DE1580967C3 - Verfahren zur Klimatisierung von Fahrgasträumen von Schienenfahrzeugen und Anordnung zur Durchfuhrung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klimatisierung von Fahrgasträumen von Schienenfahrzeugen, in dem eine in eine Grundgedanken- und Zusatzmenge aufgeteilte, nach den Außenbedingungen durch Kühlung und Wärmezufuhr temperierte Luftmenge zur Kühlung des vollbesetzten Fahrgastraumes diesem zugeführt wird und bei Verminderung des Besetzungsgrades die Kühlung durch Erhöhen dieser Wärmezufuhr herabgesetzt wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Es ist schon ein Verfahren bzw. eine Anordnung bekannt (DT-PS 1197 112), bei dem die über einen Ventilator zugeführte Frischluft vor jeglicher Temperierung in eine Grund- und eine Zusatzmenge aufgeteilt wird. Jede dieser Mengen kann je nach den Außenbedingungen durch Kühlung oder Wärmezufuhr für sich temperiert werden. Im Kühlbetrieb ist dabei die Kühlleistung so ausgelegt, daß bei vollbesetztem Fahrgastraum eine für die gewünschte Temperierung ausreichende Kühlleistung sichergestellt ist. Eine Verminderung des Besetzungsgrades im Fahrgastraum hat eine Verminderung der Wärmeabgabe der Fahrgäste an dem Fahrgastraum zur Folge. Es wird also unterkühlt. Dieses Problem wird in der bekannten Anlage dadurch beseitigt, daß über eine entsprechend aufgeheizte Zusatzmenge eine Rückheizung des unterkühlten Fahrgastraumes erfolgt. Zur festgelegten Kühlleistung kommt damit auch noch eine Heizleistung. Der Energiebedarf einer solchen Klimatisierung ist deshalb hoch. Weiter arbeitet die Vorrichtung nicht selbsttätig. Die Zuführung der für die Rückheizung notwendigen Wärme über die Zusatzmenge muß vielmehr von den Fahrgästen selbst geregelt werden. Da diese lediglich eine entsprechende Klappe steuern können, muß das Aufheizen der Zusatzmenge ständig erfolgen. Der hohe Energieverbrauch ist deshalb ebenfalls ein ständiger Nachteil des Systems. Da überdies die Temperierung erst nach dem Aufteilen in Grund- und Zusatzmenge erfolgt, sind Klimaaggregate für beide Mengen erforderlich; damit ist ein weiterer baulicher Aufwand verbunden.

Bekannt ist auch schon eine Anordnung (DT-PS 6 48 192), bei der die zugeführte Frischluft zunächst beheizt und anschließend über eine Beriesclungsanlage geführt wird. Erst danach erfolgt die Aufteilung auf einen Haupt- und einen Nebenkanal. Im Nebenkanal wird die Kühlluft direkt dem Fahrgastraum zugeführt. Im Hauptkanal erfolgt ein Aufheizen in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Auch hier muß der Fahrgast im Fahrgastraum durch Regelung der den beiden Kanälen entnommenen Luftmengen von Hand die gewünschte Temperatur einstellen. Eine selbsttätige Mengenregelung in Abhängigkeit von der Raumtemperatur im Fahrgastraum ist nicht vorgesehen. Da die weitere Aufheizung der Grundmenge nur in Abhängigkeit von der Außentemperatur erfolgt, ist überdies ständige Aufheizung auch dann gegeben, wenn der Fahrgastraum voll besetzt ist und sich entsprechend selbst aufheizt. Auch hier ist also ein unnötig hoher Energieverbrauch nicht zu vermeiden.

Schließlich ist es auch bekannt (Zeitschrift »Die Installation« 1961, Seiten 69 bis 74), die Kaltluftmenge zu regeln. Dabei wird jeweils über eine Kaltluft-Zusatzmenge die Personenwärme kompensiert. Bei dem System wird also eine dem Besetzungsgrad entsprechende veränderliche Außenlufttemperatur zugeführt.

