DE1296767B - Vierrohr-Klimaanlage - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vierrohr-Klimaanlage, bei der zur Temperierung der Raumlauf in einzelnen Räumen jeder Wärmetauscher jedes Raumluftklimaapparates in Abhängigkeit von der Lufttemperatur in dem zu temperierenden Raum über ein Dreiwege-Sequenzventil wahlweise mit der Vorlaufleitung für das Heiz- oder Kühlmedium verbunden ist, und bei der für den Rücklauf des Heiz-und des Kühlmediums getrennte Rücklaufleitungen vorhanden sind, die über ein temperaturempfindliches Schaltorgan mit dem austrittsseitigen Ende des Wärmetauschers verbunden sind.
• Das Heiz- oder Kühlmedium ist üblicherweise heißes oder kaltes Wasser, der Einfachheit halber wird die Erfindung im folgenden nur dafür beschrieben, obwohl auch andere Heiz- oder Kühlmittel verwendet werden können.
• Vierrohr-Klimaanlagen unterscheiden sich von den sogenannten Dreirohr-Klimaanlagen dadurch, daß sie zwei Rücklaufleitungen haben und nicht nur eine einzige Rücklaufleitung. Ein Dreirohr-System kann daher im Betrieb insbesondere dann unwirtschaftlich werden, wenn einige Wärmetauscher mit kaltem Wasser und andere mit heißem Wasser versorgt werden, da Temperaturverluste bei der Mischung von heißem und kaltem Wasser auftreten.
• Ein Vierrohr-System ist gewöhnlich komplizierter als ein Dreirohr-System, da jeder Wärmetauscher nicht nur mit einem Dreiwege-Sequenzventil am Eingang, sondern auch mit einem ähnlichen Ventil am Ausgang versehen sein muß. Bisher wurden diese Ventile von einem Thermostaten üblicher Bauart betätigt, der auf die Raumlufttemperatur anspricht, die von Hand eingestellt werden kann. Gemäß den erforderlichen Steuerkräften der Ventile wurden diese bisher üblicherweise über Servomotoren gesteuert. Diese Faktoren bedingen eine relativ komplizierte und aufwendige Installation. Es ist weiterhin schwierig zu gewährleisten, daß die Eingangs- und Ausgangsventile genau im Gleichtakt arbeiten.
• Um den Aufwand bisheriger Anlagen zu verringern und die auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden, besteht die Erfindung darin, daß das Schaltorgan in Abhängigkeit von der Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden Mediums die Verbindung zu der Rücklaufleitung für das Heiz- oder das Kühlmedium öffnet bzw. schließt, wobei das Schaltorgan durch einen an sich bekannten Thermostaten direkt gesteuert wird, der mit einem Gemisch gefüllt ist, das in einem gegebenen Temperaturbereich einen relativ großen, oberhalb und unterhalb dieses Bereiches jedoch einen kleinen Volumenausdehnungs-Koeffizienten besitzt.
• Auf diese Weise muß der auf die örtliche Raumtemperatur ansprechende Thermostat nur das am Eingang des Wärmetauschers angeordnete Dreiwege-Sequenzventil betätigen, während das Schaltorgan am Ausgang des Wärmetauschers davon unabhängig ist.
• Während der übergangszeit treten häufig Betriebszustände auf, bei denen nur ein geringer Kühl- oder Heizbedarf herrscht. Während dieser Zeiten werden die einzelnen Raumklimaapparate nur von einer geringen Menge heißen oder kalten Wassers durchströmt, so daß am Ende der Wärmetauscher in den Raumklimaapparaten das Rücklaufwasser eine Temperatur von etwa 20° C besitzt, unabhängig davon, ob in den Wärmetauscher heißes oder kaltes Wasser eingeströmt ist. Wird nun der Rücklauf erfindungsgemäß von der Temperatur des Rücklaufwassers gesteuert und arbeitet das Umschaltorgan so, daß immer nur eine Rücklaufleitung offen ist, so kann es vorkommen, daß z. B. bei einer Umschaltung bei 20°C bei geringfügig darüberliegenden Temperaturen das Rücklaufwasser nur zu dem Heizsystem zurückströmt und bei Rücklauftemperaturen geringfügig unter 20° C nur zum Kühlsystem fließt. Auf diese Weise könnte eines der beiden Systeme langsam entleert werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Umschaltorgan in seinem Umschaltbereich beide Rücklaufleitungen über einen gewissen Temperaturbereich gleichzeitig offenhält.
