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Stand der Technik
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Es gibt bereits Klimatisierungssysteme zum Klimatisieren, insbesondere Kühlen, zumindest eines Raums, mit einem Fluidkreislaufsystem zum Umwälzen eines Wärmeträgerfluids durch zumindest zwei Teilkreisläufe. Sollen die verschiedenen Teilkreisläufe oder Wärmeübertrager bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden können, so kann eine Durchströmung mindestens eines Teilkreislaufs oder mindestens eines Wärmeübertragers mit Wärmeträgerfluid mittels einer Pumpe und eines Rücklaufmischers gesteuert und/oder geregelt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einem Klimatisierungssystem zum Klimatisieren, insbesondere Kühlen, zumindest eines Raums, insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteils, umfassend ein Fluidkreislaufsystem zum Umwälzen eines Wärmeträgerfluids zum Versorgen eines ersten Teilkreislaufs und eines zweiten Teilkreislaufs mit Wärmeträgerfluid, wobei der erste Teilkreislauf zumindest einen ersten Wärmeübertrager und der zweite Teilkreislauf zumindest einen zweiten Wärmeübertrager aufweist, wobei das Wärmeträgerfluid auf eine, insbesondere tiefe, Vorlauftemperatur temperierbar ist.
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Es wird vorgeschlagen, das Fluidkreislaufsystem als Rücklaufmischer-freies Fluidkreislaufsystem auszubilden, wobei das Fluidkreislaufsystem dazu ausgebildet ist, eine Durchströmung mindestens eines Teilkreislaufs oder beider Teilkreisläufe mit Wärmeträgerfluid mit einem Ventil und einer Pumpe zu steuern und/oder zu regeln.
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Es wird insbesondere vorgeschlagen, das Fluidkreislaufsystem als Rücklaufmischer-freies Fluidkreislaufsystem auszubilden, wobei das Fluidkreislaufsystem dazu ausgebildet ist, eine Durchströmung beider Teilkreisläufe mit Wärmeträgerfluid mit genau einem Ventil und genau einer Pumpe zu steuern und/oder zu regeln.
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Unter einem Klimatisierungssystem soll hier ein System zum Klimatisieren, insbesondere zum Heizen und/oder Kühlen, zumindest eines Raums verstanden werden. Unter einem Raum soll hier insbesondere ein Wohnraum, ein Aufenthaltsraum, ein Technikraum, ein Arbeitsraum, eine Halle oder ein Gebäudeabschnitt wie eine Wohnung in einem Gebäude verstanden werden. Unter einem Fluidkreislaufsystem soll hier insbesondere ein hydraulisches Leitungs- und/oder Verteilungssystem zum Fördern und/oder Leiten und/oder Verteilen eines Wärmeträgerfluids verstanden werden. Ein Fluidkreislaufsystem kann insbesondere Rohrleitungsabschnitte, eine Pumpe, ein Ventil und/oder zumindest einen Wärmeübertrager umfassen. Ein Fluidkreislaufsystem verbindet insbesondere die vorgenannten Komponenten zu einer hydraulischen, von dem Wärmeträgerfluid durchströmbaren Funktionseinheit. Unter einem Teilkreislauf soll hier insbesondere ein Teilabschnitt oder ein Subsystem eines Fluidkreislaufsystems verstanden werden. Ein Teilkreislauf kann insbesondere Rohrleitungsabschnitte, eine Pumpe, ein Ventil und/oder zumindest einen Wärmeübertrager umfassen. Ein Teilkreislauf verbindet insbesondere die vorgenannten Komponenten zu einer hydraulischen, von dem Wärmeträgerfluid durchströmbaren Funktionsuntereinheit. Insbesondere weist ein Teilkreislauf zumindest einen Wärmeübertrager auf. Hier umfasst das Fluidkreislaufsystem einen ersten Teilkreislauf und einen zweiten Teilkreislauf. Insbesondere bilden der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf das Fluidkreislaufsystem. Unter einem Wärmeübertrager soll hier insbesondere eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme und/oder Kälte mit dem zu klimatisierenden Raum verstanden werden. Unter einem Versorgen mit Wärmeträgerfluid soll hier insbesondere ein Zuführen und/oder Fördern von Wärmeträgerfluid und/oder ein Steuern und/oder Regeln einer Durchströmung mit Wärmeträgerfluid verstanden werden, insbesondere zum Zweck einer an einem Kühlungsbedarf bedarfsorientierten Klimatisierung. Unter einer Vorlauftemperatur soll hier insbesondere eine Temperatur des Wärmeträgerfluids in einer Vorlaufleitung verstanden werden. Unter einer Vorlauftemperatur soll hier insbesondere die Temperatur des Wärmeträgerfluids am Eintritt des Wärmeträgerfluids in das Klimatisierungssystem verstanden werden, das ist insbesondere die Temperatur des Wärmeträgerfluids, die vom Wärme- und/oder Kälteerzeuger bereitgestellt wird. Unter einer Vorlaufleitung