Hierbei müssen erhebliche Schwankungen der Menge zugeführter Frischluft hingenommen werden. Das ist unerwünscht und überdies schwer zu realisieren. Auch müssen verschiedene Kanäle unterschiedlich temperier- , te Luftmengen anbieten, um eine den Bedürfnissen j

entsprechende Regelung zu ermöglichen. Das stellt j einen zusätzlichen Aufwand mit zusätzlichem Energie- i verbrauch dar. Das System ist deshalb nur für Gebäude j mit unterschiedlichen Raumgrößen, aber nicht für die j

Klimatisierung von Fahrgasträumen auf Schienenfahrzeugen geeignet. ';·■■;■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art für die Klimatisierung von Fahrgasträumen von Schienenfahrzeugen so auszugestalten, daß bei selbsttätiger Anpassung der Temperatur im Fahrgastraum an den Besetzungsgrad eine Verminderung des Energieverbrauchs und damit eine höhere Wirtschaftlichkeit erzielt wird.- " ■■'''.■'■'■■ :'^:'^i;-'' ';^Ί;'^; i--^'^^^-- :^:-v'-^{f ;} Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gesamte Kühlluftmenge gemeinsam temperiert wird, daß anschließend die temperierte Kühlluftmenge in eine Kühlluft-Grundmenge und eine für sich weiter aufheizbare Zusatzmenge unterteilt wird, daß im Kühlbetrieb die dem Fahrgastraum zugeführte Kühlluft-Grundmenge in Abhängigkeit von der Raumtemperatur im Fahrgastraum einer Mengenregelung im Sinne einer Verminderung unterworfen wird, und daß eine Mengenregelung der für sich aufheizbaren Zusatzmenge erfolgt und zwar gegenläufig bezüglich der Mengenregelung eines Teils der Kühlluft-Grundmenge.

Die grundsätzliche Temperierung der Frischluft erfolgt vollständig. Das vermindert den Aufwand an erforderlichen Aggregaten und vereinfacht die Regelung, da nur die einmal verwendeten Aggregate gesteuert werden müssen, über die die gesamte Frischluft streicht. Die Aufteilung in eine Grundmenge und in eine Zusatzmenge erfolgt erst nach der so durchgeführten Temperierung. Dabei wird so vorgegangen, daß eine Kühlluft-Grundmenge von einer für sich weiter aufheizbaren Zusatzmenge getrennt wird. Ein Aufheizen der Zusatzmenge ist dann nicht erforderlich, wenn der Fahrgastraum voll besetzt ist. Es wird also nur im Bedarfsfalle für die zusätzliche Aufheizung Energie benötigt. Das spart Energie und ermöglicht doch eine rasche Anpassung an den jeweiligen Besetzungsgrad. Überdies wird im Kühlbetrieb die dem Fahrgastraum zugeführte Kühlluft-Grundmenge in Abhängigkeit von der Raumtemperatur im Fahrgastraum einer Mengenregelung im Sinne einer Verminderung unterworfen. Dadurch wird also nicht mehr die Kühlung des Fahrgastraumes unter allen Umständen dem vollbesetzten Zustand angepaßt, sondern schon bei der Zuführung der Kühlluftmenge eine Anpassung an den Besetzungsgrad vorgenommen. Infolgedessen ist der bei der allfälligen Heizung erforderliche Energieverbrauch weiter vermindert, weil bereits eine geringere Aufheizung der Zusatzmenge ausreicht, die verminderte Kühlluftmenge auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Überdies erfolgt eine Mengenregelung auch für die für sich aufheizbare Zusatzmenge und zwar gegenläufig bezüglich der Mengenregelung eines Teils der Kühlluft-Grundmenge. Dadurch wird für immer gleichen Frischluftdurchsatz gesorgt, andererseits aber das rasche Ansprechen auf den jeweiligen Besetzungsgrad weiter günstig beeinflußt. Es ist also ein selbsttätiges Klimatisieren möglich, das den Bedürfnissen der Fahrgäste und der jeweiligen Besetzung des Fahrgastraumes gut angepaßt ist, auf Veränderungen des Besetzungsgrades schnell reagiert, wobei ein stark verminderter Energiebedarf erzielt wird.

