DE19548458A1

DE19548458A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Luftkühlung und -entfeuchtung

Info

Publication number: DE19548458A1
Application number: DE1995148458
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Thiesen
Original assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Current assignee: Institut fuer Luft und Kaeltetechnik Gemeinnuetzige GmbH
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-06-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Luftkühlung mit definierter Entfeuchtung des Luftstromes und findet vorzugsweise bei Kohlendioxyd-Kälteanlagen An wendung.

Der Verdampfer einer Klimaanlage dient durch Kühlung und Entfeuchtung der Zuluft der Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Raumluftzustandes. Die Anpassung der Kühllei stung des Verdampfers erfolgt überwiegend nach der erforderlichen Zulufttemperatur, mit der nur eine Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur gewährleistet werden kann. In weiten Einsatzbereichen (hohe Außenluftfeuchte, Teillast) ist die erforderliche Luftabküh lung zur Einhaltung der vorgegebenen Raumluftfeuchte höher als die zur Abführung der Wärmelast durch Transmission, Strahlung und Personen. Gegenwärtige Entwicklungsten denzen, die auf einer Verminderung der Raumlast durch Verbesserung der Isolation und des Sonnenschutzes hinzielen, verstärken diesen Effekt.

Die Oberflächentemperaturen liegen bei engberippten Hochleistungsverdampfern nur weni ge Grad unter der Lufttemperatur bzw. überwiegend über der Taupunkttemperatur. Die be handelte Luft wird deshalb zunächst stark abgekühlt bis sie nahezu gesättigt ist und wird erst danach bei weiterer Abkühlung wesentlich entfeuchtet. Wird eine Abkühlung der Luft unter die Sättigungstemperatur aufgrund der vorhandenen Last nicht benötigt, kann eine geringe Entfeuchtung in gewissen Betriebsbereichen erzwungen werden. Mit der Wahl ei ner extrem niedrigen Verdampfungstemperatur werden teilweise am Verdampfer Oberflä chentemperaturen unter der Taupunkttemperatur erzielt. Es kommt demzufolge schon bei Luftaustrittstemperaturen über der Taupunkttemperatur bzw. bei geringen Raumlasten zu einer gewissen Entfeuchtung. Betriebsprobleme durch Vereisungen am Verdampfer bei Teillast und ein erhöhter Energiebedarf bei unbestimmtem Entfeuchtungsgrad sind die Nachteile dieser Anlagengestaltung.

Bei gegebener Raumlast wird die behandelte Luft bei reduziertem Luftvolumenstrom we sentlich tiefer abgekühlt und damit in einem größeren Betriebsbereich ausreichend ent feuchtet. Bekannt ist ein Verfahren zur Reduzierung des behandelten Luftvolumenstromes durch Anpassung des erforderlichen Außenluftanteils an die Anzahl der tatsächlich im Raum befindlichen Personen. Der Aufwand für solch eine Bestimmung ist nur lohnend bei stark schwankender Personenanzahl, wie z. B. in Nahverkehrsmitteln, wo die Außenluftrate entsprechend des Personengesamtgewichtes über die Achsfederpressung bestimmt wird.

Die zu einer verstärkten Entfeuchtung benötigte erhöhte Luftabkühlung erfordert zur Auf rechterhaltung der Raumtemperatur eine Wärmezufuhr. Bekannt ist ein Verfahren, indem der Zuluftstrom nach dem Verdampferaustritt mit Prozeßabwärme, z. B. durch Teilkonden sation des Kältemittels in einem Nachheizer, auf die gewünschte Zulufttemperatur erwärmt wird. Nur dieses Verfahren erlaubt die Einhaltung einer definierten Raumlufttemperatur und -feuchte. Aufgrund des apparativen und insbesondere des erhöhten energetischen Auf wandes ist der Einsatz auf Sonderanlagen beschränkt. Nachteilig an dem Verfahren ist, daß der erforderliche erhöhte fühlbare Kälteleistungsanteil durch Nachheizung vernichtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur energieökonomischen Kühlung und Entfeuchtung von Luftströmen zu schaffen, wobei vorstehend beschriebene Nachteile bekannter Lösungen nicht auftreten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die verbesserte, definierte Luftentfeuchtung wird durch die erfindungsgemäße Luftnachheizung mittels Druckgasnachkühlung erreicht.