soll hier insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt am Eintritt zum Fluidkreislaufsystem verstanden werden. Unter einer Zulauftemperatur soll hier insbesondere eine Temperatur des Wärmeträgerfluids in einer Zulaufleitung zum Teilkreislauf verstanden werden. Unter einer Zulauftemperatur soll hier insbesondere die Temperatur des Wärmeträgerfluids am Eintritt des Wärmeträgerfluids in den Teilkreislauf und/oder den Wärmeübertrager verstanden werden, das ist insbesondere die Temperatur des Wärmeträgerfluids, die vom Wärme- und/oder Kälteerzeuger oder vom vorgelagerten Wärmeübertrager bereitgestellt wird. Die Zulauftemperatur des ersten Fluidkreislaufs entspricht im Wesentlichen der Vorlauftemperatur des Klimatisierungssystems. Unter einer Zulaufleitung soll hier insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt am Eintritt zum Teilkreislauf beziehungsweise zum Wärmeübertrager verstanden werden. Unter einer Rücklauftemperatur soll hier insbesondere eine Temperatur des Wärmeträgerfluids in einer Rücklaufleitung vom Fluidkreislaufsystem beziehungsweise vom Teilkreislauf verstanden werden. Unter einer Rücklauftemperatur soll hier insbesondere die Temperatur des Wärmeträgerfluids in einer Rücklaufleitung stromabwärts eines Wärmeübertragers verstanden werden. Unter einer Rücklaufleitung soll hier insbesondere ein Rohrleitungsabschnitt am Austritt aus dem Fluidkreislaufsystem beziehungsweise aus dem Teilkreislauf verstanden werden. Darunter, dass das Wärmeträgerfluid auf eine Vorlauftemperatur temperierbar ist, soll hier insbesondere verstanden werden, dass das Wärmeträgerfluid mittels eines Wärmeerzeugers und/oder Kälteerzeugers auf eine zum Heizen und/oder Kühlen geeignete Vorlauftemperatur temperierbar ist. Beispielhafte Wärme- und/oder Kälteerzeuger sind eine Wärmepumpenvorrichtung, eine Heizvorrichtung und/oder ein Kälteaggregat. Unter einem Rücklaufmischer soll hier insbesondere eine Vorrichtung zum Temperieren des Wärmeträgerfluids, insbesondere zur Regelung einer Zulauftemperatur, verstanden werden, wobei das Temperieren durch Zumischen von Wärmeträgerfluid aus der Rücklaufleitung zum Wärmeträgerfluid in der Zulaufleitung erfolgt. Ein Rücklaufmischer umfasst insbesondere ein regelbares, insbesondere in der Zulaufleitung angeordnetes beziehungsweise anordenbares, Dreiwegemischventil mit Anschluss an die Rücklaufleitung sowie eine, gegenüber der (Umwälz-) Pumpe weitere (zusätzliche), Mischerpumpe zum geregelten Ansaugen von Wärmeträgerfluid aus der Zulaufleitung und/oder aus der Rücklaufleitung. Dazu umfasst der Rücklaufmischer weiter eine mit dem Dreiwegemischventil und der Rücklaufleitung verbundene oder verbindbare Zumischleitung. Ein Rücklaufmischer kann insbesondere eine effektive Zulauftemperatur eines zu einem Wärmeübertrager fließenden Wärmeträgerfluids (stromabwärts des Rücklaufmischers) einstellen, indem Wärmeträgerfluid aus der Zulaufleitung (stromaufwärts des Rücklaufmischers) mit einer Zulauftemperatur und Wärmeträgerfluid aus der Rücklaufleitung mit einer Rücklauftemperatur zusammengeführt und gemischt werden. Unter einem Rücklaufmischer-freien Fluidkreislaufsystem soll hier insbesondere ein Fluidkreislaufsystem ohne Rücklaufmischer verstanden werden. Unter einem Ventil soll hier insbesondere ein Stellventil mit insbesondere zwei festen Ventilstellungen verstanden werden, beispielsweise ein Schaltventil mit den Schaltstellungen „auf“ und „zu“. Alternativ soll unter einem Ventil ein Regelventil mit mehreren stufig oder stufenlos einstellbaren Ventilstellungen (beispielsweise ein Ventil mit den Stellungen „auf“ und „zu“ und Zwischenstellungen) verstanden werden. Das Ventil kann insbesondere als Zweiwegeventil zum Überwachen eines Strömungsweges oder als Dreiwegeventil zum Überwachen zweier Strömungswege ausgebildet sein. Unter einer Pumpe, insbesondere Umwälzpumpe, soll hier eine Vorrichtung zum Fördern beziehen Umwälzen von Wärmeträgerfluid durch das Fluidkreislaufsystem verstanden werden, wie beispielsweise eine Kreiselpumpe, mit einer, insbesondere einstufig, mehrstufig oder stufenlos, einstellbaren Förderleistung. Das Ventil und/oder die Pumpe werden insbesondere von einer Steuereinheit und/oder Regeleinheit gesteuert und/oder geregelt.
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Das vorgeschlagene Klimatisierungssystem ist eine besonders einfach und kostengünstig aufgebaute sowie einfach zu betreibende Alternative zum Stand der Technik. Auf einen teuren und aufwändig zu regelnden Rücklaufmischer kann somit verzichtet werden.
