DE19813157A1 - Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes - Google Patents

Abstract

Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung einer Raumes oder Gebäudes mit einem Luftströmungssystem (Primärluftsystem), das einen in die Umgebung des Raumes gerichteten Fortluftstrom 60 und einen in den Raum gerichteten Zuluftstrom 70 aufweist, die aus der Abluft des Raumes und/oder der Außenluft bestehen oder zusammengesetzt sind, und mit einem konvektiven System und/oder Strahlungssystem (sekundäres Klimatisierungssystem) 2 mit einer im zu klimatisierenden Raum oder Gebäude angeordneten konvektiven Einrichtung und/oder Strahlungseinrichtung 22 und einer wärmetauschenden Einrichtung 21, die von einem Trägermedium durchströmt sind. Die wärmetauschende Einrichtung 21 oder ein Verdampfer/Kondensatorsystem 15 bis 19, das über ein Kältemittel enthaltende Leitungen 31 bis 36 mit der wärmetauschenden Einrichtung 21 verbunden ist, ist bzw. sind im Fortluftstrom 60 des Primärluftsystems 1 angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Raumlufttechnische Anlagen zur Klimatisierung von Innenräu­ men werden in Anlagen mit und ohne Lüftungsfunktion unter­ teilt, wobei Anlagen mit Lüftungsfunktion Einrichtungen zur Außenluftförderung und -einbringung in den zu klimatisieren­ den Raum aufweisen, während Anlagen ohne Lüftungsfunktion als Umluft-Klimaanlagen keine Außenluftförderung und -ein­ bringung aufweisen und im reinen Umluftprinzip arbeiten. Beide raumlufttechnischen Anlagentypen schließen die Anwen­ dung von vier thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen, nämlich Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten, ein. Zu diesen vier thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen kann noch die Luftfilterung mit unterschiedlichen Filtergüteklassen in ein- oder mehrstufiger Form hinzukommen.

Teilklimaanlagen verfügen nach der Begriffsbestimmung über eine geringere Anzahl thermodynamischer Luftbehandlungsfunk­ tionen. So versteht man unter einer Lüftungsanlage eine raumlufttechnische Anlage mit Lüftungsfunktion und ohne bzw. mit einer thermodynamischen Luftbehandlungsfunktion, unter einer Umluftanlage eine raumlufttechnische Anlage ohne Lüftungsfunktion und ohne bzw. mit einer thermodynami­ schen Luftbehandlungsfunktion, unter einer Teilklimaanlage eine raumlufttechnische Anlage mit Lüftungsfunktion und mit zwei oder drei thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen und unter einer Umluft-Teilklimaanlage eine raumlufttechni­ sche Anlage ohne Lüftungsfunktion und mit zwei oder drei thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen.

Zur Erfüllung der Luftbehandlungsfunktionen werden üblicher­ weise Klimageräte in Modulbauweise oder sogenannte Kli­ ma-Schrankgeräte verwendet. Bei diesen Geräten handelt es sich um thermisch und akustisch isolierte Gehäuse, die neben den Ventilatoren zur Luftförderung weitere Bauteile zur Luftbehandlung aufnehmen, nämlich neben einem Luftfil­ ter zur Luftreinigung die Aggregate, die zur thermodynami­ schen Behandlung erforderlich sind, wie Kühler zur Luftab­ kühlung und zur Erzeugung von Kondensation und damit zur Luftentfeuchtung, Lufterhitzer und Luftbefeuchter.

Insbesondere zur Raumkühlung werden Kühlsysteme angewandt, die sich durch vielfältige verfahrenstechnische Anwendungen unterscheiden. So sind Klimageräte mit einem Kaltwasserküh­ ler bekannt, dem ständig zu Abkühlungs- und Entfeuchtungs­ zwecken Kaltwasser aus einem extern aufgestellten Kaltwas­ sererzeuger (Kaltwassersatz) zugeführt wird. Bei diesem System sind zwei Aggregate erforderlich, nämlich zum einen das Luftbehandlungsgerät mit dem Luftkühler und zum anderen der Kaltwassererzeuger mit den Kältemaschinen und den Kon­ densatoren zur Abfuhr der Wärmeenergie aus dem Kühlprozeß. Bei diesem Klimagerät wird üblicherweise die aus dem Kühl­ prozeß entstehende Wärmeenergie ohne weitere Nutzung durch die Kondensator-Ventilatoren an die Umgebung abgegeben.

Im Unterschied zu Klimageräten mit einem Kaltwasserkühler und einem extern aufgestellten Kaltwassererzeuger, dessen Kühlenergie durch Wärmeübertrager von Kältemitteln auf Kaltwasser übertragen wird, arbeiten Direktverdampfungs­ systeme ohne diese Umsetzung. Bei diesen Direktverdampfungs­ systemen wird das Kältemittel direkt in dem Rohrsystem des Verdampfers (Luftkühler) verdampft, und damit die Kühlener­ gie auf die Luftströme übertragen, die in einem Klimagerät durch Ventilatoren bewegt bzw. gefördert werden.

Auch dieses System benötigt zur Abfuhr der Wärmeenergie, die aus dem Kühlprozeß entsteht, einen Kondensator. Diese Systeme werden üblicherweise extern aufgestellt und beinhal­ ten neben den Kompressoren zur Kälteerzeugung auch die Kondensatoren.

