air opening 11, supply air opening 12, exhaust air opening 13 and outside air opening 14, a supply air and exhaust air fan 21, 22, in recirculation mode of an outside air exhaust air flow (AU-FO) and exhaust air supply air flow (AB-ZU) one after the other and in the outside air operation of the exhaust air exhaust air flow (AB-FO) and outside air supply air flow (AU-ZU) cross-flow heat exchangers 31, 32 arranged one above the other with in the flow paths of the outside air supply air flow (AU-ZU) and the exhaust air exhaust air flow (AB-FO) Heat exchanger bypass flaps 81, 82 for transferring thermal energy between the air streams, a hybrid refrigeration system 5 with a compressor 50, an evaporator 55 and a condenser 52 and a water / water glycol refrigerant heat exchanger as a further condenser, a reheating device 9, a device for adiabatic Spray humidification 41, 42, flaps 61 - 64; 71, 72; 81, 82 for controlling the air flows and a device for regulating the humidity and temperature of at least some of the air flows.
Description
Die Erfindung betrifft ein Klimagerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Klimageräts gemäß Anspruch 10.The invention relates to an air conditioner according to the preamble of claim 1 and a method for operating such an air conditioner according to claim 10.
Für die Klimatisierung von Räumen mit hohen inneren Wärmelasten, die beispielsweise durch elektronische Datenverarbeitungsanlagen, Telefonvermittlungen und dgl. Wärmequellen hervorgerufen werden, sind Klimageräte unabdingbar, um durch Regelung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit in den zu klimatisierenden Räumen die Betriebsbereitschaft dieser Anlagen zu gewährleisten. Wegen des ganzjährig durchgehenden Betriebs der Klimageräte werden weiterhin erhebliche Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit dieser Geräte gestellt, so dass zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei vorrangiger Sicherstellung der Klimatisierung der Räume mit möglichst konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit neben den mechanischen Kühlanlagen mit Kondensatoren, Verdampfern und Wärmerohren eine adiabatische Sprühbefeuchtung zur Kühlung und die freie Kühlung in Abhängigkeit von den anfallenden Wärmelasten in den zu klimatisierenden Räumen und den äußeren Bedingungen genutzt werden.For the air conditioning of rooms with high internal heat loads, which are caused, for example, by electronic data processing systems, telephone exchanges and similar heat sources, air conditioning units are essential to ensure the operational readiness of these systems by regulating the temperature and humidity in the rooms to be air conditioned. Because of the year-round operation of the air conditioning units, considerable demands are still placed on the economy of these units, so that in addition to the mechanical cooling systems with condensers, evaporators and heat pipes, adiabatic spray humidification is used to reduce the energy consumption while primarily ensuring the air conditioning of the rooms with constant temperature and humidity for cooling and free cooling depending on the heat loads in the rooms to be air-conditioned and the external conditions.
Bei der adiabatische Sprühbefeuchtung wird zur Verringerung der Energieaufnahme bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit zur Raumklimatisierung dem Luftstrom zur Absenkung der Raumtemperatur Feuchtigkeit zugesetzt, durch Verdunstung Wärme entzogen und damit ohne Einbeziehung einer Kälteanlage ein Kühleffekt bewirkt. Bei der freien Kühlung wird bei entsprechend niedrigen Außenlufttemperaturen Außenluft als Zuluft direkt dem zu klimatisierenden Raum zugeführt und Abluft zur Fortluft geleitet, gegebenenfalls mit erhöhtem Luftdurchsatz durch Erhöhung der Drehzahl der Ventilatoren.In adiabatic spray humidification, moisture is added to the air flow to lower the room temperature to reduce the energy consumption while maintaining the capacity for air conditioning, heat is removed by evaporation and thus a cooling effect is achieved without the involvement of a refrigeration system. With free cooling, when the outside air temperatures are low, outside air is fed directly into the room to be air-conditioned and exhaust air is routed to the exhaust air, possibly with increased air throughput by increasing the speed of the fans.
