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Anlage zum Heizen oder Kühlen von Räumen Bei bekannten Anlagen zum
Heizen oder Kühlen sind verschiedene Räume innerhalb eines Gebäudes mit Wärmetauschern
ausgestattet, durch die man kaltes oder warmes Wasser (Wärmeaustauschmedium) hindurchströmen
läßt, je nachdem, ob der betreffende Raum erwärmt oder gekühlt werden soll. Das
aus den Wärmetauschern zurückströmende erwärmte oder abgekühlte Wasser vermischt
sich in einer gemeinsamen Rücklaufleitung. Ein Teil der Mischung wird einem Wasserkühler
und der andere Teil einem Wassererwärmer zugeleitet.
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Erfindungsgemäß soll erreicht werden, daß in einer solchen Anlage
die Wasserdurchflußmenge durch einen örtlichen Wärmetauscher auf eine Menge begrenzt
wird, welche 1. nicht wesentlich die berechnete Höchstdurchflußmenge der Anlage
überschreitet und 2. die Anlage noch mit den erforderlichen Temperaturen beliefern
kann.
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Allgemein führt ein erhöhter Wasserdurchfluß durch ein örtliches Klimagerät
über den normalen Wert hinaus nur zu einer geringen Leistungsverbesserung. Unter
normalen Umständen kann jede beliebige erhöhte Durchflußmenge hingenommen werden.
Bei der beschriebenen Anlage wirkt sich ein erhöhter Wasserdurchfluß durch ein Raumgerät
ungünstig auf die gesamten Betriebskosten aus, da überschüssige Wassermengen in
der gemeinsamen Rücklaufleitung vermischt werden.
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Bei dem beschriebenen System muß das Wasser in der Heißwasserleitung
eine höhere Temperatur als die Raumtemperatur und das Wasser in der Kaltwasserleitung
eine niedrigere Temperatur als die Raumtemperatur haben. Nimmt man an, daß bei warmer
Witterung ein Versagen in der Dampfzuleitung der Heizanlage auftritt, dann würde
sich in der Heißwasserversorgungsleitung verhältnismäßig kaltes Wasser befinden.
Sollte jetzt das selbsttätige Regelventil eines Raumgerätes eine Erwärmung des Raumes
steuern wollen, dann würde das Raumgerät mit kaltem Wasser beaufschlagt und das
Gegenteil der beabsichtigten Steuerung erreicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, sicherzustellen, daß in einer
Klimaanlage, in welcher sowohl erwärmtes als auch abgekühltes Wasser einem Raumgerät
zugeführt werden kann, das warme Wasser bei einer Temperatur oberhalb der Solltemperatur
und das kalte Wasser bei einer Temperatur unterhalb der Solltemperatur zugeführt
wird. Es ist ferner beabsichtigt, zwischen den Vorlauf- und Rücklaufleitungen der
Raumgeräte stets einen konstanten Druckunterschied aufrechtzuerhalten, um den Durchfluß
des Wassers durch das jeweilige Raumgerät auf die zweckmäßige Menge zu beschränken
und hierdurch sicherzustellen, daß nicht auf Grund übermäßiger Durchströmung des
Wärmetauschers eines Raumgerätes das Gleichgewicht der Anlage gestört wird.
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Nach der Figur ist ein auf bestimmten Temperaturen zu haltendes Gebäude
mit einer vorgeschalteten Klimaanlage 10 und einer Anzahl Mischkammern ausgestattet,
welche die Form von »Induktionskammern« 11 oder »Ventilatorkammem«
12 bzw. -geräten haben können, die jeweils mit einem auf bestimmter Temperatur
zu haltenden Raum in Luftverbindung stehen.