Des weiteren sind bivalente Klimasysteme bekannt, die sowohl die sogenannte Primärluft, bei der es sich in aller Regel um die Außenluft handelt, behandeln und mit der so konditionierten und gekühlten Primärluft nur einen Teil der Raum- bzw. Gebäudekühllast abführen. In Ergänzung zu diesem Primärluftsystem werden innerhalb der Räume bzw. Gebäude Konvektorsysteme oder Strahlungssysteme angeordnet, die unmittelbar an der Wärme-Entstehungsquelle für eine weitere und zusätzliche Abkühlung sorgen, also unmittelbar in den Räumen mit dem Klimatisierungs- bzw. Kühlbedarf wirksam sind.

Die vorstehend beschriebenen Systeme können zur Energieein­ sparung zusätzlich mit Wärmerückgewinnungsaggregaten ausge­ stattet werden, so daß Systeme mit unterschiedlichen Wir­ kungsgraden bereitgestellt werden. Diese Form der Wärmerück­ gewinnung macht jedoch Gebrauch von den Energiemengen, die in den Luftströmen Außenluft, Rückluft/Zuluft und Abluft/­ Fortluft enthalten sind, die durch die Zu- und Abluftventi­ latoren bewegt werden. Dabei werden die Zu- und Fortluft­ ströme etwa gleich groß gehalten oder die Klimageräte je nach Funktionsanspruch geringfügig im Überdruck- oder Unterdruckverfahren ausgelegt. Grundsätzlich gilt hier das Prinzip, daß die in die zu klimatisierenden Räume einge­ brachte Zuluft auch wieder aus den Räumen als Abluft abge­ führt werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer raumlufttechnischen Anlage zur bivalenten Klimatisie­ rung eines Raumes zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet einen maximalen Wirkungsgrad einer raumlufttechnischen Anlage zur bivalen­ ten Klimatisierung eines Raumes, in dem sowohl ein Primär­ luftstrom als auch Konvektions- und/oder Strahlungssysteme zur Klimatisierung eingesetzt werden, wobei die Energiemen­ gen, die durch die Konvektion und/oder Strahlungssysteme eingebracht werden, zur effektiveren Gestaltung und zur Erhöhung des Wirkungsgrades der raumlufttechnischen Anlage genutzt werden.

Dabei geht die erfindungsgemäße Lösung von der grundsätzli­ chen Erkenntnis aus, daß insbesondere bei der Kühlung zu klimatisierender Räume mittels bivalenter Klimasysteme der Primärluftanteil, der zum Transport der Kühlleistung ge­ nutzt wird, erheblich abgesenkt wird und allein die Kühllast des zu klimatisierenden Raumes oder zu klimatisie­ renden Gebäudes nicht abführen kann. Aus diesem Grunde werden zusätzlich konvektive oder Strahlungssysteme einge­ setzt, die direkt im zu klimatisierenden Gebäude bzw. direkt in den Räumen einen zusätzlichen Kühleffekt und damit eine Abkühlung der Luft bewirken.

Insgesamt entsteht unter Anwendung beider Kühlfunktionen das gewünschte Raumklima. Dabei liegt das Raumklima erheb­ lich unter den Außentemperaturen, wenn man dabei von Anla­ gen absieht, die hohe innere Lasten durch Wärmequellen aufweisen. Unabhängig von dieser Ausnahme liegen die Tempe­ raturen der Luft, die über die Abluftsysteme zur Fortluft gefördert werden, sehr niedrig, und erfahrungsgemäß erheb­ lich unter den Außentemperaturen, denn Kühlung wird vorwie­ gend im Sommer genutzt.

Wird unter dieser Voraussetzung im Abluft/Fortluftstrom ein Kondensator angeordnet, so kann dieser Kondensator einen hohen Leistungsfaktor erreichen, der erheblich höher liegt als der eines Kondensators, welcher in der warmen Außenluft aufgestellt ist und dort unter höheren Temperaturverhältnis­ sen betrieben wird. Die Kondensatorleistung ist bei maxima­ ler Auslegung der Kondensationsflächen oder Kondensationspa­ kete so hoch, daß der Leistungswert den erforderlichen Wert zur Abfuhr der Wärmeenergie aus dem Verdampfungsprozeß auf der Zuluftseite erheblich übersteigt.

Eine zu hohe Kondensatorleistung führt allerdings zu Nieder­ druckstörungen in der Kälteanlage, wenn nicht regulierend eingegriffen wird. Das bedeutet, daß bei einer Überdimensio­ nierung des Kondensators, die bei voller Ausnutzung der verfügbaren räumlichen Verhältnisse in der Abluft/Fortluft bzw. bei optimierterer Gestaltung der luftseitigen Druckver­ luste entsteht, der Abluft/Fortluftventilator in seiner Luftleistung reduziert werden müßte. Dies würde allerdings dazu führen, daß der Druck im zu klimatisierenden Raum ansteigt, so daß zur Erhaltung gleicher Druckverhältnisse im zu klimatisierenden Raum die zuluftseitig eingebrachte Luftmenge auch zwingend wieder abgeführt werden muß. Damit kann von der Reguliermöglichkeit durch die Reduzierung der Luftleistung des Fortluftventilators kein Gebrauch gemacht werden.