In der
Um mit hoher Energieeffizienz in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen im Außenraum eine effektive Temperatur- und Feuchteregelung des Raumes mit hohen Wärmelasten, in dem sich zumindest zeitweise Personen aufhalten, zu gewährleisten, sind ein zweistufiger Gegenstrom-Wärmetauscher zur Übertragung thermischer Energie zwischen einem Außenluft-Fortluftstrom und einem Abluft-Zuluftstrom im Umluftbetrieb des Klimageräts und eine zweistufige adiabatische Sprühbefeuchtungseinrichtung im Strömungsweg des Außenluft-Fortluftstromes vorgesehen, womit eine zweistufige Übertragung thermischer Energie zwischen dem Außenluft-Fortluftstrom und dem Abluft-Zuluftstrom mit einer zweistufigen adiabatischen Sprühbefeuchtung im Strömungsweg des Außenluft-Fortluftstromes und damit eine abgestufte Klimatisierung eines Raumes ermöglicht wird, ohne dass infolge der adiabaten Kühlung des Außenluft-Fortluftstromes die Feuchtigkeit im Abluft-Zuluftstrom erhöht und damit der Feuchtigkeitsgehalt im zu klimatisierenden Raum nachteilig beeinflusst wird. Je nach den klimatischen Bedingungen im Außenraum und den im zu klimatisierenden Raum anfallenden Wärmelasten kann somit unter Einbeziehung des Gegenstrom-Wärmetauschers und/oder der adiabaten Kühlung das Raumklima bei geringem Energieaufwand im Wesentlichen konstant gehalten und eine ausreichende Frischluftzufuhr für im zu klimatisierenden Raum befindliche Personen sichergestellt werden.In order to ensure effective temperature and humidity control of the room with high heat loads, in which people are at least temporarily, with high energy efficiency depending on the climatic conditions in the outdoor area, a two-stage counterflow heat exchanger for transferring thermal energy between an outdoor air and exhaust air flow is required and an exhaust air supply air flow in the recirculation mode of the air conditioning unit and a two-stage adiabatic spray humidification device in the flow path of the outside air exhaust air flow are provided, with which a two-stage transfer of thermal energy between the outside air exhaust air flow and the exhaust air supply air flow with a two-stage adiabatic spray humidification in the flow path of the outside air exhaust air flow This enables a graduated air conditioning of a room without the moisture in the exhaust air supply air flow being increased due to the adiabatic cooling of the outside air exhaust air flow and thus the humidity content in the room to be air-conditioned is adversely affected. Depending on the climatic conditions in the outside space and the heat loads occurring in the room to be air-conditioned, the room climate can be kept essentially constant with little energy consumption, including the counterflow heat exchanger and / or the adiabatic cooling, and an adequate fresh air supply for people in the room to be air-conditioned can be ensured become.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimagerät der eingangs genannten Art anzugeben, das mit geringem Herstellungsaufwand und hoher Energieeffizienz in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen im Außenraum eine effektive Temperatur- und Feuchteregelung eines Raumes mit hohen Wärmelasten, in dem sich zumindest zeitweise Personen aufhalten, gewährleistet und ganzjährig mit größtmöglicher Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann.It is an object of the present invention to provide an air conditioner of the type mentioned at the outset which, with little production outlay and high energy efficiency as a function of the climatic conditions in the outside space, provides effective temperature and humidity control in a room with high thermal loads, in which people are at least temporarily guaranteed and can be operated all year round with the greatest possible economy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein Klimagerät bereit, das mit hoher Energieeffizienz in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen im Außenraum eine effektive Temperatur- und Feuchteregelung eines Raumes mit hohen Wärmelasten, in dem sich zumindest zeitweise Personen aufhalten, ermöglicht und ganzjährig mit größter Wirtschaftlichkeit betrieben werden kann, da im Umluftbetrieb des Außenluft-Fortluftstromes und Abluft-Zuluftstromes hintereinander und im Außenluftbetrieb des Abluft-Fortluftstromes und Außenluft-Zuluftstromes nebeneinander angeordnete Kreuzstromwärmetauscher mit in den Strömungswegen des Außenluft-Zuluftstromes und des Abluft-Fortluftstromes Wärmetauscher-Bypassklappen angeordnet sind.The solution according to the invention provides an air conditioner which, with high energy efficiency as a function of the climatic conditions in the outside space, enables effective temperature and humidity control of a room with high heat loads, in which people are at least temporarily, and which can be operated all year round with great economy, since in the recirculation mode of the outside air exhaust air flow and exhaust air supply air flow one behind the other and in the outside air operation of the exhaust air exhaust air flow and outside air supply air flow arranged side by side Cross-flow heat exchangers with heat exchanger bypass flaps are arranged in the flow paths of the outside air supply air flow and the exhaust air exhaust air flow.
Vorzugsweise sind an den Luftauslässen eines ersten Kreuzstromwärmetauschers nebeneinander und voneinander getrennt angeordnete erste und zweite Zuluft-Bypassklappen und an den Luftauslässen eines zweiten Kreuzstromwärmetauschers nebeneinander und voneinander getrennt angeordnete erste und zweite Fortluft-Bypassklappen angeordnet, über die im Umluftbetrieb der Außenluft-Fortluftstrom und der Abluft-Zuluftstrom, im Umluftbetrieb zur gesteuerten Beimischung von Außenluft in den Abluft-Zuluftstrom und Abluft in den Außenluft-Fortluftstrom und im Außenluftbetrieb zur freien Kühlung der Außenluft-Zuluftstrom und der Abluft-Fortluftstrom geführt werden, um die gewünschte Luftfeuchtigkeit und Temperatur im zu klimatisierenden Raum einzustellen. Dabei ist die erste Zuluft-Bypassklappe in Strömungsrichtung des Abluft-Zuluftstromes hinter einem ersten Ausgang des ersten Kreuzstromwärmetauschers, die erste Fortluft-Bypassklappe in Strömungsrichtung des Außenluft-Fortluftstromes hinter einem die zweite Wärmetauscher-Bypassklappe aufweisenden ersten Ausgang des zweiten Kreuzstromwärmetauschers, die zweite Zuluft-Bypassklappe in Strömungsrichtung des Abluft-Zuluftstromes hinter einem zweiten Ausgang des ersten Kreuzstromwärmetauschers und die zweite Fortluft-Bypassklappe in Strömungsrichtung des Außenluft-Fortluftstromes hinter einem zweiten Ausgang des zweiten Kreuzstromwärmetauschers angeordnet.Preferably, first and second supply air bypass flaps are arranged next to one another and separately from one another at the air outlets of a first cross-flow heat exchanger, and first and second exhaust air bypass flaps are arranged next to one another and separately from one another at the air outlets of a second cross-flow heat exchanger, via which, in recirculating air operation, the outside air exhaust air flow and the exhaust air - Supply air flow, in recirculation mode for the controlled admixture of outside air in the extract air supply air flow and extract air in the outside air exhaust air flow and in outside air operation for free cooling of the outside air supply air flow and the extract air exhaust air flow in order to achieve the desired humidity and temperature in the room to be air-conditioned adjust. The first supply air bypass flap is in the flow direction of the exhaust air supply air flow behind a first outlet of the first cross-flow heat exchanger, the first exhaust air bypass flap in the flow direction of the outside air exhaust air flow is behind a first outlet of the second cross-flow heat exchanger having the second heat exchanger bypass flap, the second supply air Bypass valve in the flow direction of the exhaust air supply air flow behind a second outlet of the first cross-flow heat exchanger and the second exhaust air bypass valve in the flow direction of the outside air exhaust air flow is arranged behind a second outlet of the second cross-flow heat exchanger.