• Wie bereits erwähnt, besteht die überlegenheit der Vierrohr-Klimaanlage gegenüber den Dreirohranlagen darin, daß der Betrieb der Vierrohranlagen wesentlich wirtschaftlicher ist, weil bei diesen Anlagen Mischverluste weitgehend vermieden werden. Die mit der Erfindung erzielte Wirkung drückt bei einer Vierrohranlage die Mischverluste noch weiter herab, da der Rücklauf durch seine eigene Temperatur in die beiden verschiedenen Rücklaufleitungen geleitet wird und die Umschaltung nicht wie bisher durch die Stellung des Dreiwege-Sequenzventils und damit letzten Endes durch die Raumtemperatur erfolgt. Sind nun die beiden Wassersysteme an ein gemeinsames Ausgleichsgefäß angeschlossen, so können in diesem jedoch in gewissem Umfang Mischverluste auftreten, die die Wirkung der erfindungsgemäßen Maßnahme teilweise wieder aufheben. Daher ist es weiterhin vorteilhaft, für das Heizmedium und für das Kühlmedium je ein eigenes Ausgleichsgefäß vorzusehen, wobei es jedoch notwendig ist, beide Systeme durch eine überlaufverbindung miteinander zu verbinden.
• Wird während der kalten Jahreszeit einige Zeit lang, z. B. während eines Wochenendes die Anlage abgestellt oder stark gedrosselt, so kühlen die Wärmetauscher der einzelnen Raumklimaapparate und das ganze Leitungssystem aus. Wird dann die Anlage erneut angefahren, wobei der Jahreszeit entsprechend zumindest nahezu ausschließlich geheizt werden muß, so kühlt sich durch die Heizung des Leitungssystems und der Klimaapparate das Rücklaufwasser so stark ab, daß es von den erfindungsgemäß angeordneten Temperaturfühlern in den Kaltwasserrücklauf geleitet wird. Dadurch vermindert sich die Wassermenge in dem Heißwasserkreislauf, während dem fast nicht benötigten Kaltwasserkreislauf eine überschußmenge Rücklaufwasser zugeführt wird. Durch die Überlaufverbindung zwischen beiden Systemen wird die Verteilung des Rücklaufwassers während des Anfahrens im Winter wieder an die tatsächlichen Erfordernisse angepaßt.
• Da die hierbei auftretenden Mischverluste nur während des Anfahrens der Anlage auftreten, bringt die Verwendung zweier Ausgleichgefäße, die durch die überlaufleitung miteinander verbunden sind, gegenüber einer Vierrohr-Klimaanlage mit einem einzigen Ausgleichsgefäß zusätzliche Vorteile.
• Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten und im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Die Zeichnung zeigt ein Schaltschema einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vierrohr-Klimaanlage. Die Anlage ist der Einfachheit halber nur mit einem Raumklimaapparat 91 gezeigt, obwohl in der Praxis eine größere Anzahl Raumluft-Klimeapparate vorhanden sein wird, die im allgemeinen parallel miteinander verbunden sind, wobei z. B. in jedem Raum eines Gebäudes mindestens ein Apparat vorhanden ist.
• Das System enthält einen Kühlwasserkreislauf mit einem Kühler 80, einer Umwälzpumpe 81, einer Kaltwasser-Vorlaufleitung 82 und einer Kaltwasser-Rücklaufleitung 83. Der Heißwasserkreislauf besitzt entsprechend einen Erhitzer 84, eine Umwälzpumpe 85, eine Heißwasser-Vorlaufleitung 86 und eine Heißwasser-Rücklaufleitung 87. Die Vorlaufleitungen sind mit einem thermostatisch geregelten Dreiwege-Sequenzventil 88 verbunden und die Rücklaufleitungen mit einem thermostatisch geregelten Schaltorgan 89. Diese Ventile haben Verbindungen zu dem Wärmetauscher 90 des Raumluftklimaapparates 91. Die Heißwasser- und Kaltwasserkreisläufe besitzen eigene Ausgleichsgefäße 92 und 93, welche relativ zu ihrer Grundfläche eine große Höhe aufweisen, so daß eine kleine Mengenänderung des Wassers in einem der Kreisläufe eine erhebliche Änderung des Wasserniveaus in dem entsprechenden Ausgleichsgefäß verursacht, wodurch eine entsprechende Druckänderung in dem betreffenden Kreislauf erreicht wird. Eine überlaufleitung 94 sorgt für eine Verbindung zwischen dem oberen Teil der Ausgleichsgefäße. Sie ist mit einer offenen Steigleitung verbunden, um einen übermäßigen Druckanstieg in den Kreisläufen zu verhindern.