Aus diesem Grunde muß dann der Kondensator verkleinert und dem Leistungsverhalten des Verdampfers entsprechend dimen­ sioniert werden. Daraus wiederum folgt, daß der kühle Abluft/Fortluftstrom energetisch nicht ausgeschöpft wird und ungenutzt an die freie Umgebung abgegeben wird. Deshalb wird in vielen Fällen auf eine volle energetische Ausschöp­ fung des Energiepotentials aus der Abluft/Fortluft verzich­ tet.

Demgegenüber gewährleistet die erfindungsgemäße Lösung, daß diese ungenutzte Energie für höhere, wirtschaftlichere Kondensationsleistungen genutzt wird. Durch die Integration mehrerer Kühlaggregate und -systeme im Klimagerät wird der Wirkungsgrad der gesamten raumlufttechnischen Anlage deut­ lich erhöht und optimiert.

In analoger Weise kann die raumlufttechnische Anlage aber auch zur Optimierung der Raumerwärmung eingesetzt werden, indem die raumlufttechnische Anlage als Wärmepumpe geschaltet wird und sowohl zur Primärlufterwärmung als auch beispielsweise zur Brauchwassererwärmung als sekundäres Klimatisierungssystem eingesetzt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung aus einem Wasserwärmetauscher besteht, der über eine Vor- und Rücklaufleitung mit der konvektiven und/oder Strahlungseinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise besteht die wärmetauschende Einrichtung aus einem Kältemittel/Was­ serwärmetauscher, der über eine Kältemittelleitung mit einem Kompressor und einem im Fortluftstrom angeordneten Kondensator sowie über eine Vorlauf- und Rücklaufleitung mit der konvektiven und/oder Strahlungseinrichtung verbun­ den ist.

Durch die Integration weiterer Kühlaggregate und -systeme im Klimagerät kann das Energiepotential aus der Abluft/Fort­ luft für höhere, wirtschaftlichere Kondensationsleistungen genutzt werden, so daß eine weitere Optimierung des Be­ triebs sowie Erhöhung des Wirkungsgrades der raumlufttechni­ schen Anlage gegeben ist.

Durch Anordnung der wärmetauschenden Einrichtung im Fort­ luftstrom des Klimageräts wird eine besonders kompakte Anordnung der raumlufttechnischen Anlage mit hohem Wirkungs­ grad geschaffen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist durch einen zweikreisigen Kondensator gekenn­ zeichnet, dessen erster Kreis aus einer ersten Kältemittel­ leitung, die den Kondensator mit einem ersten Kompressor verbindet, einer zweiten Kältemittelleitung, die den Kom­ pressor mit einem im Zuluftstrom angeordneten Verdampfer verbindet und einer dritten Kältemittelleitung, die den Ver­ dampfer mit dem Kondensator verbindet, und einem zweiten Kreis besteht, der eine vierte Kältemittelleitung, die den Kondensator mit einem zweiten Kompressor verbindet, eine fünfte Kältemittelleitung, die den zweiten Kompressor mit der wärmetauschenden Einrichtung verbindet und eine sechste Kältemittelleitung, die die wärmetauschende Einrichtung mit dem Kondensator verbindet, aufweist.

Bei der Ausgestaltung des Kondensators als zweikreisiger Kondensator wirken die durch die beiden Kälteanlagen gebil­ deten Systeme auf ein getrenntes Rohrsystem innerhalb des Wärmetauscherpaketes des Kondensators. Gleichwohl könnten auch beide Kältekompressoren auf einen einkreisigen Konden­ sator wirken, was lediglich im kältetechnischen Betrieb zu ergänzenden Komponenten führen würde. Für die Ausnutzung des Energiepotentials ist dieses jedoch nicht von Bedeu­ tung.

Neben einem ein- oder zweifachen Kreislauf sind auch Mehr­ fach-Kreisläufe möglich, insbesondere für eine abgestufte Leistungsregulierung. Derartige Mehrfach-Kreisläufe dienen in erster Linie der Leistungsregulierung, unterstützen aber auch die energetische Ausnutzung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lö­ sung ist dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung sowohl zur Primärluftaufbereitung als auch zur sekundären Klimatisierung im Fortluftstrom und/oder im Zuluftstrom angeordnet ist. Dabei können sowohl das Primärluftsystem als auch das sekundäre Klimatisierungssy­ stem als Kaltwassersysteme ausgebildet werden, so daß die Primärluftaufbereitung nicht im Wege der Direktverdampfung, sondern ebenfalls im Wege eines Kältemittel-Wasserplatten­ tauschers in Ergänzung zu einem Kaltwasserkühler mit Kalt­ wasser thermodynamisch behandelt werden kann.

Alternativ hierzu können die Kreisläufe des Primärluftsy­ stems und des sekundären Klimatisierungssystems im Wege der Direktverdampfung betrieben werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetau­ schende Einrichtung aus einem Rohrbündelverdampfer oder einem Plattentauscher besteht. Diese Einrichtungen ermögli­ chen es, die überschüssige Kondensatorleistung in optimaler Weise zur Kaltwassererzeugung zu nutzen. Das sonst übliche, separat aufgestellte Aggregat zur Kaltwassererzeugung kann dadurch ersatzlos entfallen, so daß sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt, die die Investitionen erheblich reduziert und eine wirtschaftliche Betriebsweise auch aus energeti­ scher Sicht darstellt, weil die zur Verfügung stehenden Reserven in der Abluft/Fortluft in optimaler Weise genutzt werden.

