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Die
Erfindung betrifft ein lufttechnisches Gerät zum Klimatisieren
eines Raumes, eines Gebäudes oder dergleichen.
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Ein
derartiges Verfahren geht aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2008 063 555
A1 hervor. Beim Betreiben eines derartigen lufttechnischen
Geräts wird Außenluft angesaugt und dem Raum zugeführt.
Ferner wird Abluft dem Raum entnommen und als Fortluft an die Umgebung
abgegeben. Aus energetischen Gründen ist die Wärmerückgewinnungseinrichtung
vorgesehen, um – zum Beispiel im Winter – der
warmen Abluft Wärme zu entziehen und diese der kalten eingebrachten
Außenluft zuzuführen, um Letztere vorzuwärmen,
bevor sie in den Raum gelangt. Bei zumindest teilweise geöffneter
Querverbindung ist ein Umluftbetrieb realisiert. Dabei wird vorzugsweise
zumindest ein Anteil der Abluft in den Raum zurückgeführt,
insbesondere der Außenluft zugemischt. Um die Zulufttemperatur,
also die Temperatur der in den Raum eingebrachten Luft, nicht unter eine
Mindesttemperatur fallen zu lassen, wodurch im Aufenthaltsbereich
des Raumes ein Diskomfort auftreten kann, weist das lufttechnische
Gerät zur thermischen Nachbehandlung einen Nacherhitzer
auf. Die Zuluft wird beispielsweise nach Durchströmen der
Wärmerückgewinnungseinrichtung durch den Nacherhitzer
geleitet und auf eine Temperatur erwärmt, die im Aufenthaltsbereich
des Raums als angenehm empfunden wird. Diese Nacherhitzung der Luft
ist insbesondere dann erforderlich, wenn die Wärmerückgewinnungseinrichtung
wegen Einfrierens mit einem Bypass umfahren werden muss und daher
ihre wärmeübertragende Funktion nicht weiter übernehmen
kann. Das Problem des Einfrierens der Wärmerückgewin nungseinrichtung
kann ebenfalls durch einen Erhitzer gelöst werden, der
die Abluft vor dem Durchströmen durch die Wärmerückgewinnungseinrichtung
zusätzlich erwärmt oder der die Außenluft
vorwärmt, bevor sie durch die Wärmewirkgewinnungseinrichtung
geleitet wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, keinen Diskomfort im Raum
auftreten zu lassen und überdies ein Einfrieren der Wärmerückgewinnungseinrichtung
zu vermeiden. Insbesondere dann, wenn feuchte, warme Abluft durch
der Wärmerückgewinnungseinrichtung zugeführte
kalte Außenluft stark abgekühlt wird, ist die
Gefahr eines Kondensierens und Gefrierens in der Wärmerückgewinnungseinrichtung
gegeben. Die genannte Aufgabe soll mit möglichst geringem
Aufwand bewältigt werden.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass bei dem lufttechnischen
Gerät zum Klimatisieren eines Raumes eines Gebäudes
oder dergleichen, Zuluft mit Temperaturen in den Raum eingebracht
wird, die eine vorgebbare Zuluftminimaltemperatur nicht unterschreiten,
wozu das heizeinrichtungsfreie Gerät einen ersten und einen
zweiten Luftkanal zum Führen von Außenluft, Zuluft,
Abluft, Fortluft und/oder Umluft aufweist, die Luftkanäle
eine Querverbindung besitzen sowie wärmetechnisch mittels
einer einfrierfrei betriebenen Wärmerückgewinnungseinrichtung
koppelbar sind und mittels mindestens einer einstellbaren Verschlusseinrichtung
verschließbar oder teilweise oder ganz zu öffnen
sind und dabei die Querverbindung ganz geöffnet oder teilweise
oder ganz geschlossen wird, und ein die Wärmerückgewinnungseinrichtung
umgehender Bypass vorgesehen ist, der mittels einer einstellbaren Verschlussvorrichtung
verschließbar oder ganz oder teilweise zu öffnen
ist. Durch diese Maßnahmen ist im Ganzjahresbetrieb sichergestellt,
dass der Raum, insbesondere der Aufenthaltsbereich des Raumes, ein
angenehmes Raumklima aufweist, wobei gleichzeitig ein Einfrieren
der Wärmerückgewinnungseinrichtung verhindert
ist. Der Außenluftvolumenstrom wird bei sehr kalten Außenluftbedingungen
sukzessive (insbesondere kontinuierlich) reduziert, wobei stets
im ganzjährigen Lüftungs-/Klimatisierungsbetrieb
angenehme Zulufttemperaturen vorherrschen, da die Zuluft die vorgebbare
Zuluftminimaltemperatur nicht unterschreitet. Die Reduzierung des
Außenluftvolumenstroms bei extrem niedrigen Außentemperaturen
entspricht hierbei einem natürlichen Nutzerverhalten bei
einer Fensterlüftung und begrenzt den Lüftungswärmebedarf.