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Mit dem vorgeschlagenen Klimatisierungssystem kann ein Raum sehr effizient klimatisiert, insbesondere gekühlt, werden. Insbesondere ist bei Verwendung des vorgeschlagenen Klimatisierungssystems sichergestellt, dass eine unerwünschte Kondensation von Luftfeuchtigkeit der Luft in dem zu kühlenden Raum an dem zweiten Wärmeübertrager ausgeschlossen ist oder zumindest sehr reduziert ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste Wärmeübertrager ein Tieftemperaturwärmeübertrager, insbesondere ein Konvektor und/oder ein Luftwärmeübertrager, und/oder ist der zweite Wärmeübertrager ein Niedrigtemperaturwärmeübertrager, insbesondere ein Radiator und/oder ein Flächenwärmeübertrager.
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Unter einem Tieftemperaturwärmeübertrager soll hier insbesondere ein Wärmeübertrager verstanden werden, mit dem Wärme problemlos auch bei tiefen Temperaturen des Wärmeträgerfluids übertragen werden kann. Beispielsweise ist das ein Konvektor und/oder ein Luftwärmeübertrager, wie eine mechanische Wohnraumlüftungsanlage und/oder ein Fan-Coil. Das Wärmeträgerfluid steht überwiegend per Konvektion im Wärmeaustausch mit Luft beziehungsweise mit einem Luftstrom des Raums. Eventuelle Feuchtigkeit der Luft kann und darf problemlos an dem Tieftemperaturwärmeübertrager auskondensieren und wird mittels eines Kondenswasserablaufs sicher abgeführt. Unter einer tiefen Temperatur soll hier eine Temperatur verstanden werden, die unter einer niedrigen Temperatur liegt. Der Tieftemperaturwärmeübertrager wird vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich 7 °C bis 10 °C betrieben. Unter einem Niedrigtemperaturwärmeübertrager soll hier insbesondere ein Wärmeübertrager verstanden werden, mit dem Wärme bei niedrigen Temperaturen des Wärmeträgerfluids übertragen werden kann. Beispielsweise ist das ein Radiator und/oder ein Flächenwärmeübertrager, wie eine Fußbodenheizkörper, Deckenheizkörper und/oder Wandheizkörper. Das Wärmeträgerfluid steht überwiegend per Strahlung im Wärmeaustausch mit dem Raum. Eventuelle Feuchtigkeit in der Raumluft soll nicht an dem Niedrigtemperaturwärmeübertrager auskondensieren, was mittels der niedrigen Temperatur des Wärmeträgerfluids vermieden wird. Ein Kondensieren von Luftfeuchte am Niedrigtemperaturwärmeübertrager könnte insbesondere Bauschäden verursachen oder den Fußboden rutschig werden lassen; beides soll verhindert werden. Unter einer tiefen Temperatur soll hier eine Temperatur verstanden werden, die unter einer niedrigen Temperatur liegt. Der Niedrigtemperaturwärmeübertrager wird vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich 18 °C bis 22 °C betrieben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf seriell mit Wärmeträgerfluid durchströmbar angeordnet. Der zweite Teilkreislauf ist in Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids stromabwärts des ersten Teilkreislaufs angeordnet. Das Fluidkreislaufsystem ist dazu ausgebildet, die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs, insbesondere mittels eines Stell- oder Regelventils, zu steuern und/oder zu regeln. Das Fluidkreislaufsystem umfasst einen Bypass zum zumindest teilweisen Vorbeiströmen des Wärmeträgerfluids an dem zweiten Teilkreislauf, insbesondere wenn das Ventil gedrosselt oder geschlossen ist.
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Das Ventil kann als Zweiwegeventil ausgebildet zwischen erstem und zweitem Teilkreislauf, insbesondere zwischen Bypass-Abzweigung und zweitem Teilkreislauf, angeordnet sein und so eine Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs bestimmen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Fluidkreislaufsystem dazu ausgebildet, den ersten Teilkreislauf mit dem Wärmeträgerfluid bei einer, insbesondere tiefen, Vorlauftemperatur zu durchströmen und den seriell zum ersten Teilkreislauf durchströmbar angeordneten zweiten Teilkreislauf mit dem Wärmeträgerfluid bei einer von der Vorlauftemperatur abweichenden, insbesondere niedrigen, Zulauftemperatur zu durchströmen.
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Insbesondere strömt das Wärmeträgerfluid mit einer tiefen Temperatur zum ersten Teilkreislauf und kühlt Luft und/oder einen Luftstrom im ersten Wärmeübertrager ab. Eventuelle Luftfeuchtigkeit kondensiert bei der Abkühlung am ersten Wärmeübertrager und wird abgeführt. Die kalte Luft wird dem Raum zugeführt und kühlt ihn damit ab. Das Wärmeträgerfluid erwärmt sich im ersten Wärmeübertrager von einer tiefen Vorlauftemperatur auf eine niedrige Zulauftemperatur, strömt zum zweiten Teilkreislauf und kühlt den Raum mittels des zweiten Wärmeübertragers ab. Wegen des erwärmten Wärmeträgerfluids kondensiert am zweiten Wärmeübertrager keine Luftfeuchtigkeit, da die Taupunkttemperatur der Raumluft am zweiten Wärmeübertrager nicht erreicht und/oder nicht unterschritten wird.
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Das Wärmeträgerfluid, das zum ersten Teilkreislauf und zum ersten Wärmeübertrager strömt, wird insbesondere mittels der Pumpe gefördert und kann mittels einer, insbesondere variablen, Förderleistung der Pumpe eingestellt werden.