Eine den Außenluft-Fortluftstrom an dem ersten und zweiten Kreuzstromwärmetauscher vorbeileitende erste Bypassklappe zwischen der Abluftöffnung und der Zuluftöffnung des Gerätegehäuses und eine den Abluft-Zuluftstrom an dem ersten und zweiten Kreuzstromwärmetauscher vorbeileitende zweite Bypassklappe zwischen der Außenluftöffnung und der Fortluftöffnung des Gerätegehäuses ermöglichen eine Rückkühlung des Abluft-Zuluftstromes unter Umgehung der Kreuzstromwärmetauscher und gewährleisten eine Reduktion des Druckverlustes infolge der Umgehung der Luftströmung durch die Kreuzstromwärmetauscher bei geringer Rückkühlwirkung mit und ohne mechanischen Kühlung des Abluft-Zuluftstromes durch bedarfsweise Aktivierung der mechanischen Kühlung.A first bypass flap passing the outside air exhaust air flow past the first and second crossflow heat exchangers between the exhaust air opening and the supply air opening of the device housing and a second bypass flap passing the exhaust air supply air flow past the first and second crossflow heat exchangers between the outside air opening and the exhaust air opening of the device housing enable recooling -Air air flow bypassing the cross-flow heat exchanger and ensure a reduction in pressure loss due to the bypassing of the air flow through the cross-flow heat exchanger with little recooling effect with and without mechanical cooling of the exhaust air supply air flow by activating the mechanical cooling if necessary.
Eine einstufige direkte adiabatische Sprühbefeuchtung im Strömungsweg des Abluftstromes vor dem Einlass des zweiten Kreuzstromwärmetauschers und eine zweistufige indirekte adiabatische Sprühbefeuchtung im Strömungsweg des Außenluft-Fortluftstromes zwischen dem Auslass des ersten Kreuzstromwärmetauschers und dem Einlass des zweiten Kreuzstromwärmetauschers ermöglicht eine thermodynamische Behandlung der Luftströme mittels einer sehr effizienten und Energie sparenden adiabatischen Kühlung zur Befeuchtung und Vorkühlung des Abluftstromes bei gegenüber der Zulufttemperatur hoher Außenlufttemperatur.A one-step direct adiabatic spray humidification in the flow path of the exhaust air flow before the inlet of the second cross-flow heat exchanger and a two-stage indirect adiabatic spray humidification in the flow path of the outside air exhaust air flow between the outlet of the first cross-flow heat exchanger and the inlet of the second cross-flow heat exchanger enables a thermodynamic treatment of the air flows by means of a very efficient Energy-saving adiabatic cooling for humidifying and pre-cooling the exhaust air flow when the outside air temperature is high compared to the supply air temperature.
Durch die Anordnung der Abluftöffnung und der Zuluftöffnung einerseits und der Fortluftöffnung und Außenluftöffnung andererseits jeweils auf einer Seite des Gerätegehäuses sowie der Abluftöffnung oberhalb der Zuluftöffnung und der Fortluftöffnung oberhalb der Außenluftöffnung eignet sich das Klimagerät zum Einsatz in Rechenanlagen, da die Zuluftöffnung des Gerätegehäuses so positioniert werden kann, dass sie, dass sie in den Zwischenraum eines elektrische und elektronische Geräte aufnehmenden Doppelbodens mündet. Dadurch ist eine optimale Anbindung des Klimagerätes an die Gegebenheiten eines Rechenzentrums möglich, indem auf der einen Seite des Klimagerätes warme Luft aus dem oberen Bereich des zu klimatisierenden Raumes abgeführt, direkt in den oberen Bereich des Klimagerätes eingeleitet und dort aufbereitet und dann im unteren Bereich wieder dem zu klimatisierenden Raum dort zugeführt wird, wo üblicherweise ein Doppelboden zur Aufnahme von Kühlluft aus dem Doppelboden ansaugenden elektrischen und elektronischen Geräte aufgebaut ist. Auf der anderen Seite des Klimagerätes wird im unteren Bereich Außenluft zur Rückkühlung angesaugt und im oberen Bereich als erwärmte Fortluft vom Klimagerät an den Außenraum abgegeben.Due to the arrangement of the exhaust air opening and the supply air opening on the one hand and the exhaust air opening and outside air opening on the other side on each side of the device housing and the exhaust air opening above the supply air opening and the exhaust air opening above the outside air opening, the air conditioner is suitable for use in computer systems because the supply air opening of the device housing is positioned in this way can that it that it opens into the space of a raised floor that accommodates electrical and electronic devices. This enables the air conditioner to be optimally connected to the conditions of a data center by removing warm air from the upper area of the room to be air-conditioned on one side of the air conditioner, introducing it directly into the upper area of the air conditioner and processing it there and then again in the lower area the room to be air-conditioned is supplied where a raised floor for receiving cooling air from the raised floor electrical and electronic devices is usually built. On the other side of the air conditioner, outside air is sucked in for lower cooling in the lower area and discharged as heated exhaust air from the air conditioner to the outside area in the upper area.