Demnach hilft dieses Vorgehen eine installierte Spitzenheizleistung
entsprechend niedrig auszulegen. Aufgrund der Erfindung ergeben sich
wesentliche Vorteile beim Betrieb des lufttechnischen Geräts.
So kann auf eine geräteinterne Nacherhitzung/Erhitzung
(hierunter ist nicht die Wärmerückgewinnungseinrichtung
zu verstehen) ganzjährig verzichtet werden, das heißt,
das Gerät benötigt keine Heiz- und/oder Kühleinrichtung
und auch keine Fremdenergie, wie sie zum Beispiel für den
zum Stand der Technik erläuterten Nacherhitzer oder Erhitzer
benötigt werden würde. Auf Gerätekomponenten,
wie den erwähnten Nacherhitzer beziehungsweise Erhitzer,
kann daher verzichtet werden. Damit liegt ein einfach aufgebautes
und damit preiswertes Gerät vor. Ferner wird – wie
bereits erwähnt – ein Einfrieren der Wärmerückgewinnungseinrichtung
ganzjährig sicher vermieden, das bedeutet, dass 100% der
Zeit ein Lüftungs-/Klimatisierungsbetrieb ermöglicht
ist. Die Zulufttemperatur wird ganzjährig – wie
erläutert – zumindest auf Zuluftminimaltemperatur
gehalten, das heißt, die Temperatur sinkt nicht unter die
Zuluftminimaltemperatur, so dass ein thermischer Komfort – unabhän gig
von der Außentemperatur – gewährleistet
ist. An extrem kalten Tagen wird der Außenluftstrom durch
das erfindungsgemäße Vorgehen automatisch reduziert
und damit Energie eingespart. Es wird ferner die maximal mögliche
Energie an der Wärmerückgewinnungseinrichtung
zurückgewonnen (begrenzt durch die Grenzwerte der Zuluftminimaltemperatur
und der Fortluftminimaltemperatur). Demzufolge wird das Lüftungsgerät,
das insbesondere als dezentrales Lüftungsgerät
ausgebildet ist, ohne Nacherhitzer beziehungsweise Erhitzer betrieben.
Es kann beispielsweise für 600 m3/h
Außenluft ausgelegt sein. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung
kann insbesondere einen Rückwärmgrad von 83% aufweisen.
Die Raumtemperatur beträgt ganzjährig 22°C,
wobei – bei Bedarf – eine installierte Heizung
im Raum mit aktiv ist. Die Heizung ist ein Raumbestandteil und gehört
nicht dem lufttechnischen Gerät an. Die Zuluftminimaltemperatur
bildet einen Grenzwert von beispielsweise 17°C; die Fortluftminimaltemperatur
bildet einen Grenzwert von beispielsweise 2°C. Alle vorstehenden
Werte sind beispielhaft, jedoch besonders bevorzugt.