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Das Wärmeträgerfluid, das zum zweiten Teilkreislauf und zum zweiten Wärmeübertrager strömt, kann insbesondere mittels des schaltbaren und/oder regelbaren Ventils geregelt, gedrosselt oder gestoppt werden.
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Etwaige Differenzmengen an Wärmeträgerfluid zwischen erstem und zweitem Teilkreislauf können durch den Bypass am zweiten Teilkreislauf vorbei strömen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf parallel mit Wärmeträgerfluid durchströmbar angeordnet. Das Fluidkreislaufsystem ist dazu ausgebildet, die Durchströmung des ersten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Teilkreislaufs in Abhängigkeit von einer Temperatur des zweiten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Wärmeübertragers, insbesondere mittels eines Stell- oder Regelventils, zu steuern und/oder zu regeln. Insbesondere zweigen der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf an einer Abzweigung von der gemeinsamen Vorlaufleitung ab und vereinigen sich an einer Vereinigung zu der gemeinsamen Rücklaufleitung.
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Das Ventil kann als Dreiwegeventil ausgebildet an der Abzweigung oder an der Vereinigung der parallel geschalteten Teilkreisläufe angeordnet sein und eine Durchströmung des ersten und/oder zweiten Teilkreislaufs bestimmen. Der erste und der zweite Teilkreislauf können gleichzeitig mit Wärmeträgerfluid durchströmt werden, wobei die Wärmeträgerfluid-Teilströme mittels des Ventils geregelt oder gedrosselt werden können. Alternativ oder ergänzend können der erste und der zweite Teilkreislauf ungleichzeitig mit Wärmeträgerfluid durchströmt werden, also beispielsweise abwechselnd, intermittierend.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Klimatisieren, insbesondere Kühlen, zumindest eines Raums insbesondere eines Gebäudes, insbesondere mit einem vorstehend beschriebenen Klimatisierungssystem. Dabei wird ein Wärmeträgerfluid durch ein Fluidkreislaufsystem umgewälzt, wobei zumindest ein erster Teilkreislauf und zumindest ein zweiter Teilkreislauf gesteuert oder geregelt mit Wärmeträgerfluid versorgt werden, wobei das Wärmeträgerfluid auf eine Vorlauftemperatur temperiert wird.
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Es wird vorgeschlagen, dass eine Durchströmung mindestens eines Teilkreislaufs oder beider Teilkreisläufe mit Wärmeträgerfluid rücklaufmischungsfrei mit einem Ventil und einer Pumpe gesteuert und/oder geregelt wird.
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Unter dem Begriff rücklaufmischungsfrei soll hier insbesondere verstanden werden, dass ein Temperieren des Wärmeträgerfluids, insbesondere eine Regelung der Vorlauftemperatur oder Zulauftemperatur, ohne Beimischung von Wärmeträgerfluid aus dem Rücklauf erfolgt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der erste Teilkreislauf mit dem Wärmeträgerfluid bei einer, insbesondere tiefen, Vorlauftemperatur durchströmt und der seriell zum ersten Teilkreislauf durchströmbar angeordnete zweite Teilkreislauf wird mit dem im ersten Wärmeübertrager temperierten Wärmeträgerfluid bei einer von der Vorlauftemperatur abweichenden, insbesondere niedrigen, Zulauftemperatur durchströmt.
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Das Wärmeträgerfluid strömt mit einer tiefen Temperatur in den ersten Wärmeübertrager, kühlt dort die Luft und erwärmt sich dabei selbst. Mit der gegenüber der tiefen Temperatur dann erwärmten niedrigen Temperatur strömt das Wärmeträgerfluid weiter in den zweiten Wärmeübertrager. Aufgrund dieser Erwärmung des Wärmeträgerfluids wird der zweite Wärmeübertrager vorteilhafterweise nicht kälter als die Taupunkttemperatur der Raumluft, die an den zweiten Wärmeübertrager grenzt, so dass Luftfeuchtigkeit aus der Raumluft nicht am zweiten Wärmeübertrager kondensiert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden in zumindest einem Verfahrensschritt der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf seriell mit Wärmeträgerfluid durchströmt, wobei die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs, insbesondere mittels eines Stell- oder Regelventils, gesteuert und/oder geregelt wird, wobei das Wärmeträgerfluid in zumindest einem Verfahrensschritt mittels eines Bypasses zumindest teilweise an dem zweiten Teilkreislauf vorbeiströmen kann, insbesondere wenn das Ventil gedrosselt oder geschlossen ist.
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Wenn der zweite Wärmeübertrager im zweiten Teilkreislauf doch zu kalt wird, insbesondere wenn der zweite Wärmeübertrager eine Taupunkttemperatur der angrenzenden Raumluft erreicht oder unterschreitet, wird das Ventil, insbesondere Zweiwegeventil, gedrosselt oder geschlossen und die Durchströmung des zweiten Wärmeübertragers mit Wärmeträgerfluid verringert oder gestoppt. Die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers kann so an oder über der Taupunkttemperatur gehalten werden, so dass Luftfeuchtigkeit aus der Raumluft nicht am zweiten Wärmeübertrager kondensiert. Steigt die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers wieder über die Taupunkttemperatur an, so kann das Ventil wieder geöffnet oder weiter geöffnet werden und eine Durchströmung des zweiten Wärmeübertragers zulassen.