Die mechanische Kühlung bzw. Entfeuchtung kann mit einer konventionellen Kälteanlage mit einem Verdampfer, Kompressor und Kondensator sowie einem weiteren, zur Erwärmung der Zuluft bei Entfeuchtung dienenden Kondensator oder einem Kombiregister als Reheat vor der Zuluftöffnung erfolgen. Alternativ kann eine Hybrid-Kälteanlage mit einem Kondensator, einem Kaltwasserregister und einem Warmwasserregister oder einem Kombiregister als Reheat zur Erwärmung der Zuluft bei Entfeuchtung sowie einem Kaltwasser- und Warmwasserkreislauf vorgesehen werden, die über einen Kaltwasser- und einen Warmwasserwärmetauscher in den mit dem Kondensator und einem Kompressor verbundenen Kältemittelkreislauf eingebunden sindMechanical cooling or dehumidification can be carried out using a conventional refrigeration system with an evaporator, compressor and condenser, as well as a further condenser for heating the supply air during dehumidification, or a combination register as a reheat in front of the supply air opening. Alternatively, a hybrid refrigeration system with a condenser, a cold water register and a hot water register or a combination register as a reheat for heating the supply air during dehumidification as well as a cold water and hot water circuit can be provided, which have a cold water and a hot water heat exchanger in the with the condenser and a Compressor-connected refrigerant circuit are integrated
Zur Feuchteregelung und mechanischen Kühlung oder Nachkühlung sind in dem von der Außenluftöffnung zur Zuluftöffnung gerichteten Strömungsweg hinter dem ersten Kreuzstromwärmetauscher der Verdampfer einer Kälteanlage oder das Kaltwasserregister einer Hybrid-Kälteanlage, der Zuluftventilator und eine Nacherwärmungseinrichtung als Kondensator einer Kälteanlage oder als Warmwasserregister einer Hybrid Kälteanlage, vorzugsweise unmittelbar vor der Zuluftöffnung. Zwischen dem zweiten Kreuzstromwärmetauscher und der Fortluftöffnung sind der Fortluftventilator und der Kondensator der Kälteanlage angeordnet.For moisture control and mechanical cooling or post-cooling, the evaporator of a refrigeration system or the cold water register of a hybrid refrigeration system, the supply air fan and a reheating device as a condenser of a refrigeration system or as hot water register of a hybrid refrigeration system are preferably in the flow path directed from the outside air opening to the supply air opening behind the first cross-flow heat exchanger immediately before the supply air opening. The exhaust air fan and the condenser of the refrigeration system are arranged between the second cross-flow heat exchanger and the exhaust air opening.
Da im Zuge des Klimawandels und der Reduzierung des Treibhauspotentials ein Ausstieg aus Kältemitteln mit fluorierten Kohlenwasserstoffen gefordert wird, die ein direktes Treibhauspotential (GWP - Global Warming Potential) von 2500 und höher haben, die alternativen Kältemittel mit niedrigem GWP jedoch leicht brennbar sind, sind bei Klimageräten mit integrierter Kälteanlage Vorkehrungen zu treffen, die bei einer Leckage der Kälteanlage eine Gefährdung von Geräten und Personen in den zu klimatisierenden Räumen ausschließen. Since in the course of climate change and the reduction of the greenhouse potential, an exit from refrigerants with fluorinated hydrocarbons is required, which have a direct global warming potential (GWP - Global Warming Potential) of 2500 and higher, but the alternative refrigerants with low GWP are easily combustible Air conditioning units with an integrated refrigeration system must take precautions that, in the event of a leak in the refrigeration system, rule out any risk to devices and persons in the rooms to be air-conditioned.
Eine weiterführende Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Klimagerät der eingangs genannten Art anzugeben, das bei hoher Energieeffizienz ein Höchstmaß an Betriebssicherheit unter Einhaltung regulatorischer Vorgaben gewährleistet.A further object of the present invention is therefore to provide an air conditioner of the type mentioned at the outset which, with high energy efficiency, ensures the highest level of operational safety while complying with regulatory requirements.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zumindest der Kondensator und die das Kältemittel führenden Teile der Hybrid-Kälteanlage, vorzugsweise aber die gesamte Hybrid-Kälteanlage, zwischen dem Fortluftventilator und der Fortluftöffnung angeordnet sind.This object is achieved in that at least the condenser and the parts of the hybrid refrigeration system carrying the refrigerant, but preferably the entire hybrid refrigeration system, are arranged between the exhaust air fan and the exhaust air opening.