Wenn gemäß einer Ausgestaltung der Verminderung der Kühlleistung bis zum Endwert, d. h. bis zu dem bei leerem Fahrgastraum erforderlichen Wert etwa zur Hälfte durch Wärmezufuhr über die weitere Aufheizung der Zusatzmenge und zur Hälfte durch Verminderung der Kühlluft-Grundmenge erfolgt, so wird die Luftrate pro Person beibehalten, was den Bedürfnissen der Praxis am besten entspricht. Die Regelung der Kühlleistung erfolgt hierbei in der einen Hälfte des Regelbereiches durch die Mengenregelung der Kühlluft-Grundmenge im Sinne einer Verminderung, in der anderen Hälfte durch Aufheizung. Ist der durchschnittliche Besetzungsgrad des Fahrgastraumes 1/2, so ist es am wirtschaftlichsten, die Kühlleistung bei einer die Halbbesetzung überschreitenden Besetzung durch Verminderung der Kühlluft-Grundmenge herabzusetzen und erst bei einer weiteren Verminderung des Besetzungsgrades die Wärmezufuhr einsetzen zu lassen. Der Energieverbrauch ist dann am geringsten.

Auch ist es zweckmäßig, die durch die weitere Aufheizung der Zusatzmenge erzielte Temperatur bei Kühlbetrieb auf einen niedrigeren konstanten Wert einzustellen als bei Heizbetrieb. Dadurch wird eine größere Luftrate pro Person erreicht, als wenn die gleiche Wärmemenge mit höher erhitzter Luft zugeführt würde. Wenn die zur Verminderung der Kühlleistung zugeführte aufgeheizte Zusatzmenge vor ihrem Erhitzen unter den Taupunkt abgekühlt wurde, steht eine größere Menge an Trockenluft zum Herabsetzen der relativen Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum zur Verfügung. Es kann in einem solchen Fall, wenn die Verminderung der Kühlleistung mit Warmluft von geringerer Temperatur durchgeführt wird, auch die Kühlluft-Grundmenge unter Aufrechterhalten der erforderlichen Luftrate pro Person weiter herabgesetzt werden. Es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, die Kühlluft-Grundmenge bis etwa zur Hälfte zu vermindern, ohne das Wohlbefinden der Fahrgäste zu beeinträchtigen. Das ist eine Folge des angewendeten Verfahrens für die Klimatisierung und erbringt eine weitere Energieersparnis.

Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

F i g. 1 das Schema der Heizung eines Eisenbahnabteils sowie ·

Fig.2 und 3 Einzelheiten, wobei Fig.2 den Schnitt im Fensterbereich nach Linie H-II der Fig.l und -F ig. 3 den Schnitt durch Luftkanäle unterhalb des Sitzes nach Linie III-III der Fig. 1 darstellt.

Die Frischluft wird duch ein Gebläse 1 mit Motor in einen Kanal 3 angesaugt. Über ein Gitter 4 kann Frischluft und über ein Gitter 5 Raumluft in den Kanal 3 gelangen. Durch eine schwenkbare Klappe 6 kann Frischluftbetrieb (ausgezogene Darstellung) auf Raumluftbetrieb (strichpunktierte Darstellung 6') umgestellt werden. Über einen Filter 7 gelangt die Luft in ein Klimaaggregat 8.

In diesem Klimaaggregat sind einerseits Kühlschlangen 9 und 10 und andererseits Heizspiralen 11 und 12 untergebracht. Das Kühlaggregat selbst ist schematisch dargestellt und besteht aus einem Verdichter 13, einem Verdichtermotor 14, einem Verflüssiger 15 mit dem Ventilator und einer Kältemittelsammelflasche 16. Über ein Ventil 17 kann das gesamte Kühlschlangensystem 9, 10 ausgeschaltet werden. Mit Hilfe von Magnetventilen 18 können wahlweise entweder die Kühlschlange 9 oder die Kühlschlange 10 oder beide Kühlschlangen 9 und 10 eingeschaltet werden. Ein Thermostat 19 kontrolliert die Temperatur im Kälteteil des Kühlapparates.