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Die Überwachung der Temperatur des zweiten Wärmeübertragers kann mittels eines Taupunktwächters erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann die Überwachung der Temperatur des zweiten Wärmeübertragers mittels einer Rücklauftemperaturüberwachung erfolgen, also mittels einer Überwachung der Temperatur des Wärmeträgerfluids in der Rücklaufleitung des zweiten Wärmeü bertragers.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden der erste Teilkreislauf und der zum ersten Teilkreislauf parallel durchströmbar angeordnete zweite Teilkreislauf mit Wärmeträgerfluid bei einer, insbesondere tiefen, Vorlauftemperatur durchströmt, wobei die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs in Abhängigkeit von einer Temperatur des zweiten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Wärmeübertragers, insbesondere mittels eines Stell- oder Regelventils, gesteuert und/oder geregelt wird.
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Aufgrund von thermischen Massenträgheitseffekten ist die Temperatur des zweiten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Wärmeübertragers nicht mit der Temperatur des Wärmeträgerfluids identisch, weshalb der zweite Wärmeübertrager, zumindest zeitweise oder mit vermindertem Durchfluss, auch mit dem tiefkalten Wärmeträgerfluid durchströmt werden kann. In einem Kühlbetrieb liegt die Temperatur des zweiten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Wärmeübertragers in der Regel über der Temperatur des Wärmeträgerfluids, da der zweite Teilkreislauf und/oder der zweite Wärmeübertrager zwischen dem kalten Wärmeträgerfluid und dem zu kühlenden, warmen Raum angeordnet sind.
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Wenn der zweite Wärmeübertrager im zweiten Teilkreislauf im Lauf seiner Durchströmung zu kalt wird, insbesondere wenn der zweite Wärmeübertrager eine Taupunkttemperatur der angrenzenden Raumluft erreicht oder unterschreitet, wird das Ventil, insbesondere ein Dreiwegeventil an der Abzweigung der Parallelschaltung, gedrosselt oder geschlossen und die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs mit Wärmeträgerfluid verringert oder gestoppt. Die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers kann so an oder über der Taupunkttemperatur gehalten werden, so dass Luftfeuchtigkeit aus der Raumluft nicht am zweiten Wärmeübertrager kondensiert. Steigt die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers wieder über die Taupunkttemperatur an, so kann das Ventil wieder geöffnet oder weiter geöffnet werden und eine Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs zulassen. Eine Durchströmung des ersten Teilkreislaufs kann im Kühlbetrieb durchgängig erfolgen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden der erste Teilkreislauf und der zum ersten Teilkreislauf parallel durchströmbar angeordnete zweite Teilkreislauf mit Wärmeträgerfluid bei einer, insbesondere tiefen, Vorlauftemperatur durchströmt, wobei der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf in Abhängigkeit von einer Temperatur des zweiten Teilkreislaufs und/oder des zweiten Wärmeübertragers, insbesondere mittels eines Stellventils, abwechselnd durchströmt werden.
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Der erste Teilkreis mit dem ersten Wärmeübertrager und der zweite Teilkreis mit dem zweiten Wärmeübertrager können insbesondere mit Wärmeträgerfluid der gleichen Temperatur, beispielsweise tiefen Temperatur, durchströmt werden. Wenn der zweite Wärmeübertrager im zweiten Teilkreislauf im Lauf seiner Durchströmung zu kalt wird, insbesondere wenn der zweite Wärmeübertrager eine Taupunkttemperatur der angrenzenden Raumluft erreicht oder unterschreitet, wird das Ventil, insbesondere ein Dreiwegeventil an der Abzweigung der Parallelschaltung, umgeschaltet, die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs mit Wärmeträgerfluid gestoppt und die Durchströmung des ersten Teilkreislaufs freigegeben. Die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers kann so an oder über der Taupunkttemperatur gehalten werden, so dass Luftfeuchtigkeit aus der Raumluft nicht am zweiten Wärmeübertrager kondensiert. Steigt die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers wieder über die Taupunkttemperatur an, so kann das Ventil wieder geöffnet werden und eine Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs zulassen. Dabei wird die Durchströmung des ersten Teilkreislaufs unterbrochen.
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Alternativ oder ergänzend kann im abwechselnden Parallelbetrieb der beiden Teilkreisläufe die Vorlauftemperatur des Wärmeträgerfluids an die Spezifikation des jeweils durchströmten Wärmeübertragers angepasst werden. Der erste Teilkreislauf mit dem Tieftemperaturwärmeübertrager kann mit Wärmeträgerfluid bei tiefer Temperatur durchströmt werden. Der zweite Teilkreislauf mit dem Niedrigtemperaturwärmeübertrager kann mit Wärmeträgerfluid bei niedriger Temperatur durchströmt werden.
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Figurenliste
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigt
- 1 ein Klimatisierungssystem nach dem Stand der Technik,
- 2 ein erfindungsgemäßes erstes Klimatisierungssystem,
- 3 ein erfindungsgemäßes zweites und drittes Klimatisierungssystem.