Durch diese Anordnung der Hybrid-Kälteanlage wird unter Einhaltung regulatorischer Vorgaben ein Höchstmaß an Effizienz und Betriebssicherheit gewährleistet, indem die Kühlung des Zuluftstromes mit Kaltwasser, einem Kaltwasser/Frostschutzgemisch oder Sole erfolgt, die mit der auf der Fortluftseite angeordneten, das Kältemittel führenden Teile der Hybrid-Kälteanlage erzeugt werden, so dass einerseits mit dem Einsatz eines Kältemittels ein effizienter Wärmeaustausch ermöglicht, gleichzeitig aber sichergestellt wird, dass bei einer Leckage oder Havarie das Kältemittel über die Fortluft ausgeblasen wird, während andererseits auf der Zuluftseite ein Kaltwasserregister ganzjährig eine effiziente Kühlung der Zuluft gewährleistet. Eine auf der Fortluftseite installierte Überwachungseinrichtung kann darüber hinaus bei einer Leckage oder Havarie einen optischen und/oder akustischen Alarm abgeben.This arrangement of the hybrid refrigeration system ensures maximum efficiency and operational safety in compliance with regulatory requirements by cooling the supply air flow with cold water, a cold water / antifreeze mixture or brine, which is arranged with the parts of the hybrid that carry the refrigerant on the exhaust air side -Refrigeration system are generated so that, on the one hand, the use of a refrigerant enables efficient heat exchange, but at the same time it ensures that the refrigerant is blown out via the exhaust air in the event of a leak or accident, while, on the other hand, a cold water register on the supply air side ensures efficient cooling of the supply air all year round guaranteed. A monitoring device installed on the exhaust air side can also emit an optical and / or acoustic alarm in the event of a leak or accident.
Die Hybrid-Kälteanlage enthält
- - mindestens einen Kompressor, der über eine ein Kältemittel führende Kältemittelleitung mit einem Kondensator verbunden ist,
- - einen die Kältemittelleitung mit einer Kaltwasserleitung thermisch koppelnden Kaltwasserwärmetauscher als Verdampfer, der über die Kaltwasserleitung mit dem Kaltwasserregister im Strömungsweg des Zuluftstromes verbunden ist, wobei der Verdampfer und die das Kältemittel führenden Teile der Hybrid-Kälteanlage im Strömungsweg des Fortluftstromes angeordnet sind, und
- - einen Warmwasserwärmetauscher als zusätzlichen Kondensator, der über eine Warmwasserleitung mit dem im Strömungsweg des Zuluftstromes angeordneten Warmwasserregister als Nacherwärmungseinrichtung verbunden ist.
- at least one compressor which is connected to a condenser via a refrigerant line carrying a refrigerant,
- - A cold water heat exchanger thermally coupling the refrigerant line with a cold water line as an evaporator, which is connected via the cold water line to the cold water register in the flow path of the supply air flow, the evaporator and the parts of the hybrid refrigeration system carrying the coolant being arranged in the flow path of the exhaust air flow, and
- - A hot water heat exchanger as an additional condenser, which is connected via a hot water pipe to the hot water register arranged in the flow path of the supply air flow as a reheating device.
Alle Komponenten der Kälteanlage sind im Klimagerätegehäuse integriert.All components of the refrigeration system are integrated in the air conditioner housing.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration eines Klimagerätes ermöglicht einen Betrieb des Klimagerätes bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und Sollwerten der Temperatur, der relativen Feuchte und des CO2-Gehalts der Luft im zu klimatisierenden Raum mit den Merkmalen der Ansprüche 16 bis 29.The configuration of an air conditioner described above enables operation of the air conditioner under different ambient conditions and setpoints of the temperature, the relative humidity and the CO 2 content of the air in the room to be air-conditioned with the features of
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sollen zum besseren Verständnis der Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Klimagerätes dessen Konfiguration sowie mehrere Betriebszustände für unterschiedliche Umgebungsbedingungen und Sollwerte der Temperatur und Luftfeuchtigkeit im zu klimatisierenden Raum erläutert werden. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Klimageräts mit einem Gerätegehäuse mit Außenluft-, Zuluft-, Abluft- und Fortluftanschlüssen, einem Fortluft- und Zuluftventilator, Kreuzstromwärmetauschern, adiabatischen Sprühbefeuchtungseinrichtungen, einem Kondensator, einem Kaltwasserregister oder Verdampfer und einer als Warmwasserregister, Kondensator oder Kombiregister ausgebildeten Nacherwärmungseinrichtung, sowie Klappen zur Steuerung der Luftströme; -
2 das Klimagerät gemäß1 mit einer Hybrid-Kälteanlage mit einem Kompressor und einem Kaltwasser- und Warmwassertauscher, an die der Kondensator, das Kaltwasserregister und die Nacherwärmungseinrichtung angeschlossen sind und -
3 bis11 in das Klimagerät gemäß1 eingetragene Luftströme zur Klimatisierung eines Raumes bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und Sollwerten der Temperatur und Luftfeuchtigkeit im zu klimatisierenden Raum.