Lediglich der Kondensator ist zwingend im Abluft/Fortluft­ strom einzusetzen. Der Kompressor und der Kältemittel/Was­ serwärmeaustauscher können auch außerhalb des Klimagerätes angeordnet werden. Dadurch würde lediglich die kompakte Bauweise aufgegeben, funktional hätte dies jedoch keinen Einfluß auf den Betrieb des Klimageräts.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lö­ sung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator und der Verdampfer als Register ausgebildet und in ihrer Funkti­ on umschaltbar sind.

Die raumlufttechnische Anlage kann in Jahreszeiten, in denen keine Kühlung erforderlich ist, auch als Wärmepumpe arbeiten, wobei nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung der Kondensator und der Verdampfer als Register ausgebildet und in ihrer Funktion umschaltbar sind, so daß der Verdampfer zum Kondensator und der Konden­ sator zum Verdampfer wird. Auf diesem Wege kann dem Fort­ luftstrom Energie entzogen werden, um dem Zuluftstrom Wärme zuzuführen, so daß die raumlufttechnische Anlage als Wärme­ pumpenschaltung arbeitet.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß eine derartige Wärmepumpenschaltung zum Zwecke der Brauchwassererwärmung umgeschaltet wird. Dabei würde das im Abluft/Fortluftstrom angeordnete Register als Verdampfer arbeiten und die dem Abluft/Fortluftstrom entzogene Energie über einen Kältemit­ tel-Wasserwärmetauscher zur Brauchwassererwärmung abgeben.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung ist durch ein zumindest zwei getrennte Strömungs­ wege für den Fortluftstrom und den Zuluftstrom aufweisendes Klimagerät gekennzeichnet, das auf seiner Eintrittsseite für die Luftströme ein mit einem Außenluftanschluß und mit einem Abluftanschluß verbundenes, für die beliebige Zusam­ mensetzung des Fortluft- und Zuluftstromes aus der Außen­ luft und Abluft unabhängig steuerbares Luftklappensystem, einen Fortluftanschluß und einen Zuluftanschluß auf seiner Austrittsseite für die Luftströme, sowie einen Fortluftven­ tilator und einen Zuluftventilator aufweist, wobei das Luft­ klappensystem auf der Saugseite der Ventilatoren angeordnet ist.

Durch die Anordnung unabhängig steuerbarer Luftklappensyste­ me auf der Saugseite des Klimageräts, die sowohl für die Zuluft- als auch für die Fortluftseite ein beliebiges Mischungsverhältnis des Zuluft- und Fortluftstromes aus Außenluft und Abluft zur Erfüllung der Konditionierungsauf­ gaben ermöglichen wird eine hohe Wirtschaftlichkeit sowie eine maximale Sicherheit gewährleistet. Bezüglich der Kon­ densatorleistung bieten die unabhängig steuerbaren Luftklap­ pensysteme den Vorteil, daß selbst bei außergewöhnlichen Temperaturverhältnissen, die den Normalfall auch zufällig übersteigen können, dem Abluft/Fortluftstrom Außenluft bei­ gemischt werden kann, wodurch jederzeit eine maximale Be­ triebssicherheit gewährleistet ist.

Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Klimageräts ermög­ licht in weiterer Fortbildung der erfindungsgemäßen Lösung durch eine vorzugsweise stufenlose Veränderbarkeit der Drehzahl bzw. Luftförderleistung der Ventilatoren, daß der Fortluftventilator in seiner Drehzahl und damit in seiner Luftleistung so verändert werden kann, daß auch größere Volumenströme (beispielsweise 150%) gefördert werden können. Die Klappensysteme stellen dabei sicher, daß der Sollwert der Abluft exakt erfüllt wird und die luftmäßige Mehrleistung aus der Außenluft und nicht aus der Abluft angesogen und über den Fortluftventilator insgesamt abge­ führt wird.

Das Verdampfer/Kondensatorsystem sowie die wärmetauschende Einrichtung können aber wahlweise auch auf der Druckseite der Ventilatoren angeordnet werden bzw. es können einzelne Komponenten des Klimageräts auf der Saug- und der Drucksei­ te der Ventilatoren angeordnet werden. Die saugseitige Anordnung der Luftklappen ist aber von wesentlicher Bedeu­ tung für die energetische Ausnutzung der Außenluft und Abluft zur Erfüllung der Konditionierungsaufgaben des Klimageräts.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise als Kreislauf-Verbundsystem ausgebildetes Wärmerückgewin­ nungssystem im Fortluft- und Zuluft-Strömungsweg angeordnet ist.

Weiterhin kann ein Erhitzer zur Lufterwärmung, insbesondere ein Warmwassererhitzer im Zuluft-Strömungsweg angeordnet werden.

Durch Einstellung des Anteils des Luftströmungssystems und des konvektiven und/oder Strahlungssystems an der Klimati­ sierung des Raumes können die Wirtschaftlichkeit und der Wirkungsgrad der raumlufttechnischen Anlage durch Anpassung an die Umgebungs- und Klimatisierungsbedingungen optimal angepaßt werden.

Zusätzlich kann durch getrenntes Zuschalten der Luftaufbe­ reitungskomponenten der Betrieb der raumlufttechnischen Anlage optimiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät modular mit in den einzelnen Modulen enthaltenen Klappensy­ stemen, Luftaufbereitungskomponenten, Steuer- und Schaltein­ richtungen und Ventilatoren aufgebaut ist.