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1 zeigt ein Klimatisierungssystem 1 nach dem Stand der Technik zum Klimatisieren eines Raums 2. Das Klimatisierungssystem 1 umfasst ein Fluidkreislaufsystem 100, durch das ein Wärmeträgerfluid 3 umgewälzt wird, zum Versorgen eines ersten Teilkreislaufs 110 und eines zweiten Teilkreislaufs 120 mit Wärmeträgerfluid 3. Das Wärmeträgerfluid 3 wird mittels einer Pumpe 130 umgewälzt. Das Wärmeträgerfluid 3 ist mittels eines Wärme- und/oder Kälteerzeugers 4 auf eine Vorlauftemperatur temperierbar. Der erste Teilkreislauf 110 weist einen ersten Wärmeübertrager auf 112, der zweite Teilkreislauf 120 weist einen zweiten Wärmeübertrager 122 auf. Beide Wärmeübertrager 112, 122 können zur Klimatisierung des Raums 2 beitragen. Mittels eines Rücklaufmischers 50 kann die Zulauftemperatur des dem zweiten Teilkreislauf 120 zugeführten Wärmeträgerfluids 3 geregelt werden. Der Rücklaufmischer 50 umfasst ein Dreiwegemischventil 52, eine Mischerpumpe 54 und eine Zumischleitung 56.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems 1 zum Heizen und/oder Kühlen eines Raums 2.
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Das Klimatisierungssystem 1 umfasst ein Fluidkreislaufsystem 100, durch das ein Wärmeträgerfluid 3 umgewälzt wird, um einen ersten Teilkreislauf 110 und einen zweiten Teilkreislauf 120 des Fluidkreislaufsystems 100 mit Wärmeträgerfluid 3 zu versorgen. Das Wärmeträgerfluid 3 wird mittels einer einzigen Pumpe 130 umgewälzt. Eine Vorzugsrichtung der Strömung des Wärmeträgerfluids ist durch kleine Pfeile am Fluidkreislaufsystem 100 gekennzeichnet. Die Pumpe 130 kann in der Vorlaufleitung 132 oder in der Rücklaufleitung 134 des Fluidkreislaufsystems 100 angeordnet sein. Das Wärmeträgerfluid 3 ist mittels eines Wärme- und/oder Kälteerzeugers 4 auf eine Vorlauftemperatur temperierbar. Der Wärme- und/oder Kälteerzeuger 4 kann insbesondere Bestandteil des Klimatisierungssystems 1 sein. Alternativ kann der Wärme- und/oder Kälteerzeuger 4 auch nicht von dem Klimatisierungssystem 1 umfasst sein, sondern von einem separaten System gebildet sein.
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Der erste Teilkreislauf 110 weist einen ersten Wärmeübertrager auf 112, der zweite Teilkreislauf 120 weist einen zweiten Wärmeübertrager 122 auf. Die Wärmeübertrager 112, 122 werden von dem jeweiligen sie durchströmenden Wärmeträgerfluid 3 temperiert und entsprechend zur Wärmeübertragung konditioniert. Jeder dieser beiden Wärmeübertrager 112, 122 kann zur Klimatisierung des Raums 2 beitragen, ihn insbesondere heizen und/oder kühlen.
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Der erste Wärmeübertrager 112 ist als Tieftemperaturwärmeübertrager, insbesondere als Konvektor und/oder als Luftwärmeübertrager ausgeführt. Der erste Wärmeübertrager 112 ist dazu ausgebildet, einen ihn durchströmenden Luftstrom 5 zu erwärmen oder zu kühlen. Der Luftstrom 5 wird von einem Gebläse 6 oder Ventilator 6 gefördert. Beispielsweise handelt es sich um einen einer Außenumgebung des Gebäudes entnommenen Luftstrom 5. Der erwärmte oder gekühlte Luftstrom 5 wird dem Raum 2 zugeführt und erwärmt oder kühlt die Raumluft und den Raum 2. Der erste Wärmeübertrager 112 ist so ausgebildet, dass beim Kühlen des Raums 2 eventuelle Luftfeuchtigkeit im Luftstrom 5 im ersten Wärmeübertrager 112 zu Kondenswasser kondensieren kann und darf. Das Kondenswasser wird im ersten Wärmeübertrager 112 von dem Luftstrom 5 abgeschieden, gesammelt und mittels einer Kondenswasserleitung 136 abgeführt. Aufgrund der Abscheidung der Feuchtigkeit aus dem zugeführten Luftstrom 5 beim Kühlen enthält diese zugeführte kalte Luft 5 nun weniger Feuchtigkeit, ist also trocken.
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Der zweite Wärmeübertrager 122 ist als Niedrigtemperaturwärmeübertrager, insbesondere als Radiator und/oder Flächenwärmeübertrager ausgeführt. Der zweite Wärmeübertrager 122 ist in dem zu klimatisierenden Raum 2 angeordnet. Der zweite Wärmeübertrager 122 ist dazu ausgebildet, Wärme an den Raum 2 abzugeben und/oder Wärme aus dem Raum 2 aufzunehmen und ihn zu erwärmen und/oder zu kühlen. Die Wärmeübertragung erfolgt insbesondere und überwiegend mittels Strahlungsaustausch mit dem Raum 2, kann aber auch mittels Wärmeleitung an die Raumluft erfolgen. Der zweite Wärmeübertrager 122 ist so ausgebildet, dass beim Kühlen des Raums 2 eventuelle Luftfeuchtigkeit in der Raumluft nicht am zweiten Wärmeübertrager 122 kondensieren darf beziehungsweise sollte. Eventuelles Kondenswasser könnte unerwünschte Flecken und/oder Pfützen auf dem zweiten Wärmeübertrager 122 verursachen. Die Kondensation am zweiten Wärmeübertrager 122 wird vermieden, indem der zweite Wärmeübertrager 122 beim Kühlen nicht unter eine bestimmte Temperatur, insbesondere Taupunkttemperatur, abgekühlt wird.