Bei Heizbedarf kann die Heizspirale 11 oder 12 oder es können beide Heizspiralen 11 und 12 eingeschaltet werden, wobei die Temperatur im Wärmeteil des Klimaaggregates durch einen Begrenzungsthermosta-

ten 20 kontrolliert wird. Ein Sicherheitsthermostat 21 schaltet bei Überschreiten einer vorbestimmten Sicherheitstemperaturgrenze die Heizung aus.

Die gekühlte oder gewärmte Luft wird aus dem Klimaaggregat 8 über das Gebläse 1 in einen Kanal 22 gefördert, welcher zu den verschiedenen Abteilen führt. Das Einschalten des Kälteaggregates 9, 10 oder des Wärmeaggregates 11, 12 erfolgt in Abhängigkeit von den WitterungsVerhältnissen und unabhängig von der Temperatur im Fahrgastraum. Die Steuerung erfolgt durch einen sogenannten, am Dach des Fahrzeuges angebrachten Pulsateur 44. Dieser Pulsateur weist einen über eine Leitung 45 mit dem Kanal 22 verbundenen Vergleichsbehälter auf, in dem ein die Regelimpulse abgebender Temperaturfühler angeordnet ist. Durch einen solchen Pulsateur wird nicht nur die Außentemperatur berücksichtigt, sondern es werden auch die Witterungsverhältnisse, beispielsweise die Sonnenbestrahlung, der Fahrtwind, die Niederschläge usw. in die Steuerung einbezogen. Der Kanal 22 führt somit im Kühlbetrieb die Grundmenge an Kühlluft, welche dem Fahrgastabteil zugeführt wird.

In einen Warmluftkanal 23 wird die Luft durch das Gebläse 1 über eine Heizspirale 24 gefördert. Die Temperatur der Warmluft in diesem Warmluftkanal 23 wird durch Thermostaten auf Festwerte eingestellt. Ein Thermostat 25 ist beispielsweise im Heizbetrieb und ein Thermostat 26 im Kühlbetrieb in Wirkung, während ein Thermostat 27 als Sicherheitsthermostat wirkt, welcher bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur die Stromzufuhr zur Heizspirale 24 ausschaltet. Beide Thermostaten 25 und 26 regeln auf konstante Temperatur im Warmluftkanal 23, wobei die Temperatur bei Kühlbetrieb niedriger ist als bei Heizbetrieb. Der Thermostat 25 regelt im Heizbetrieb beispielsweise auf eine konstante Lufttemperatur auf 80° C, während der Thermostat 26 im Kühlbetrieb beispielsweise auf eine konstante Lufttemperatur von 50° C im Warmluftkanal 23 regelt.

Unterhalb des Fensters ist ein Sammelgehäuse 28, in welches die Luft aus dem Grundkanal 22 und dem Warmluftkanal 23 strömt und dort gemischt wird.

Zusätzlich wird noch Raumluft durch eine Öffnung 29 angesaugt. Das Ausströmen der Luft erfolgt durch Öffnungen 30. Der Kanal 22 weist im Bereich unterhalb des Fensters 31 Austrittsöffnungen 32 auf, welche durch einen Lochschieber 33 abgedeckt sind. Diese Austrittsöffnungen können durch den Lochschieber 33 gedrosselt und beispielsweise halb abgeschlossen werden. Der Warmluftkanal 23 weist eine Austrittsöffnung 34 auf, welche durch einen Drehschieber 35 abgeschlossen werden kann. Durch diese Austrittsöffnung 34 tritt die Warmluft in einen Raum 36 aus, von welchem sie in das Sammelgehäuse 28 strömt.