Durch den modularen Aufbau des Klimageräts kann eine belie­ bige Zusammenstellung der Luftbehandlungseinrichtungen erfolgen und das Klimagerät damit den jeweiligen Bedingun­ gen mit minimalen Kosten angepaßt werden. Darüber hinaus können einzelne Module für Wartungszwecke oder einen Ersatz herausgenommen und durch entsprechende Ersatzmodule ersetzt werden, ohne daß hierfür eine längere Betriebsunterbrechung erforderlich ist.

Wahlweise kann das Klimagerät aus getrennt angeordneten Modulen zusammengesetzt werden. Durch die getrennte Anord­ nung der einzelnen Module eines Klimagerätes können örtli­ che Platzverhältnisse individuell berücksichtigt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Zu- und Abluftmodule getrennt voneinander aufzustellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei übereinander angeordneten Strömungswegen der Zuluft-Strömungsweg unter­ halb des Fortluft-Strömungsweges angeordnet.

Neben dieser bevorzugten Anordnung sind auch andere Anord­ nungen der Strömungswege möglich und durchführbar. So kann beispielsweise der Fortluft-Strömungsweg auch unterhalb des Zuluft-Strömungsweges oder neben dem Zuluft-Strömungsweg liegen. Eine zwingende Anordnung des Zuluft-Strömungsweges unterhalb des Fortluft-Strömungsweges ergibt sich nur bei der Anordnung eines senkrecht stehenden Wärmerohres. Im Falle anderer Wärmerückgewinnungssysteme kann sich jedoch eine andere Zuordnung von Zuluft-Strömungsweg und Fort­ luft-Strömungsweg als optimaler erweisen.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine raumlufttechnische Anlage mit einem in Längsrichtung geschnittenen Klimagerät und einer Prinzipdarstellung eines konvektiven und/oder Strahlungssystems;

Fig. 2 eine Ansicht auf das Ansaugklappensystem des Klimageräts gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Klimagerät mit einem zweikreisigen Kondensator und einer wärme­ tauschenden Einrichtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Klimagerät mit einem einkreisigen Kondensator und einer wärme­ tauschenden Einrichtung und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Klimagerät mit einem zweikreisigen Kondensator und einem Direkt­ verdampfersystem.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer raumlufttechni­ schen Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes oder Gebäudes mit einem Klimagerät 1 als Primärluftsystem der raumlufttechnischen Anlage und ein konvektives und/oder Strahlungssystem 2 als sekundäres Klimatisierungssystem. Das Klimagerät 1 ist auf seiner Lufteintrittsseite mit einem Außenluftanschluß 3 und einem mit dem zu klimatisie­ renden Raum oder Gebäude verbundenen Abluftanschluß 4 gemäß Fig. 2 verbunden und weist zur Trennung und Einstellung der Luftströme in den übereinander angeordneten Kammern ein Klappensystem 5 auf, von denen die Stellung der Klappen 51, 53 den Außenluftanteil und die Stellung der Klappen 52, 54 den Abluftanteil der beiden in der oberen bzw. unteren Kammer geführten Luftströme bestimmen.

Der in der oberen Kammer geführte Fortluftstrom 60 wird durch einen Fortluftventilator 8 erzeugt und als Fortluft über den Fortluftanschluß 6 des Klimageräts 1 an die Umge­ bung abgegeben. Der in der unteren Kammer geführte Zuluft­ strom 70 wird durch einen Zuluftventilator 9 erzeugt und über den Zuluftanschluß 7 des Klimageräts 1 an den zu klimatisierenden Raum bzw. das zu klimatisierende Gebäude abgegeben.

Auf der Saugseite der Ventilatoren 8, 9 sind mehrere Kompo­ nenten zur Luftaufbereitung, wie Filter 10, 11, ein Konden­ sator 15 und ein Verdampfer 19 zur Abkühlung der Zuluft mit Kompressoren 17, 18, ein als Kreislauf-Verbundsystem ausge­ bildetes Wärmerückgewinnungssystem 12, 13, 14 und ein Warmwassererhitzer zur Lufterwärmung 40 angeordnet. Zusätz­ lich ist eine Schalttafel 50 in einem der Module, in diesem Fall im Strömungsweg des Fortluftstromes 60 vorgesehen.

Die in Fig. 1 und 2 übereinander angeordneten Kammern zur Führung des Fortluftstromes 60 sowie des Zuluftstro­ mes 70 können alternativ auch nebeneinander angeordnet werden. Den jeweils projektbezogenen, örtlichen Verhältnis­ sen entsprechend können die Module des Klimagerätes 1 in beliebiger Anordnung zusammengesetzt werden.

Der Kondensator 15 ist als zweikreisiger Kondensator ausge­ bildet und über eine erste Kältemittelleitung 31 mit dem ersten Kompressor 17 verbunden. Dieser ist mit dem Verdamp­ fer 19 über eine zweite Kältemittelleitung 32 und dieser wiederum über eine dritte Kältemittelleitung 33 mit dem ersten Kreis des zweikreisigen Kondensators 15 verbunden.

Über eine vierte Kältemittelleitung 34 ist der zweite Kreis des zweikreisigen Kondensators 15 mit dem zweiten Kompres­ sor 18 und dieser über eine fünfte Kältemittelleitung 35 mit einer wärmetauschenden Einrichtung 21 verbunden. Die wärmetauschende Einrichtung 21 wiederum ist über eine sechste Kältemittelleitung 36 mit dem zweiten Kreis des zweikreisigen Kondensators 15 verbunden, so daß auch dieser zweite Kreis geschlossen ist.