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Eine zentrale oder vorgeschaltete Klimaanlage besteht aus einem Gehäuse
13, in dem ein Filter 14, ein Vorwärmer 15, ein Trockner 16 und ein
Ventilator 17 untergebracht sind. Der Ventilator 17 läuft mit konstanter Drehzahl
und ausreichender Leistung, um die Luftgeschwindigkeit in den Kammern
11 für die erwünschte Induktionswirkung auf die Raumluft zu erzielen. In
dem Gehäuse 13 sind zur Steuerung der Durchströmmenge Einlaßjalousien 18
vorgesehen. Zur Verbindung des Ventilators mit den verschiedenen Kammern
11 ist dessen Ausgangsleitung 19 mit Zweigleitungen 20 versehen.
Die Klimaanlage kommt
nur in Gebäuden mit Induktionskammern
11 zur Anwendung.
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Jedes Induktionsgerät 11 enthält einen Wärmetauscher 21, eine Füllkammer
22, eine Luftaustrittsdüse 23, Sekundärluft-Einlaßötfnungen 21 a und einen Luftauslaß
24, durch den die Luft in den Raum gelangt.
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Die Ventilatorkammern bzw. -geräte 12 enthalten einen Wärmetauscher
25 und einen Ventilator 26, der beispielsweise auf einer Leitwand 27 befestigt ist.
Die Luft aus dem temperaturgesteuerten Raum gelangt durch die Einlaßöffnungen 28
in die Kammer 12 und durch die Auslaßöffnung 29 wieder heraus.
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Zur gleichzeitigen Zufuhr von gekühltem und erwärmtem Wasser zu den
Raumgeräten 11 und 12 ist ein Kalt- und ein Warmwasserkreislauf vorgesehen.
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Der Kühlwasserkreislauf umfaßt einen Kühler 30, der über eine Ausgangsleitung
31 mit einem Kühlwasserverteiler 32 verbunden ist. Von dem Verteiler 32 führen
mehrere Vorlaufleitungen zu den verschiedenen Teilen des Gebäudes, in denen eine
Temperaturbeeinflussung bzw. Klimatisierung erforderlich ist. Leitungen 34 führen
von den Vorlaufleitungen 33 zum Kaltwassereinlaß eines Steuerventils 35 einer Kammer.
In dem Kühler 30 ist eine Zuleitung 36 und eine Ableitung 37 vorgesehen, um ein
beliebiges Strömungsmittel durch den Kühler umzuwälzen und das durch den Kühler
hindurchströmende Wasser zu kühlen. In der Zuleitung 36 befindet sich ein Drosselventil
38, das den Durchfluß des Strömungsmittels durch den Kühler regelt.
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Der Warmwasserkreislauf umfaßt eine Heizvorrichtung 39, die über eine
Ausgangsleitung 40 mit einem Warmwasserverteiler 41 verbunden ist. Von dem Verteiler
zweigen eine Anzahl Vorlaufleitungen 42 ab. Zapfleitungen 43 führen von den Vorlaufleitungen
42 zu dem Warmwassereinlaß der Ventile 35. In der Heizvorrichtung 39 ist eine Zuleitung
44 und eine Ableitung 45 vorgesehen, um ein beliebiges Strömungsmittel durch die
Heizvorrichtung zur Erwärmung des Wassers umzuwälzen. Die Zuleitung 44 enthält ein
Drosselventil 46 zur Steuerung der Zufuhr des heißen Strömungsmittels.
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Von den Ventilen 35 führt eine Ausgangsleitung 47 zu einem Konvektor
bzw. Wärmetauscher 21 oder 25. Rücklaufleitungen 48 für das gemischte Wasser sind
mit dem Auslaß der Wärmetauscher 21 über Leitungen 49 und mit dem Auslaß der Wärmetauscher
25 über Leitungen 50 verbunden. Von der Sammelleitung 51 führt eine Rohrleitung
52 zur Wasserpumpe 53, welche den erforderlichen Druck für einen Umlauf sowohl im
Kühlwasser- als auch im Warmwasserkreislauf erzeugt. An Stelle einer einzigen Pumpe
53 könnten zwei parallel geschaltete Pumpen verwendet werden. Von der Pumpe 53 führt
'eine Förderleitung 54 zu einem Verteiler 55, der über eine Leitung 56 mit dem Kühler
30 und über eire Leitung 57 mit der Heizvorrichtung 39 in Verbindung steht. Die
Leitung 56 enthält ein Drosselventil 58 und die Leitung 57 ein Drosselventil 59.