Anhand der Abbildungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein CO₂-h,p-Diagramm mit dem erfindungsgemäßen Prozeßablauf

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in schematischer Darstellung.

Nach dem Verfahren wird im Verdampfer die zu behandelnde Luft bis auf die zur definierten Entfeuchtung erforderliche Temperatur t_VLA abgekühlt. Gegenüber der gewünschten Zuluft temperatur t_ZL muß dazu die Luft um den Kälteleistungsanteil

ΔQ_iWT = _L·p_L·(h_ZL-h_VLA) = _L·p_L·Δh_LiWT

durch verdampfendes Kältemittel verstärkt abgekühlt bzw. unterkühlt werden. Die Verbes serung der Prozeßeffektivität besteht darin, das in einem luftseitig nachgeschalteten Wär meübertrager die Verdampferauftrittsluft mit dem zu seiner Unterkühlung erforderlichen Kälteleistungsanteil ΔQ_iWT die aus dem Gaskühler austretenden Druckgase unterkühlt und dabei sich auf die gewünschte Zulufttemperatur t_ZL erwärmt.

Durch die Kühlung der Druckgase von t_b auf t_c (Fig. 1) erhöht sich die spezifische Kältelei stung im Verdampfer

ΔAh_Verd. um Δh_iWT = h_b - h_c

auf Δh_Verd = h_f - h_e + Δh_iWT = h_f - h_d

Im Kompressor 1 werden die überhitzten Saugdämpfe (f), (46,3 bar, 21°C) aus dem Ver dampfer 5 (t_o = 11°C) in den überkritischen Bereich auf (a), (89 bar, 78°C) verdichtet. Im Gaskühler 2 werden die Druckgase durch die Außenluft (32°C) auf den Zustand (b), (89 bar, 36°C) gekühlt.

Anschließend durchströmen die gekühlten Druckgase den mit Verdampferauftrittsluft (t_VLA = 17°C) beaufschlagten Gasnachkühler 3, wobei die Druckgase auf den Zustand c, (89 bar, 32°C) unterkühlt werden und die Verdampferluft sich auf die gewünschte Zulufttemperatur (t_LZ = 20°C) erwärmt. Im Drosselventil 4 entspannt das unterkühlte Hochdruckfluid auf den Zustand (d), (46,3 bar, 11°C).

Durch die innere Wärmeübertragung mittels der Gasnachkühlung durch die Verdamp feraustrittsluft erhöht sich nach der Drosselung die spezifische Verdampfungsenthalpie um den Anteil Δh_iWT = h_e - h_d bzw. im gleichen Maße die spezifische Kälteleistung bei gleich bleibendem spezifischen Leistungsbedarf des Verdichters. Dies bewirkt eine erhebliche Steigerung der Energieeffizienz.

Claims

1. Vorrichtung zur Luftkühlung und -entfeuchtung mit einer Kompressionskälteanlage, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kompressor (1) ein Außenluft beaufschlagter Gas kühler (2), ein Gasnachkühler (3) und über ein Drosselventil (4) ein Verdampfer (5) so nachgeschaltet ist, daß der zu behandelnde Luftstrom (7) über den Verdampfer (5), ei nen zwischengeschalteten Tropfenabscheider (6) und den Gasnachkühler (3) geleitet wird.

2. Verfahren zur Luftkühlung und -entfeuchtung mit einer Kompressionskälteanlage, da durch gekennzeichnet, daß die innere Wärmeübertragung über das Arbeitsmittel Luft als Zwischenmedium erfolgt und daß, im Verdampfer (5) mittels einer erhöhten Kälte leistung, der Luftstrom (7) verstärkt abkühlt und entfeuchtet wird und dieser Luftstrom (7) in einem dem Verdampfer (5) nachgeschalteten Gasnachkühler (3) mit dem fühlba ren Anteil seiner verstärkten Abkühlung bzw. den entsprechenden Anteil der erhöhten Kälteleistung das aus dem Gaskühler (2) austretende Kältemittel weiter unterkühlt, wo durch dieser erhöhte Kälteleistungsanteil rückgewonnen wird.