-
1 a schematic representation of an air conditioner with a device housing with outside air, supply air, exhaust air and exhaust air connections, an exhaust air and supply air fan, cross-flow heat exchangers, adiabatic spray humidification devices, a condenser, a cold water register or evaporator and a reheating device designed as a hot water register, condenser or combination register, and Flaps for controlling air flows; -
2 the air conditioner according to1 with a hybrid refrigeration system with a compressor and a cold water and hot water exchanger, to which the condenser, the cold water register and the reheating device are connected and -
3 to11 according to the air conditioner1 Air flows entered to air-condition a room under different environmental conditions and setpoints of temperature and humidity in the room to be air-conditioned.
Das schematisch in
Aus dieser Anordnung der Gehäuseöffnungen ergeben sich im Umluftbetrieb des Klimageräts zwei Haupt-Strömungswege, von denen der Außenluft-Fortluftstrom
Das Klimagerät weist mehrere Aggregate zur Luftstromerzeugung und thermodynamischen Luftbehandlung sowie mehrere steuerbare Klappen auf, durch die verschiedene Luftströmungen erzeugt, bezüglich ihrer Temperatur und ihres Feuchtegehaltes behandelt, gefiltert und im Umluftbetrieb als Außenluft-Fortluftstrom
Die Aggregate zur Luftstromerzeugung bestehen aus einem nahe der Zuluftöffnung
Die Aggregate zur thermodynamischen Luftbehandlung bestehen aus
- - den je nach Betriebsart hintereinander geschalteten bzw. übereinander angeordneten ersten und
zweiten Kreuzstromwärmetauschern 31 ,32 , in denen im Umluftbetrieb ein Energieaustausch zwischen dem Abluft-ZuluftstromAB-ZU und dem Außenluft-FortluftstromAU-FO stattfindet, während im Außenluftbetrieb zur freien Kühlung mit und ohne Zuschaltung der mechanischen Kühlung mittels des Verdampfers und Kondensators einer Kälteanlage bzw. einesKaltwasserregister 51 undKondensators 52 einer Hybrid-Kälteanlage 5 der Außenluft-ZuluftstromAU-ZU sowie der Abluft-FortluftstromAB-FO über Bypassklappen durch den ersten undzweiten Kreuzstromwärmetauscher 31 ,32 ohne Energieaustausch geleitet werden, - - dem im Strömungsweg des Abluft-Zuluftstromes
AB-ZU bzw. Außenluft-ZuluftstromAU-ZU angeordneten Verdampfer der Kälteanlage oderKaltwasserregister 51 der Hybrid-Kälteanlage 5 und dem im Strömungsweg des Außenluft-FortluftstromAU-FO bzw. Abluft-FortluftstromAB-FO angeordneten Kondensator 52 der Kälteanlage bzw. Hybrid-Kälteanlage 5 , - - der als Warmwasserregister, Kondensator oder Kombiregister als Reheat bei Entfeuchtung
ausgebildeten Nacherwärmungseinrichtung 9 zur Nacherwärmung und genauen Feuchte- und Temperaturregelung der ZuluftZU , - -
adiabatischen Sprühbefeuchtungseinrichtungen 41 ,42 , mit denen eine adiabate Kühlung durch Versprühen und/oder Verdunsten von Wasser erfolgt, wobei eine einstufige direkteadiabatische Sprühbefeuchtungseinrichtung 41 vor einem Eingang desersten Kreuzstromwärmetauschers 31 in Strömungsrichtung des Abluft-ZuluftstromesAB-ZU und eine zweistufige indirekteadiabatische Sprühbefeuchtungsstufe 42 zwischen einem Ausgang desersten Kreuzstromwärmetauschers 31 und einem Eingang deszweiten Kreuzstromwärmetauschers 32 in Strömungsrichtung des Außenluft-FortluftstromesAU-FO angeordnet ist und - - einem im Strömungsweg des Abluft-Zuluftstromes
AB-ZU hinter derAbluftöffnung 11 angeordneten Abluftfilter 15 sowie einem im Strömungsweg des Außenluft-FortluftstromesAU-FO hinter derAußenluftöffnung 14 angeordneten Außenluftfilter 16 .