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Zwischen der Warmwasservorlaufleitung 42 und der Mischwasserrücklaufleitung
48 ist ein Druckunterschiedsregler 60 angeschlossen. Zwischen der Kühlwasservorlaufleitung
33 und der Mischwasserrücklaufleitung 48 befindet sich ein zweiter Druckunterschiedsregler
61. Der Regler 60 beeinflußt das Ventil 59, der Regler 61 das Ventil 58. Es ist
ferner ein thermostatischer Regler 62 vorgesehen, an dem mittels einer Kapillare
64 ein üblicher Fühler 63 befestigt ist. Der Fühler 63 steht mit dem Wasser,
das gerade in der Heizvorrichtung 39 erwärmt wird, in Berührung, um dessen Temperatur
am Ausgang der Heizvorrichtung festzustellen. Der Regler 62 beeinflußt dementsprechend
das Ventil 46 und bewirkt außerdem gemeinsam mit dem Druckregler 60 eine Steuerung
des Ventils 59.
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Ein zweiter thermostatischer Regler 65 steht über eine Kapillare 67
mit einem Fühler 66 in Verbindung. Der Fühler 66 befindet sich in dem in dem Kühler
30 gerade gekühlten Wasser, um dessen Temperatur am Auslaß wahrzunehmen. Der thermostatische
Regler 65 beeinflußt das Drosselventil 38
und bewirkt außerdem gemeinsam mit
dem Druckregler 61 eine Steuerung des Drosselventils 58. Zwischen dem Einfluß der
Druckregler 60, 61 und der Thermostatregler 62, 65 auf die Ventile 58 bzw.
59 besteht eine Abhängigkeit, die sicherstellt, daß der Einfluß oder Stellwert der
Thermostatregler 62, 65 stets denjenigen der Druckregler 60, 61 überwiegt; d. h.
wenn das Ventil 59 in Abhängigkeit von dem Thermostatregler 62 geschlossen worden
ist, hat der Druckregler 60 keinen Einfluß mehr auf die weitere Funktion des Ventils
59.
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Für sämtliche Kammern 11 oder 12 ist je ein Thermostat 68 vorgesehen,
der in Abhängigkeit von der zur Zeit in dem Raum herrschenden Temperatur das entsprechende
Ventil 35 steuert und dadurch entweder warmes öder kaltes Wasser an einen bestimmten
Wärmetauscher heranführt.
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Während des größeren Teils des Jahres herrschen Außentemperaturen,
bei denen einige Räume gekühlt (z. B. von der Sonne bestrahlte Räume), dagegen andere
geheizt werden müssen (z. B. im Schatten liegende Räume). Für diejenigen Räume,
welche eine Abkühlung verlangen, fließt das in dem Kühler 30
gekühlte Wasser
durch die Leitung 31 zum Verteiler 32. Das gekühlte Wasser tritt durch die Vorlaufleitungen
33 aus dem Verteiler 32 und von dort durch die Leitungen 34 zu den Ventilen 35.
Die Thermostaten 68 stellen die Ventile 35 derart, daß nur gekühltes Wasser durch
die Wärmetauscher 21
und 25 strömen kann. Die Ventile 35 wirken modulierend
in Abhängigkeit von dem für den jeweils zu kühlenden Raum benötigten Ausmaß einer
Kühlung.
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Für die zu heizenden Räume strömt das in der Heizvorrichtung 39 erwärmte
Wasser durch die Leitungen 40 in den Verteiler 41., von dem es über
die Vorlaufleitungen 42 und die Leitungen 43 zum Warmwassereinlaß der Ventile 35
gelangt. Die Thermostaten 68 stellen die Ventile 35 so, daß die Wärmetauscher 21
und 25 nur mit warmem Wasser beaufschlagt werden. Die Ventile 35 wirken wiederum
modulierend in Abhängigkeit von der Wärmemenge, die in dem betreffenden Raum erforderlich
ist.