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Es
ist vorgesehen, dass das Gerät – bis auf den gegebenenfalls
erfolgenden Betrieb der Wärmerückgewinnungseinrichtung – keine
thermische Behandlung der jeweiligen Luft vornimmt. Hierauf wurde vorstehend
schon hingewiesen, das heißt, das Gerät arbeitet
ohne Fremdenergie für das Heizen oder Kühlen,
ist also heizeinrichtungsfrei, beispielsweise ohne den zum Stand
der Technik erwähnten Nacherhitzer oder Erhitzer, wobei
unter „ohne Fremdenergie für das Heizen oder Kühlen” beziehungsweise „heizeinrichtungsfrei” nicht
die Funktion der Wärmerückgewinnungseinrichtung
verstanden wird. Neben der Wärmerückgewinnungseinrichtung
ist demzufolge keine weitere Einrichtung zum Heizen und/oder Kühlen
im Gerät vorhanden.
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Es
ist ferner vorgesehen, dass im Raum zumindest zeitweise eine Raumheizung
betrieben wird. Diese sorgt bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen
für eine hinreichende Temperierung des Raumes, wodurch
ferner sichergestellt ist, dass die Abluft derart temperiert ist,
dass ihre Wärmeenergie mittels der Wärmerückgewinnungseinrichtung
der Außenluft im hinreichenden Maße zugeführt
werden kann (kalte Jahreszeit). In der warmen Jahreszeit ist es
auch möglich, dass warme Außenluft mittels der Wärmerückgewinnungseinrichtung
durch die Abfuhr von in der Temperatur niedrigerer Abluft gekühlt
wird und demzufolge mit niedrigerer Temperatur in den Raum eingebracht
wird.
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Es
ist vorgesehen, dass das Einstellen der Verschlusseinrichtung und/oder
der Verschlussvorrichtung gesteuert und/oder geregelt erfolgt/erfolgen. Insbesondere
ist vorgesehen, dass der ganzjährige Betrieb des lufttechnischen
Geräts mittels einer entsprechenden Regeleinrichtung automatisch
durchgeführt wird. Demzufolge werden die Verschlusseinrichtung
und die Verschlussvorrichtung stufenlos im Regelbetrieb gefahren,
wobei einzuhaltende Parameter, wie die vorgebbare Zuluftminimaltemperatur
und die vorgebbare Fortluftminimaltemperatur durch Regelung eingehalten
werden. Um entsprechende Luftströme im Gerät zu
führen, ist mindestens eine Luftstromfördereinrichtung
vorgesehen, die vorzugsweise ebenfalls gesteuert und/oder geregelt
arbeitet. Die erwähnte Regeleinrichtung kann in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel die Größe des von
der Luftfördereinrichtung geförderten Volumenstroms
regeln. Vorzugsweise sind zwei Luftfördereinrichtungen
vorgesehen, wobei je dem Luftkanal eine zugeordnet ist. Beide Luftfördereinrichtungen
werden vorzugsweise mittels der Regeleinrichtung geregelt, die auch
die Verschlusseinrichtung und die Verschlussvorrichtung regelt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels an der Steuer-
und/oder Regeleinrichtung angeschlossenen Sensoren die Temperatur
der Zuluft und die Temperatur der Abluft ermittelt und in Abhängigkeit
der ermittelten Temperaturen die Verschlusseinrichtung und/oder
die Verschlussvorrichtung eingestellt wird/werden. Dies wird bevorzugt mittels
der erwähnten Regeleinrichtung vorgenommen. Die Zuluftminimaltemperatur
und/oder die Fortluftminimaltemperatur stellt jeweils im Falle eines
Regelvorgangs einen Sollwert dar, auf den der jeweilig zugehörige
Istwert geregelt beziehungsweise begrenzt wird.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Bypass als Zuluftbypass
und/oder als Abluftbypass ausgebildet ist. Beide Bypässe,
die alternativ oder auch beide zusammen vorgesehen sein können,
dienen dazu, die Wärmerückgewinnungseinrichtung
nicht, teilweise oder ganz zu umgehen. Die Anordnung ist vorzugsweise