- - The first and second cross-flow heat exchangers connected in series or one above the other depending on the operating
mode 31 .32 , in which an exchange of energy between the exhaust air supply air flow in recirculation modeDOWN TO and the outside air exhaust air flowAU-FO takes place during outdoor air operation for free cooling with and without switching on the mechanical cooling by means of the evaporator and condenser of a refrigeration system or acold water register 51 and capacitor52 ahybrid refrigeration system 5 the outside air supply air flowAU-TO and the exhaust air exhaust air flowAB FO via bypass flaps through the first and secondcross-flow heat exchangers 31 .32 conducted without energy exchange, - - That in the flow path of the exhaust air supply air flow
DOWN TO or outside air supply air flowAU-TO arranged evaporator of the refrigeration system orcold water register 51 thehybrid refrigeration system 5 and that in the flow path of the outside air exhaust air flowAU-FO or exhaust air exhaust air flowAB FO arrangedcapacitor 52 the refrigeration system orhybrid refrigeration system 5 . - - The reheating device designed as a hot water register, condenser or combination register as a reheat for
dehumidification 9 for reheating and precise humidity and temperature control of the supply airTO . - -
adiabatic spray humidifiers 41 .42 , with which adiabatic cooling takes place by spraying and / or evaporation of water, with a single-stage direct adiabaticspray humidification device 41 in front of an entrance of the firstcross-flow heat exchanger 31 in the flow direction of the exhaust air supply air flowDOWN TO and a two-stage indirect adiabaticspray humidification stage 42 between an outlet of the firstcross-flow heat exchanger 31 and an input of the secondcross-flow heat exchanger 32 in the flow direction of the outside air exhaust air flowAU-FO is arranged and - - one in the flow path of the exhaust air supply air flow
DOWN TO behind theexhaust vent 11 arrangedexhaust air filter 15 and one in the flow path of the outside air exhaust air flowAU-FO behind theoutside air opening 14 arranged outsideair filter 16 ,
Zur Steuerung der Luftströme im Klimagerät ist eine Zuluftklappe
Zur Verringerung des Luftdurchsatzes durch bzw. zum Umfahren des ersten und zweiten Kreuzstromwärmetauschers
An dem einen Eingang des ersten Kreuzstromwärmetauschers
Die Hybrid-Kälteanlage
Da die Hybrid-Kälteanlage
Der optional vorgesehene und einen Teil der Kondensationswärme auskoppelnde Warmwasserwärmetauscher
In den schematischen Darstellungen der
Mit dem in den
- - im Umluftbetrieb wird ein Außenluftstrom
AU über die Außenluftöffnung14 des Gerätegehäuses1 angesaugt und als Außenluft-FortluftstromAU-FO über- -
den ersten Kreuzstromwärmetauscher 31 , - - die optional aktivierbare zweistufige indirekte adiabatische Sprühbefeuchtung
42 zur adiabaten Kühlung des Außenluft-FortluftstromesAU-FO , - -
den zweiten Kreuzstromwärmetauscher 32 und, - -
den Kondensator 52 der optional aktivierbaren Hybrid-Kälteanlage 5 als FortluftstromFO über die Fortluftöffnung13 des Gerätegehäuses1 und
AB über dieAbluftöffnung 11 des Gerätegehäuses1 angesaugt und als Abluft-ZuluftstromAB-ZU - - entgegen der Strömungsrichtung des Außenluft-Fortluftstromes
AU-FO durch den ersten und zweiten Kreuzstromwärmetauscher31 ,32 , - -
das Kaltwasserregister 51 der optional aktivierbaren Hybrid-Kälteanlage 5 zum Herunterkühlen des ZuluftstromesZU , der mittels der Erwärmungs- und/oder Entfeuchtungseinrichtung 9 oder der über die erste Umluft-Bypassklappe 71 beigemischten warmen AbluftAB konditioniert, d.h. bezüglich der Feuchtigkeit und Temperatur eingestellt, als ZuluftstromZU über die Zuluftöffnung12 des Gerätegehäuses1 an den zu klimatisierenden Raum abgegeben wird,
Kälteanlage 5 ein AußenluftstromAU über die Außenluftöffnung14 des Gerätegehäuses1 angesaugt und als ZuluftstromZU über - -
- -
den ersten Kreuzstromwärmetauscher 31 bei geöffneter erster Wärmetauscher-Bypassklappe 81 , - - die Zuluft-
Bypassklappe 62 und - -
das Kaltwasserregister 51 der optional aktivierbaren Hybrid-Kälteanlage 5 zum Herunterkühlen des ZuluftstromesZU , der mittels der Erwärmungs- und/oder Entfeuchtungseinrichtung 9 oder der über die erste Umluft-Bypassklappe 71 beigemischten warmen AbluftAB konditioniert, d.h. bezüglich der Feuchtigkeit und Temperatur eingestellt und als ZuluftstromZU über die Zuluftöffnung12 des Gerätegehäuses1 an den zu klimatisierenden Raum abgegeben wird, wobei
- -
den zweiten Kreuzstromwärmetauscher 32 , - - die Fortluft-
Bypassklappe 64 und - -
den Kondensator 52 der optional aktivierten Hybrid-Kälteanlage 5 und über dieFortluftöffnung 13 des Gerätegehäuses1 an die Umgebung abgegeben wird,
- - In recirculation mode, there is an outside air flow
AU via the outside air opening14 of the device housing1 sucked in and as outside air exhaust air flowAU-FO about- - the first
cross-flow heat exchanger 31 . - - The optionally activatable two-stage indirect
adiabatic spray humidification 42 for adiabatic cooling of the outside air exhaust air flowAU-FO . - - The second
cross-flow heat exchanger 32 and, - - the
capacitor 52 the optionally activatedhybrid refrigeration system 5 as exhaust air flowFO via the exhaust air opening13 of the device housing1 and
FROM via the exhaust air opening11 of the device housing1 sucked in and as exhaust air supply air flowDOWN TO - - against the flow direction of the outside air exhaust air flow