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Das Fluidkreislaufsystem 100 ist ein Rücklaufmischer-freies Fluidkreislaufsystem 100. Es ist dazu ausgebildet ist, eine Durchströmung mindestens eines Teilkreislaufs 110, 120 oder beider Teilkreisläufe 110, 120 mit Wärmeträgerfluid 3 mit einem Ventil 138 und einer Pumpe 130 zu steuern und/oder zu regeln.
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Das Fluidkreislaufsystem 100 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Durchströmung beider Teilkreisläufe 110, 120 mit Wärmeträgerfluid 3 mit genau einem Ventil 138 und genau einer Pumpe 130 zu steuern und/oder zu regeln.
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Der erste Teilkreislauf 110 und der zweite Teilkreislauf 120 in 2 sind seriell mit Wärmeträgerfluid 3 durchströmbar angeordnet. Dazu ist der zweite Teilkreislauf 120 in Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids 3 stromabwärts des ersten Teilkreislaufs 110 angeordnet.
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Das Fluidkreislaufsystem 100 in 2 weist genau ein Stell- oder Regelventil 138 auf, das dazu ausgebildet ist, die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 zu steuern und/oder zu regeln. Das Stell- oder Regelventil 138 ist hier als Zweiwegeventil ausgebildet. Im Fluidkreislaufsystem 100 ist ein Bypass 140 in Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids 3 parallel zum zweiten Teilkreislauf 120 angeordnet. Der Bypass 140 kann zum zumindest teilweisen Vorbeiströmen des Wärmeträgerfluids 3 an dem zweiten Teilkreislauf 120 dienen, wenn das die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 kontrollierende Stell- oder Regelventil 138 zumindest teilweise geschlossen ist. Im Bypass 140 kann eine Drosselstelle 142 angeordnet sein, mittels der gewährleistet ist, dass bei zur Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 geöffnetem Stell- oder Regelventil 138 das Wärmeträgerfluid 3 bevorzugt durch den zweiten Teilkreislauf 120 strömt.
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Das Fluidkreislaufsystem 100 ist so ausgebildet, dass das Wärmeträgerfluid 3 den ersten Teilkreislauf 110 beim Kühlen mit einer, insbesondere tiefen, Vorlauftemperatur durchströmt. Der seriell zum ersten Teilkreislauf 110 durchströmbar angeordnete zweite Teilkreislauf 120 wird mit einer von der Vorlauftemperatur abweichenden, insbesondere niedrigen (also gegenüber der tiefen Vorlauftemperatur höheren Temperatur), Zulauftemperatur durchströmt, da sich das Wärmeträgerfluid 3 im ersten Wärmeübertrager 112 erwärmt. So kann beim Kühlen mittels des tief kalten Wärmeübertragerfluids 3 im Vorlauf 132 ein stark gekühlter Luftstrom 5 dem Raum 2 zugeführt werden sowie gleichzeitig mittels des nur noch niedrig kalten Wärmeträgerfluids 3 im Zulauf 144 zum zweiten Wärmeübertrager 122 ein nicht zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit neigender zweiter Wärmeübertrager 122 im Wärmeaustausch mit dem Raum 2 stehen.
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Zur Modulation des Klimatisierungssystems 1 zum Wärmeaustausch mit dem Raum 2 kann insbesondere die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 mittels einer Verstellung eines Öffnungsgrads des Stell- oder Regelventils 138 variiert werden. Alternativ oder ergänzend kann mittels der (Umwälz-) Pumpe 130 die Durchströmung des Fluidkreislaufsystems 100 variiert werden. Darüber hinaus kann ferner seitens des Wärme- und/oder Kälteerzeugers 4 die Vorlauftemperatur des Wärmeträgerfluids 3 variiert werden.
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3 zeigt weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems 1 zum Heizen und/oder Kühlen eines Raums 2.
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Der erste Teilkreislauf 110 und der zweite Teilkreislauf 120 in 3 sind parallel mit Wärmeträgerfluid 3 durchströmbar angeordnet. Der erste Teilkreislauf 110 und der zweite Teilkreislauf 120 zweigen an einer Abzweigung 146 von der gemeinsamen Vorlaufleitung 132 ab und vereinigen sich an einer Vereinigung 148 zu der gemeinsamen Rücklaufleitung 134. An der Abzweigung 146 (alternativ: an der Vereinigung 148) der parallel geschalteten Teilkreisläufe 110, 120 ist das Stell- oder Regelventil 138, hier als Dreiwegeventil ausgebildet, angeordnet, das eine Durchströmung des ersten und/oder zweiten Teilkreislaufs 110, 120 bestimmen kann. Das Fluidkreislaufsystem 100 ist dazu ausgebildet, die Durchströmung des ersten Teilkreislaufs 110 und/oder des zweiten Teilkreislaufs 120 in Abhängigkeit von einer Temperatur des zweiten Teilkreislaufs 120 und/oder des zweiten Wärmeübertragers 122, insbesondere mittels des Stell- oder Regelventils 138, zu steuern und/oder zu regeln.