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Das erwärmte oder abgekühlte Wasser fließt durch die Leitungen 49
bzw. 50 in die gemeinsamen Rücklaufleitungen 48 und von dort in die Sammelleitung
51. Aus der Sammelleitung 51 gelangt das Wasser über die Leitung .52 zur Pumpe 53,
die es durch die Leitung 54 in die Sammelleitung 55 fördert. Ein Teil des Wassers
fließt dann durch die Leitung 56 in den Kühler 30 und ein Teil durch die Leitung
57 in die Heizvorrichtung 39.
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In den Räumen mit Ventilatorgeräten 12 wird Raumluft durch die Einlaßöffnungen
28 unter dem
Einfluß der Ventilatoren 26 angesaugt. Die Raumluft
strömt dann über die Wärmetauscher 25, wobei sie ihre Wärme an das abgekühlte Wasser
abgibt bzw. von dem erwärmten Wasser Wärme aufnimmt. Die Raumluft verläßt die Kammer
durch die Öffnungen 29 und gelangt wiedzr in die Räume zurück.
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Bei den Induktionsgeräten 11 wird Außenluft in die zentrale Klimaanlage
10 gesaugt, durch den Filter 14 gereinigt und an eine Kühlschlange 16 getrocknet.
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Die Primärluft wird durch das Gebläse 17 in die Leitung 19 und die
Zweigleitungen 20 den verschiedenen Induktionsgeräten zugeführt. Die Primärluft
strömt durch Düsen 23 und saugt dabei durch Induktion sekundäre Raumluft durch den
Konvektor 21 an. Die Raumluft gibt ihre Wärme an das gekühlte Wasser im Konvektor
21 ab bzw. nimmt Wärme von dem erwärmten Wasser auf und vermischt sich mit
der Primärluft, um durch die Auslässe 24 in dem Raum zurückzukehren.
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Der Druckunterschiedsregler 60 liegt zwischen einer Warmwasservorlaufleitung
42 und einer gemeinsamen Rücklaufleitung 48 auf der Nordseite der Gesamtanlage.
Dieser Regler erzeugt einen ausreichenden Druckunterschied, der die Sollwertströmung
durch jedes Raumgerät stets dann sicherstellt. wenn sich das jeweilige Steuerventil
öffnet, um eine Erwärmung einzuleiten. Da bei warmem Wetter der Warmwasserbedarf
geringer ist, werden auch die Druckverluste infolge von Reibung in den Rohrleitungen
geringer. Zu gewissen Zeiten können die Reibungsverluste nahezu vernachlässigbar
sein. Das heißt, daß der volle Förderdruck der Pumpe noch an den Heißwasseranschlüssen
der Raumgeräte auftritt. Werden keine Maßnahmen zum Drosseln der Heizwasserströmung
bei solchen Betriebsbedingungen getroffen, dann fließt durch den entsprechenden
geöffneten Wärmetauscher bzw. Konvektor ein übermäßiger Heißwasserstrom. Diese übermäßige
Beaufschlagung einzelner Kammern würde sich auch nachteilig auf das Gleichgewicht
des Umlaufsvstems auswirken, wenn sich z. B. zu wenig abgekühltes Wasser mit dem
kalten Rücklaufwasser vermischt. Der Druckunterschiedsregler 60 hält deshalb mittels
des Drosselventils 59 einen konstanten Druckunterschied an den Einheiten aufrecht.