Die wärmetauschende Einrichtung 21 ist Teil eines konvekti­ ven oder Strahlungssystems 2, das eine konvektive oder Strahlungseinrichtung 22 aufweist, die in dem zu klimatisie­ renden Raum oder Gebäude angeordnet ist. Die wärmetauschen­ de Einrichtung besteht beispielsweise aus einem Kältemit­ tel/Wasserwärmeaustauscher 21, der über eine Kalt- oder Warmwasservorlauf- und Rücklaufleitung 23, 24 mit der konvektiven oder Strahlungseinrichtung 22 verbunden ist. Der Kältemittel/Wasserwärmeaustauscher 21 kann aus einem Rohrbündel- oder Plattentauscher bestehen.

Das in Fig. 2 in einer Seitenansicht des Klimageräts 1 dargestellte Klappensystem zeigt die auf der Saugseite der Ventilatoren 8, 9 in Verbindung zum Außenluftanschluß 3 sowie zum Abluftanschluß 4 vor der oberen und unteren Kammer des Klimageräts 1 angeordneten, unabhängig voneinan­ der steuerbaren Luftklappen 51 bis 54. Durch kontinuierli­ che Veränderung des Anstellwinkels der Lamellen der Luft­ klappen 51 bis 54 kann sowohl für die obere als auch für die untere Kammer des Klimageräts 1 ein beliebiges Mischungsverhältnis zwischen Außenluft und Abluft zur Speisung des Fortluft- und Zuluftstromes 60, 70 gemäß Fig. 1 eingestellt werden.

In Verbindung mit der vorzugsweise kontinuierlich veränder­ baren Förderleistung bzw. Drehzahl der Ventilatoren 8, 9 kann die Zusammensetzung des Fortluft- und Zuluftstromes und deren Durchsatz in Abhängigkeit von den geforderten klimatischen Bedingungen im zu klimatisierenden Raum oder Gebäude, den Außentemperaturen und den Druckbedingungen im zu klimatisierenden Raum so eingestellt werden, daß zum einen die Konditionierungsaufgaben der raumlufttechnischen Anlage erfüllt werden und zum anderen eine hohe Wirtschaft­ lichkeit und ein hoher Sicherheitsstandard gewährleistet sind.

Insbesondere zur Kühlung von Räumen, in denen hohe Wärme­ lasten anfallen, kann durch Ausnutzung der sogenannten "freien Kühlung", das heißt der Ausnutzung gegebenenfalls niedriger Außenlufttemperaturen, sowie durch optimalen Einsatz der konvektiven und/oder Strahlungssysteme ein optimales Mischungsverhältnis sowohl zwischen der aus dem zu klimatisierenden Raum oder Gebäude abgeführten Abluft und der hinzugeführten Außenluft als auch bezüglich der Kühlleistung der Primärluftkühlung einerseits und der Strahlungs- und/oder Konvektionskühlung andererseits einge­ stellt werden. Bei höheren Außentemperaturen wird dem Fortluft- und/oder Zuluftstrom ein höherer Abluftanteil beigemischt, so daß die kühlere Abluft optimal ausgenutzt wird.

Durch Beimischen von Außenluft in den Fortluftstrom 60 gemäß Fig. 1 kann auch bei außergewöhnlichen Temperaturver­ hältnissen die Kondensatorleistung unter Einhaltung eines hohen Sicherheitsstandards optimal ausgenutzt werden. Durch Erhöhung der Drehzahl des Fortluftventilators 8 kann dessen Luftleistung so verändert werden, daß auch ein erheblich höherer Volumenstrom der Fortluft eingestellt wird, so daß auch bei geforderter hoher Kühlleistung der Kondensator sicher betrieben wird, wobei das Klappensystem durch ent­ sprechende Einstellung der Luftklappen 51 bis 54 soviel Abluft aus dem zu klimatisierenden Raum oder Gebäude ab­ führt, daß konstante Druckverhältnisse in dem zu klimatisie­ renden Raum oder Gebäude gewährleistet sind und die luftmä­ ßige Mehrleistung aus der Außenluft und nicht aus der Abluft bezogen und über den Fortluftventilator 8 und den Fortluftanschluß 6 an die Umgebung abgeführt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten raumlufttechnischen Anlage ist der Kältemittel/Wasserwärmeaustauscher 21 außerhalb des Klimageräts 1 angeordnet. Für eine kompaktere Bauweise bietet es sich an, den Kältemittel/Wasserwärmeaustauscher 21 auch innerhalb des Klimageräts 1 anzuordnen, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Diese Anordnung bietet nicht nur vom Platzbedarf der raumlufttechnischen Anlage ein Optimum, sondern bringt insbesondere bei zu kühlenden Räumen den weiteren Vorteil, daß der Kältemittel/Wasserwär­ meaustauscher 21 im Fortluftstrom angeordnet ist, der bei erhöhter Förderleistung des Fortluftventilators 8 unter Ausnutzung der freien Kühlung eine zusätzliche Wärmeabfuhr gewährleistet und somit eine minimale Temperatur des Kalt­ wasservorlaufs für die konvektive und/oder Strahlungsein­ richtung 22 sicherstellt. Die weiteren Luftbehandlungsein­ richtungen des Klimageräts gemäß Fig. 3 entsprechen denen des Klimageräts gemäß Fig. 1 und weisen dieselben Bezugs­ ziffern auf.