Der Drehschieber 35 wird durch einen Drehmagneten 37 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur verstellt. Mit diesem Drehschieber ist über eine gestrichelt angedeutete Stange 38 der Lochschieber 33 derart gekuppelt, daß die Austrittsöffnungen 32 und 34 gegenläufig gesteuert werden. Auf diese Art wird bei abnehmender Besetzung im Abteil die Wärmezufuhr aus dem Warmluftkanal 23 über die Öffnung 34 vergrößert und gleichzeitig die Kaltluftzufuhr aus dem Grundkanal 22 über die Austrittsöffnungen 32 vermindert.

Im' Bereich unterhalb der Fenster sind gleichfalls Austrittsöffnungen 39 am Grundkanal vorgesehen, welche nicht steuerbar sind. Die Hauptmenge an Kühlluft tritt im Bereich unterhalb des Fensterns 31 durch die Öffnungen 32 aus und es genügt, diese Austrittsöffnungen zu steuern, da keinesfalls die Kühlluftzufuhr durch den Grundkanal 22 völlig unterbunden werden darf.

Über einen abgezweigten Kanal 40 kann Luft aus dem Grundkanal 22 dem Korridor zugeführt werden, wobei über einen Drehschieber 41, der durch einen im Korridor befindlichen Thermostaten gesteuert wird, Warmluft aus dem Warmluftkanal 23 zugemischt werden kann. Über eine Leitung 42, in welche die Zufuhr aus dem Grundkanal 22 und dem Warmluftkanal 23 über einen Drehschieber 43 gleichfalls wieder durch einen Thermostaten gesteuert wird, kann ein Konvektor beheizt werden oder es kann entsprechend temperierte Luft dem Waschraum oder Vorraum zugeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Klimatisierung von Fahrgasträumen von Schienenfahrzeugen, in dem eine in eine Grund- und Zusatzmenge aufgeteilte, Kühlung und Wärmezufuhr temperierte Luftmenge zur Kühlung des vollbesetzten Fahrgastraumes diesem zugeführt wird und bei Verminderung des Besetzungsgrades die Kühlung durch Erhöhen dieser Wärmezufuhr herabgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Kühlluftmenge gemeinsam temperiert wird, daß anschließend die temperierte Kühlluftmenge in eine Kühlluft-Grundmenge und eine für sich weiter aufheizbare Zusatzmenge unterteilt wird, daß im Kühlbetrieb die dem Fahrgastraum zugeführte Kühlluft-Grundmenge in Abhängigkeit von der Raumtemperatur im Fahrgastraum einer Mengenregelung im Sinne einer Verminderung unterworfen wird, und daß eine Mengenregelung der für sich aufheizbaren Zusatzmenge erfolgt und zwar gegenläufig bezüglich der Mengenregelung eines Teils der Kühlluft-Grundmenge.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei leerem Fahrgastraum die Verminderung der Kühlung etwa zur Hälfte durch die weitere Aufheizung der Zusatzmenge und etwa zur Hälfte durch die Kühlluft-Grundmengenregelung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in der einen Hälfte des Regelbereiches durch Verminderung der Kühlluft-Grundmenge und in der anderen Hälfte des Regelbereiches durch die weitere Aufheizung der Zusatzmenge erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die weitere Aufheizung der Zusatzmenge erreichte Temperatur bei Kühlbetrieb auf einen niedrigeren konstanten Wert eingestellt wird als bei Heizbetrieb.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Kanal für die Zuführung der Kühlluft zum Fahrgastraum und einem weiteren Kanal für die Warmluft, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise für die Drosselung des Austrittsquerschnittes des Kühlluftkanals (22) ein in Abhängigkeit von der Raumtemperatur gesteuerter Lochschieber (33) vorgesehen ist, wobei der Lochschieber und der die Warmluftzufuhr zum Fahrgastraum steuernde Schieber (35) im Kühlbetrieb gegenläufig gesteuert sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des Austrittsquerschnittes

(32) des Kühlluftkanals durch einen Lochschieber

(33) gesteuert ist.