derart getroffen, dass ein Abschnitt des ersten Luftkanals einen
Außenluftkanal bis zur Wärmerückgewinnungseinrichtung
bildet und dass – von der Wärmerückgewinnungseinrichtung
ausgehend – ein weiterer Abschnitt des ersten Luftkanals
einen Zuluftkanal bildet, der Luft in den Raum einbringt. Ein Abschnitt
des zweiten Luftkanals bildet einen Abluftkanal, der Raumluft aus dem
Raum abführt und bis zur Wärmerückgewinnungseinrichtung
leitet. Ab der Wärmerückgewinnungseinrichtung
bildet ein Abschnitt des zweiten Luftkanals einen Fortluftkanal,
der Luft in die Außenumgebung ableitet. Sofern ein Umluftbetrieb
gefahren wird, bilden entsprechende, vom Raum aus gehende, bis zur
Querverbindung führende Abschnitte der beiden Luftkanäle
Umluftkanäle. Die Ausbildung des Bypasses als Zuluftbypass
sieht vor, dass dieser den Außenluftkanal mit dem Zuluftkanal
verbindet. Die Ausbildung des Bypasses als Abluftbypass sieht vor,
dass dieser den Abluftkanal mit dem Fortluftkanal verbindet.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querverbindung – zur
Strömungsrichtung der Außenluft betrachtet – stromaufwärts
zur Wärmerückgewinnungseinrichtung ausgebildet
ist. Die Querverbindung verbindet demzufolge Außenluftkanal
und Fortluftkanal.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuluftminimaltemperatur
im Bereich von 15°C bis 21°C liegt, insbesondere
etwa 17°C beträgt. Für die Fortluftminimaltemperatur
ist vorzugsweise ein Wert > 0°C,
insbesondere etwa 2°C vorgesehen.
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Ferner
betrifft die Erfindung einen Raum eines Gebäudes oder dergleichen,
mit einem vorstehend erläuterten lufttechnischen Gerät.
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Vorzugsweise
ist – nach einer Weiterbildung des die Erfindung betreffenden
Raums – vorgesehen, dass der Raum mindestens eine Raumheizung
aufweist.
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Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht durch ein lufttechnisches
Gerät,
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2 das
lufttechnische Gerät der 1 in einem
ersten Betriebszustand,
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3 das
lufttechnische Gerät der 1 in einem
zweiten Betriebszustand,
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4 das
lufttechnische Gerät der 1 in einem
dritten Betriebszustand,
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5 das
lufttechnische Gerät der 1 in einem
vierten Betriebszustand,
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines lufttechnischen Geräts,
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines lufttechnischen Geräts,
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8 bis 12 Diagramme
zur Arbeitsweise des lufttechnischen Geräts der 1.
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Die 1 zeigt
ein lufttechnisches Gerät 1, das sich in einem
Raum 2 eines Gebäudes oder dergleichen befindet.
Eine Fassade 3 des Raumes 2 weist eine Öffnung 4 auf,
an die das raumlufttechnische Gerät 1 angeschlossen
ist beziehungsweise die von dem raumlufttechnischen Gerät 1 mit
einem Endbereich durchsetzt wird.
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Das
lufttechnische Gerät 1 weist innerhalb eines nicht
näher dargestellten Gehäuses einen ersten Luftkanal 5 sowie
einen zweiten Luftkanal 6 auf. Beiden Luftkanälen 5 und 6 ist
eine Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 zugeordnet.
Der erste Luftkanal 5 weist eine Außenluftöffnung 8 sowie
eine Zuluftöffnung 11 auf. Der zweite Luft kanal 6 weist
eine Abluftöffnung 9 sowie eine Fortluftöffnung 10 auf.