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In ähnlicher Weise hält der Druckunterschiedsregler 61, der zwischen
einer Kühlwasser-Vorlaufleitung 33 und einer gemeinsamen Rücklaufleitung 48 angeschlossen
ist, einen ausreichenden konstanten Druckunterschied aufrecht, der einen vollen
Durchfluß kalten Wassers durch eine Kammer sicherstellt, wenn das Ventil
35 entsprechend weit geöffnet ist. Der Druckregler 61 drosselt das Ventil
58 z. B. bei kaltem Wetter, wenn die Reibungsverluste gering sind und an den Kaltwasseranschlüssen
der ganze Pumpdruck auftritt.
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Bei der beschriebenen Klimaanlage muß jeglichos durch die Heißwasserleitung
strömende Wasser eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur und jegliches in der
Kaltwasserleitung strömende Wasser eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur
aufweisen. Nimmt man z. B. an, daß bei warmer Witterung im Hinblick auf den der
Heizvorrichtung 39 zugeführten Wärmeträger ein Versagen auftritt, dann würde sich
in der Warmwasserzufuhrleitung verhältnismäßig kaltes Wasser befinden. Sollte ein
Ventil 35 unter dem Einfluß eines Thermostaten 68 eine Raumerwärmung steuern wollen,
so würde der Wärmetauscher in Wirklichkeit nur mit verhältnismäßig kaltem Wasser
beaufschlagt werden. Der thermostatische Regler 62 steuert normalerweise die Durchflußmenge
des Wärmeträgers durch das Ventil 46, um die erwünschte Heißwassertemperatur am
Austritt der Heizvorrichtung 39 aufrechtzuerhalten. Sinkt die Wassertemperatur beim
Austritt aus der Heizvorrichtung 39 infolge einer unzureichenden Zufuhr des Wärmeträgers
unter die Einstellung des Thermostaten 62, dann wird dieser Thermostat nach dem
vollkommenen Öffnen des Ventils 46 beginnen, den Durchfluß von Wasser durch das
Ventil 59 zu drosseln. Wenn das Wasser keine abzugebende Wärme enthält, schließt
der Thermostat 62 das Ventil 59 vollkommen. Damit ist sichergestellt, daß jegliches
durch den Warmwasserkreislauf den Geräten bzw. Kammern 11 oder 12 zuströmende Wasser
die richtige Temperatur hat. Wenn keine Wärme verfügbar ist, dann findet kein Durchfluß
durch den Warmwasserkreislauf statt, und es besteht daher, wenn ein Raumgerät Heißwasser
fordert, auch nicht die Gefahr einer unerwünschten Kühlung. Tatsächlich wird der
Durchfluß des heißen Wassers auf die Mengen beschränkt, welche die Anlage auf die
Solltemperatur erwärmen kann.
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Dieselben Maßnahmen sind für den Kühlwasserkreislauf getroffen. Der
Thermostat 65 steuert den Durchfluß des Kälteträgers für den Kühler 30 durch eine
Zufuhrleitung 36. Bei Ansteigen der Temperatur des den Kühler 30 durch die Leitung
31 verlassenden gekühlten Wassers, die durch den Fühler 66 wahrgenommen wird, öffnet
der Thermostat 65 zunächst das Ventil 38, um einen maximalen Durchfluß des Kälteträgers
durch den Kühler 30 zu ermö5 liehen. Steigt die Temperatur des gekühlten Wassers
weiter an, dann drosselt der Thermostat 65 das Ventil 58, um den Zufluß von Wasser
zum Kühler 30 zu verringern. Wenn bei warmer Witterung ein Versagen in der Kühlung
auftritt bzw. eine Kühlung nicht möglich ist. so schließt der Thermostat 65 das
Ventil 58, so daß der Kühlwasserkreislauf stillsteht, bis wieder eine Kühlung verfügbar
ist. Genau wie im Falle des heißen Wassers. so ist auch der Kaltwasserdurchfluß
auf eine Menge beschränkt, die auf die Solltemperatur abgekühlt werden kann.
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An Stelle von Wasser läßt sich jede beliebige andere Flüssigkeit oder
Salzlösung verwenden, die sich als Wärmeaustauschmedium eignet.