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In einer Ausführungsform können der erste und der zweite Teilkreislauf 110, 120 gleichzeitig mit Wärmeträgerfluid 3 durchströmt werden, wobei die Wärmeträgerfluid-Teilströme durch den ersten Teilkreislauf 110 und/oder zweiten Teilkreislauf 120 mittels des Ventils 138 geregelt oder gedrosselt werden können.
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In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform können der erste und der zweite Teilkreislauf 110, 120 ungleichzeitig mit Wärmeträgerfluid 3 durchströmt werden, also beispielsweise abwechselnd oder intermittierend.
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Die Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 kann so gesteuert oder geregelt werden, dass der zweite Wärmeübertrager 122 immer wärmer als die in der Raumluft herrschende Taupunkttemperatur ist und eine Kondensation von Luftfeuchtigkeit am zweiten Wärmeübertrager 122 vermieden ist.
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Bei Kühlung eines Luftstroms 5 im ersten Wärmeübertrager 112 kann - bei Unterschreiten einer Taupunkttemperatur der Luft im ersten Wärmeübertrager 112 - die Luftfeuchtigkeit im Luftstrom 5 abgeschieden werden. Die dem Raum 2 zugeführte Luft 5 ist also recht trocken, wodurch auch die Raumluft zunehmend trockener wird. Damit sinkt aber auch die Taupunkttemperatur in der Raumluft, weshalb der zweite Wärmeübertrager 122 immer länger beziehungsweise immer kälter betrieben werden kann, ohne dass es zur Kondensation von Luftfeuchtigkeit am zweiten Wärmeübertrager 122 kommt. Auf diese Weise stabilisiert sich das Klimatisierungssystem 1.
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Die Steuerung oder Regelung der Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 mit Wärmeträgerfluid 3 kann insbesondere eine Mengenregelung oder Zeitregelung sein.
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Bei der Mengenregelung der Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 wird mittels des Stell- oder Regelventils 138 nur so viel Wärmeträgerfluid 3 zum zweiten Wärmeübertrager 122 gefördert, dass dieser zweite Wärmeübertrager 122 - unter Einfluss der Temperatur des kalten Wärmeträgerfluids auf der einen Seite und der höheren Raumtemperatur auf der anderen Seite - immer wärmer ist als die im Raum 2 herrschende Taupunkttemperatur. Bei der geregelten Menge kann es sich um einen im Wesentlichen kontinuierlich eingetragenen Wärmeträgerfluidstrom (Einheit: Liter pro Minute) oder um eine diskontinuierlich eingetragene absolute Wärmeträgerfluidmenge (Einheit: Liter; einmalig oder intermittierend) handeln, deren Kühlleistungen nicht ausreichen, den zweiten Wärmeübertrager 122 unter die Taupunkttemperatur abzukühlen.
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Bei der Zeitregelung der Durchströmung des zweiten Teilkreislaufs 120 wird eine Öffnungsdauer des Stell- oder Regelventils 138 zur Durchströmung zumindest des zweiten Teilkreislaufs 120 gesteuert und/oder geregelt. Diese Öffnungsdauer ist so bemessen, dass die in dieser Zeit eingetragene Wärmeträgerfluidmenge nicht ausreicht, den zweiten Wärmeübertrager 122 unter die Taupunkttemperatur abzukühlen.
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Alternativ oder ergänzend wird die Temperatur des zweiten Wärmeübertragers 122 und/oder des Raums, in dem der zweite Teilkreislauf 120 und/oder der zweite Wärmeübertrager 122 angeordnet sind, überwacht. Sobald die überwachte Temperatur die Taupunkttemperatur im Raum erreicht und/oder unterschreitet, wird das Stell- oder Regelventil 138 geschlossen, so dass der zweite Wärmeübertrager 122 und/oder der Raum nicht weiter abgekühlt werden. Sobald die Temperatur des Raums und/oder des zweiten Wärmeübertragers 122 sich wieder erhöhen, insbesondere um eine Offsettemperatur über die Taupunkttemperatur erhöhen, wird das Stell- oder Regelventil 138 wieder geöffnet, so dass der zweite Wärmeübertrager 122 und/oder der Raum wieder gekühlt werden.
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Eine Überwachung der Temperatur des zweiten Wärmeübertragers 122 erfolgt mittels einer Rücklauftemperaturüberwachung, also mittels einer Überwachung der Temperatur des Wärmeträgerfluids 3 in der Rücklaufleitung 150 stromabwärts des zweiten Wärmeübertragers 122. Hierzu dient ein in oder an der Rücklaufleitung 150 angeordneter Rücklauftemperaturfühler 152. So kann sichergestellt werden, dass am zweiten Wärmeübertrager 122 auch in einem Kühlbetrieb zur Kühlung des Raums 2 keine Luftfeuchtigkeit kondensiert.