Aus der 1 ist erkennbar, dass insofern
der erste Luftkanal von der Außenluftöffnung 8 bis
zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 führt
und von dort – versetzt – von der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 bis zur
Zuluftöffnung 11. Dementsprechend führt
der zweite Luftkanal 6 von der Abluftöffnung 9 bis
zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 und – versetzt – von
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 bis
zur Fortluftöffnung 10. Außenluftöffnung 8 und
Fortluftöffnung 10 liegen außerhalb des
Raumes 2 und führen an die Außenatmosphäre.
Die Abluftöffnung 9 und die Zuluftöffnung 10 liegen
innerhalb des Raumes 2. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 führt
Luftströme der Luftkanäle 5 und 6 derart,
dass diese sich vorzugsweise kreuzen oder vorzugsweise eine Gegenstromsituation
vorliegt und dabei ein Wärmeübergang stattfindet.
Strömungstechnisch sind die beiden Luftkanäle 5 und 6 voneinander
getrennt. Ein Abschnitt des ersten Luftkanals zwischen der Außenluftöffnung 8 und
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 bildet
einen Außenluftkanal 12. Ein weiterer Abschnitt
des ersten Luftkanals 5 zwischen der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 und
der Zuluftöffnung 11 bildet einen Zuluftkanal 13.
Ein Abschnitt des zweiten Luftkanals 6 zwischen der Abluftöffnung 9 und
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 bildet einen
Abluftkanal 14 und ein weiterer Abschnitt des zweiten Luftkanals 6 zwischen
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 und
der Fortluftöffnung 10 bildet einen Fortluftkanal 15.
Im Außenluftkanal 12 kann sich zwischen der Außenluftöffnung 8 und
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 ein
Luftfilter 16 befinden (optional). Ferner kann sich im
Abluftkanal 14 – ebenfalls optional – zwischen
der Abluftöffnung 9 und der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 ein Luftfilter 17 befinden.
Im ersten Luftkanal 5 ist eine Luft fördereinrichtung 18 und
im zweiten Luftkanal 6 eine Luftfördereinrichtung 19 angeordnet.
Beide Luftfördereinrichtungen 18, 19 sind
vorzugsweise als Ventilatoren 20, 21 ausgebildet.
Bevorzugt befindet sich die Luftfördereinrichtung 18 im
Zuluftkanal 13 und die Luftfördereinrichtung 19 im
Fortluftkanal 15.
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Mittels
eines Bypasses 22, der als Zuluftbypass 23 ausgebildet
ist, lässt sich die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 strömungstechnisch
von der Außenluft umgehen. Der Zuluftbypass 23 führt
demzufolge vom Außenluftkanal 12 zum Zuluftkanal 13. Er
lässt sich mittels einer einstellbaren Verschlussvorrichtung 24 verschließen
oder ganz oder teilweise öffnen. Die Verschlussvorrichtung 24 ist
vorzugsweise als Luftklappe 25 ausgebildet, die in der
aus der 1 hervorgehenden Stellung den
Bypass 22 verschließt. Optional befindet sich
im Zuluftkanal 13 und im Abluftkanal 14 ein Schalldämpfer 26,
dessen Kulisse 27 für beide Luftkanäle 5 und 6 wirksam
ist. Außenluftöffnung 8, Abluftöffnung 9,
Fortluftöffnung 10 und Zuluftöffnung 11 weisen
Luftleitelemente 28 auf, die insbesondere Kurzschlussluftströme
vermeiden, also ein Überströmen von Luft aus der
Zuluftöffnung 11 in die Abluftöffnung 9 beziehungsweise
von der Fortluftöffnung 10 in die Außenluftöffnung 8.