AU-FO through the first and secondcross-flow heat exchangers 31 .32 . - - the
cold water register 51 the optionally activatedhybrid refrigeration system 5 to cool down the supply air flowTO by means of the heating and / ordehumidifying device 9 or via the first circulatingair bypass flap 71 mixed warm exhaust airFROM conditioned, ie adjusted with regard to humidity and temperature, as supply air flowTO via thesupply air opening 12 of the device housing1 is given to the room to be air-conditioned,
5 an outside air flowAU via the outside air opening14 of the device housing1 sucked in and as supply air flowTO about - - the first
- - the first
cross-flow heat exchanger 31 when the first heat exchanger bypass flap is open81 . - - the supply
air bypass flap 62 and - - the
cold water register 51 the optionally activatedhybrid refrigeration system 5 to cool down the supply air flowTO by means of the heating and / ordehumidifying device 9 or via the first circulatingair bypass flap 71 mixed warm exhaust airFROM conditioned, ie adjusted with regard to humidity and temperature and as supply air flowTO via thesupply air opening 12 of the device housing1 is given to the room to be air-conditioned, whereby
- - The second
cross-flow heat exchanger 32 . - - the exhaust
air bypass flap 64 and - - the
capacitor 52 the optionally activatedhybrid refrigeration system 5 and through the exhaust air opening13 of the device housing1 is released to the environment
Daraus ergeben sich die in den
In den schematischen Darstellungen der
In den
Der eine Ablufttemperatur
Die in
Zur Regelung der Zulufttemperatur Tzu kann auch der über die Fortluftöffnung
Bei dem in
Der über die Außenluftöffnung
Der im ersten Kreuzstromwärmetauscher
Bei dem in
Bei dieser Betriebsweise wird wegen der korrekten Abluftfeuchte auf eine adiabate Kühlung des Abluft-Zuluftstromes
Bei dem in
Der mittels der einstufigen direkten adiabatischen Sprühbefeuchtung
Bei dem in
Die über die Außenluftöffnung
Eine weitere Variante bei einer Abweichung des Istwertes der Zulufttemperatur Tzu von deren Sollwert besteht darin, die Drehzahl des Fortluftventilators
Bei dem in
Zur Reduktion des Druckverlustes bei geringer Rückkühlwirkung können der Abluft-Zuluftstrom
Bei sehr hoher Außentemperatur kann alternativ der Außenluft-Fortluftstrom
Bei Außenlufttemperaturen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gerätegehäusedevice housing
- 99
- Nacherwärmungseinrichtung (Warmwasserregister, Kondensator, Kombiregister als Reheat bei Entfeuchtung)Reheating device (hot water register, condenser, combination register as reheat for dehumidification)
- 1111
- Abluftöffnungexhaust vent
- 1212
- Zuluftöffnungair intake opening
- 1313
- FortluftöffnungExhaust air opening
- 1414
- AußenluftöffnungOutside air opening
- 1515
- Abluftfilterexhaust filter
- 1616
- AußenluftfilterOutside air filter
- 2121
- Zuluftventilatorsupply air fan
- 2222
- FortluftventilatorExhaust fan
- 3131
- erster Kreuzstromwärmetauscherfirst cross-flow heat exchanger
- 3232
- zweiter Kreuzstromwärmetauschersecond cross-flow heat exchanger
- 4141
- einstufige direkte adiabatische Sprühbefeuchtungsingle-stage direct adiabatic spray humidification
- 4242
- zweistufige indirekte adiabatische Sprühbefeuchtungtwo-stage indirect adiabatic spray humidification
- 5050
- Kompressorcompressor
- 5151
- KaltwasserregisterCold water coil
- 5252
- Kondensatorcapacitor
- 5353
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 5454
- Drosselventilthrottle valve
- 5555
- Kaltwasserwärmetauscher als VerdampferCold water heat exchanger as an evaporator
- 5656
- KaltwasserleitungCold water line
- 5757
- KaltwasserpumpeCold water pump
- 5858
- KaltwasserreservoirCold water reservoir
- 6161
- Zuluftklappeinlet flap
- 6262
- Zuluft-BypassklappeSupply air bypass valve
- 6363
- FortluftklappeExhaust air damper
- 6464
- Fortluft-BypassklappeFort air bypass valve
- 71, 7271, 72
- erste und zweite Umluft-Bypassklappefirst and second circulating air bypass flap
- 81, 8281, 82
- erste und zweite Wärmetauscher-Bypassklappefirst and second heat exchanger bypass flap
- 9090
- Warmwasserwärmetauscher als KondensatorHot water heat exchanger as a condenser
- 9191
- WarmwasserleitungHot water pipe
- 9292
- WarmwasserpumpeWarm water pump
- 9393
- WarmwasserreservoirHot water reservoir
- ABFROM
- Abluftstromexhaust air flow
- AUAU
- AußenluftstromOutside air flow
- FOFO
- FortluftstromFort airflow
- ZUTO
- Zuluftstromsupply air flow
- AB-FOAB FO
- Abluft-FortluftstromOutward exhaust air flow
- AB-ZU DOWN TO
- Abluft-ZuluftstromExhaust-supply air flow
- AU-FOAU-FO
-
Außenluft-Fortluftstrom
AU-ZU Außenluft-ZuluftstromOutside air exhaust air streamAU-TO Outside air supply air flow - AB'FROM'
- Teil des Abluft-ZuluftstromesPart of the exhaust air supply air flow
- AU'AU '
- Teil des Außenluft-FortluftstromPart of the outside air exhaust air flow
- ABBABB
- Teil des AbluftstromesPart of the exhaust air flow
- TAU T AU
- AußenlufttemperaturOutside air temperature
- TZU T CLOSE
- Zulufttemperatursupply air temperature
- TFO T FO
- FortlufttemperaturExhaust air temperature
- TAB T AB
- Ablufttemperaturexhaust air temperature
- TW1 - TW3 T W1 - T W3
- Wärmetauscher-TemperaturenHeat exchanger temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102017202250 A1 [0004]DE 102017202250 A1 [0004]
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-
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