• Die Zentrale für die Aufbereitung der Primärluft ist nur schematisch dargestellt. Sie enthält üblicherweise einen Ventilator 96, Luftfilter 97 und Befeuchtungs- oder Entfeuchtungseinrichtungen 98 und 99.
• In Vierrohr-Klimaanlagen dieser Art sind der Heißwasserkreislauf und der Kaltwasserkreislauf im wesentlichen voneinander getrennt. Unter bestimmten Umständen können jedoch die Wärmetauscher 90 dem einen Kreislauf Wasser entziehen und es in beide Kreisläufe zurückströmen lassen, wenn auf Grund der Wassertemperatur im Schaltorgan 89 die Ventilkörper eine Zwischenstellung einnehmen, in der die Strömungswege zu beiden Rücklaufleitungen offen sind, beispielsweise in einem Temperaturbereich von etwa 18 bis 24° C. Dadurch wird die Wassermenge in einem Kreislauf vergrößert und im anderen verkleinert. Dieses Problem kann in dem dargestellten System durch die Anordnung der Ausgleichsgefäße 92 und 93 gelöst werden. Denn wenn die Wassermenge in einem Kreislauf größer wird, steigt das Wasserniveau in dem zugehörigen Ausgleichsgefäß an und der statische Druck in diesem Kreislauf wird heraufgesetzt. Infolgedessen wird der Gegendruck in den offenen Rücklaufleitungen größer, wodurch die Wassermenge in diesen Rücklaufleitungen reduziert wird. Hierdurch wird die Wassermenge durch die offenen Rücklaufleitungen des anderen Kreislaufes größer, wodurch das Gleichgewicht zwischen den Kreisläufen wieder hergestellt wird.
• Steigt das Wasserniveau in einem Ausgleichsgefäß bis zu einem Maximum, fließt das überschüssige Wasser durch die Verbindungsleitung 94 zurück in den anderen Kreislauf. Dieses kann bei einem sehr raschen Übergang von Wasser von einem Kreislauf auf den anderen auftreten. Ein solcher rascher Übergang wird z. B. im Augenblick eines plötzlichen Ansteigens oder Fallens der Umgebungstemperatur oder bei etwa gleichzeitigen Änderungen der Thermostateinstellung in verschiedenen Räumen hervorgerufen. Die Ausgleichsgefäße besitzen Schwimmerventile 95, die frisches Wasser zuführen, sobald der Wasserspiegel in einem der Ausgleichsgefäße unter eine bestimmte untere Grenze fällt.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Vierrohr-Klimaanlage, bei der zur Temperierung der Raumluft in einzelnen Räumen jeder Wärmetauscher jedes Raumluft-Klimaapparates in Abhängigkeit von der Temperatur in dem zu temperierenden Raum über ein Dreiwege-Sequenzventil wahlweise mit der Vorlaufleitung für das Heiz- oder das Kühlmedium verbunden ist, und bei der für den Rückluaf des Heiz- oder des Kühlmediums getrennte Rücklaufleitungen vorhanden sind, die über ein temperaturabhängiges Schaltorgan mit dem austrittsseitigen Ende des Wärmetauschers verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Schaltorgan (98) in Abhängigkeit von der Temperatur des den Wärmetauscher verlassenden Mediums die Verbindung zu der Rücklaufleitung für das Heiz-oder das Kühlmedium (87 bzw. 83) öffnet bzw. schließt, wobei das Schaltorgan (89) durch einen an sich bekannten Thermostaten direkt gesteuert wird, der mit einem Gemisch gefüllt ist, das in einem gegebenen Temperaturbereich einen relativ großen, oberhalb und unterhalb dieses Bereiches jedoch einen kleinen Volumenausdehnungs-Koeffizienten besitzt.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (89) in an sich bekannter Weise jeden der beiden Strömungswege (83, 87) freigibt, ehe der andere geschlossen ist.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmedium-Vorlauf- und Rücklaufleitungen (86, 87) mit einem Ausgleichsgefäß (92) verbunden sind, und daß die Kühlmedium-Vorlauf- und Rücklaufleitungen (82,83) mit einem anderen Ausgleichsgefäß (93) verbunden sind, wobei eine überlaufverbindung (94) zwischen den Kreislaufsystemen des Heizmediums und des Kühlmediums vorhanden ist.