Fig. 4 zeigt eine raumlufttechnische Anlage mit einem Klimagerät 1, das in gleicher Weise wie die vorstehend beschriebenen raumlufttechnischen Anlagen die Energiepoten­ tiale aus der Abluft ausnutzt. In dieser Ausführungsform ist der Kondensator 16 als einkreisiger Kondensator ausge­ führt, so daß im Unterschied zu den vorstehend beschriebe­ nen Ausführungsformen die Kältekreisläufe für das Primär­ luftsystem und das konvektive und/oder Strahlungssystem nicht auf ein getrenntes Rohrsystem innerhalb des Tauscher­ paketes des Kondensators, sondern auf ein und dasselbe Rohr­ system innerhalb des Tauscherpakets des Kondensators 16 wirken. Zu diesem Zweck ist der Kondensator 16 über eine erste Kältemittelrohrleitung 31 mit dem Kompressor 17 und dieser über eine zweite Kältemittelrohrleitung 32 mit dem Verdampfer 19 verbunden. Dieser wiederum ist im Unterschied zu den zweikreisigen Kondensator-Kreisläufen gemäß den Fig. 1 und 3 nicht mit dem Kondensator 16, sondern mit dem Kältemittel/Wasserwärmeaustauscher 21 über eine achte Kältemittelrohrleitung 38 verbunden. Von dem als Rohrbün­ del- oder Plattentauscher ausgebildeten Kältemittel/Wasser­ wärmeaustauscher 21 führt eine neunte Kältemittelrohrlei­ tung 39 zurück zum einkreisigen Kondensator 16.

Wahlweise kann die Anordnung des Klimageräts 1 gemäß Fig. 4 auch mit zwei Kompressoren ausgestattet werden, wenn dies zum Betrieb des konvektiven und/oder Strahlungssystem erforderlich sein sollte.

Fig. 5 zeigt schematisch eine raumlufttechnische Anlage, bei der das konvektive und/oder Strahlungssystem aus einem Direktverdampfersystem besteht, bei dem die konvektive und/oder Strahlungseinrichtung 22 über eine Kältemittelvor­ laufleitung 25 mit dem zweiten Kompressor 18 und über eine Kältemittelrücklaufleitung 26 mit dem zweikreisigen Konden­ sator 15 verbunden ist. Der zweikreisige Kondensator 15 ist über eine erste Kältemittelrohrleitung 31 mit dem ersten Kompressor 17 und dieser über eine zweite Kältemittelrohr­ leitung 32 mit dem Verdampfer 19 verbunden, der wiederum über eine dritte Kältemittelrohrleitung 33 mit einem An­ schluß des zweikreisigen Kondensators 15 verbunden ist.

Weiterhin ist der zweite Kompressor 18 über eine vierte Kältemittelrohrleitung 34 mit dem einen Kreis des zweikrei­ sigen Kondensators 15 verbunden.

Auch in dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung werden die verschiedenen Konditionierungsaufgaben des Klimageräts 1 unter Zusammensetzung des Fortluft- und Zuluftstromes des Primärluftsystems aus einem unabhängig voneinander einstellbaren Klappensystem 5 mit beliebig einstellbaren Luftklappen 51 bis 54 erfüllt. Durch entspre­ chende Förderleistungen der Ventilatoren 8, 9 wird ein sicherer Betrieb auch bei verstärkter konvektiver und/oder Strahlungskühlung gewährleistet, indem beispielsweise der Fortluftventilator 8 in seiner Drehzahl und damit in seiner Förderleistung so verändert wird, daß auch ein größerer Volumenstrom von 150% der Nennleistung und mehr gefördert wird und die luftmäßige Mehrleistung aus der Außenluft bezogen wird.

Claims (23)

1. Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisie­ rung eines Raumes oder Gebäudes mit einem Luftströ­ mungssystem (Primärluftsystem), das einen in die Umgebung des Raumes gerichteten Fortluftstrom und einen in den Raum gerichteten Zuluftstrom aufweist, die aus der Abluft des Raumes und/oder der Außenluft bestehen oder zusammengesetzt sind, und mit einem konvektiven System und/oder Strahlungssystem (sekundä­ res Klimatisierungssystem) mit einer im zu klimatisie­ renden Raum oder Gebäude angeordneten konvektiven Einrichtung und/oder Strahlungseinrichtung und einer wärmetauschenden Einrichtung, die von einem Trägermedi­ um durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (21) und/oder ein Verdampfer/Kondensatorsystem (15 bis 19), das über ein Kältemittel enthaltende Leitungen (25, 26; 31 bis 39) mit der wärmetauschenden Einrichtung (21) verbunden ist, im Fortluftstrom (60) des Primärluftsystems (1) angeordnet ist bzw. sind.

2. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung aus einem Wasserwärmetauscher (21) besteht, der über eine Vor- und Rücklaufleitung (25, 26) mit der konvek­ tiven und/oder Strahlungseinrichtung (22) verbunden ist.

3. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung aus einem Kältemittel/Wasserwärmetauscher (21) be­ steht, der über eine Kältemittelleitung (31 bis 39) mit einem Kompressor (17, 18) und einem im Fortluft­ strom (60) angeordneten Kondensator (15, 16) sowie über eine Vor- und Rücklaufleitung (23, 24) mit der konvektiven und/oder Strahlungseinrichtung (22) verbun­ den ist.

4. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Ein­ richtung (21) im Fortluftstrom (60) angeordnet ist.

5. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweikreisigen Kondensator (15), dessen erster Kreis aus einer ersten Kältemittelleitung (31), die den Kondensator (15) mit einem ersten Kompressor (17) verbindet, einer zweiten Kältemittelleitung (32), die den Kompressor (17) mit einem im Zuluftstrom (70) angeordneten Verdampfer (19) verbindet und einer dritten Kältemittelleitung (33), die den Verdampfer (19) mit dem Kondensator (15) verbindet, und einem zweiten Kreis besteht, der eine vierte Kältemittellei­ tung (34), die den Kondensator (15) mit einem zweiten Kompressor (18) verbindet, eine fünfte Kältemittellei­ tung (35), die den zweiten Kompressor (18) mit der wärmetauschenden Einrichtung (21) verbindet und eine sechste Kältemittelleitung (36), die die wärmetauschen­ de Einrichtung (21) mit dem Kondensator (15) verbin­ det, aufweist.

6. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (21) sowohl zur Pri­ märluftaufbereitung als auch zur sekundären Klimatisie­ rung im Fortluft- und/oder Zuluftstrom (60, 70) ange­ ordnet ist.

7. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmetauschende Einrichtung (21) aus einem Rohrbün­ delverdampfer oder einem Plattentauscher besteht.

8. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die wärmetauschende Einrichtung (21) aus einem Direktverdampfungssystem besteht.

9. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (15) und der. Verdampfer (19) als Register ausgebildet und in ihrer Funktion umschaltbar sind.

10. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Betrieb der raumlufttechnischen Anlage als Wärmepumpe das im Abluft/Fortluftstrom (60) angeordnete Register als Verdampfer wirkt und die dem Abluft/Fortluftstrom (60) entzogene Energie über einen Kältemittel-Wasserwärmetauscher zur Brauchwassererwär­ mung abgibt.

11. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zumindest zwei getrennte Strömungswege für den Fort­ luftstrom (60) und den Zuluftstrom (70) aufweisendes Klimagerät (1), das auf seiner Eintrittsseite für die Luftströme ein mit einem Außenluftanschluß (3) und mit einem Abluftanschluß (4) verbundenes, für die beliebi­ ge Zusammensetzung des Fortluft- und Zuluftstromes (60, 70) aus der Außenluft und Abluft unabhängig steuerbares Luftklappensystem (5; 51 bis 54), einen Fortluftanschluß (6) und einen Zuluftanschluß (7) auf seiner Austrittsseite für die Luftströme, sowie einen Fortluftventilator (8) und einen Zuluftventilator (9) aufweist, wobei das Luftklappensystem (5; 51 bis 54) auf der Saugseite der Ventilatoren (8, 9) angeordnet ist.

12. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfer/Kondensatorsystem (15 bis 19) und/oder die wärmetauschende Einrichtung (21) zwischen dem Fortluft- bzw. Zuluftventilator (8, 9) und dem Luftklappensystem (5; 51 bis 54) auf der Saugseite der Ventilatoren (8, 9) angeordnet ist/sind.

13. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise als Kreislauf-Verbundsystem ausgebildetes Wärmerückgewin­ nungssystem (12 bis 14) im Fortluft- und Zuluft-Strö­ mungsweg (60, 70) angeordnet ist.

14. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmerohr, ein Plattentauscher und/oder ein Rotor als Wärmerückgewinnungssystem im Fortluft- und Zuluft- Strömungsweg (60, 70) angeordnet ist.

15. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erhitzer zur Lufterwärmung, insbesondere ein Warmwassererhitzer (40), im Zuluft-Strömungsweg (70) angeordnet ist.

16. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftförderleistung bzw. Drehzahl der Ventilatoren (8, 9) vorzugsweise stufenlos veränderbar ist.

17. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftförderleistung bzw. Drehzahl des Fortluftventi­ lators (8) so veränderbar ist, daß auch ein erhöhter Fortluft-Volumenstrom förderbar ist, wobei das Luft­ klappensystem (5; 51 bis 54) so eingestellt ist, daß der Sollwert der Abluft eingehalten und die Strömungs- Mehrleistung aus der Außenluft bezogen wird.

18. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Luftströmungssystems und des konvekti­ ven und/oder Strahlungssystems an der Klimatisierung des Raumes einstellbar ist.

19. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaufbereitungskomponenten (10 bis 19, 40) getrennt voneinander zuschaltbar sind.

20. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät (1) modular mit in den einzelnen Modu­ len enthaltenen Klappensystemen (5; 51 bis 54), Luft­ aufbereitungskomponenten (10 bis 19, 40), Steuer- und Schalteinrichtungen (50) und Ventilatoren (8, 9) aufgebaut ist.

21. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät aus getrennt ange­ ordneten Modulen zusammengesetzt ist.

22. Raumlufttechnische Anlage nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klimagerät über- oder nebeneinander angeordnete Strömungswege (60, 70) für den Fortluftstrom (60) und dem Zuluftstrom (70) aufweist.

23. Raumlufttechnische Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß bei übereinander angeordneten Strömungswegen (60, 70) der Zuluft-Strömungsweg (70) unterhalb des Fortluft-Strömungsweges (60) angeordnet ist.