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Der
erste Luftkanal 5 ist mit dem zweiten Luftkanal 6 über
eine Querverbindung 29 verbunden, die mittels einer einstellbaren
Verschlusseinrichtung 30 verschließbar oder teilweise
oder ganz zu öffnen ist. Die Verschlusseinrichtung 30 ist
als Doppelluftklappe 31 ausgebildet. Die Querverbindung 29 befindet
sich vorzugsweise in einem Abschnitt des Außenluftkanals 12,
der von der Außenluftöffnung 8 bis zum Luftfilter 16 beziehungsweise – wenn
kein Luftfilter 16 vorhanden ist – bis zur Verschlusseinrichtung 24 führt.
dement sprechend liegt die Querverbindung 29 im Fortluftkanal 15 zwischen
Fortluftöffnung 10 und Luftfördereinrichtung 19 beziehungsweise – wenn dort
keine Luftfördereinrichtung 19 angeordnet ist – zwischen
Fortluftöffnung 10 und Wärmerückgewinnungseinrichtung 7.
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Grundsätzlich
ergibt sich folgende Funktion: Außenluft AU wird von der
Luftfördereinrichtung 18 angesaugt, sodass sie
in die Außenluftöffnung 8 eintritt, den
möglicherweise vorhandenen Luftfilter 16 durchströmt,
die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 durchsetzt
und nach Passieren des Schalldämpfers 26 aus der
Zuluftöffnung 11 als Zuluft ZU in den Raum 2 eintritt.
Mittels der Luftfördereinrichtung 19 wird Raumluft
als Abluft AB aus dem Raum 2 angesaugt, die die Abluftöffnung 9 passiert,
sich am Schalldämpfer 26 entlang bewegt, optional
den Luftfilter 17 durchsetzt, dann durch die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 mit
einem Wärmetausch mit der entsprechenden Luft des ersten
Luftkanals 5 hindurchtritt und nach Passieren des Fortluftkanals 15 aus
der Fortluftöffnung 10 als Fortluft FO nach außen austritt.
Weist die Verschlussvorrichtung 24 nicht die aus der 1 hervorgehende
Geschlossenstellung auf, sondern wird der Bypass 22 zumindest
teilweise geöffnet, so wird im entsprechenden Maße
die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 umgangen.
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In
der 1 weist die Verschlusseinrichtung 30 eine
die Querverbindung 29 verschließende Stellung
auf. Wird die Verschlusseinrichtung 30 teilweise geöffnet,
kann weiterhin Außenluft AU im entsprechenden Umfang den
Außenluftkanal 12 und Fortluft FO im entsprechenden
Umfang den Fortluftkanal 15 passieren, jedoch tritt auch
Fortluft FO durch die entsprechend geöffnete Querverbindung 29 in
den Außenluftkanal 12 ein, sodass sich eine Vermischung mit
der dort strömenden Außenluft AU ergibt. Wird die
Querverbindung 29 ganz geöffnet, so weist die Verschlusseinrichtung 30 eine
Stellung auf, die den Außenluftkanal 12 und den
Fortluftkanal 15 vollständig nach außen
verschließen. Die Verschlussvorrichtung 24 kann
aus ihrer aus der 1 hervorgehenden Schließstellung
derart weit verlagert werden, dass sie den Bypass 22 vollständig öffnet,
wobei sie dann derart weit in den Außenluftkanal 12 eingetreten
ist, dass sie diesen komplett verschließt.
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Gemäß 1 weist
das raumlufttechnische Gerät 1 eine nur schematisch
angedeutete Regeleinrichtung 32 auf, mit der die Stellungen
der Verschlussvorrichtung 24 und der Verschlusseinrichtung 30 geregelt
werden. Diese Regelung erfolgt in Abhängigkeit verschiedener
Parameter des raumlufttechnischen Geräts 1, insbesondere
in Abhängigkeit einer Zuluftminimaltemperatur TZU SOLL und einer Fortluftminimaltemperatur
TFO GRENZ, d. h., diese Minimaltemperaturen
sollen von der Zuluft ZU und von der Fortluft FO nicht unterschritten
werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 32 auch
die von den Luftfördereinrichtungen 18 und/oder 19 geförderten
Luftströme im Volumenstrom regelt. Die Anordnung ist vorzugsweise
derart getroffen, dass beide Luftfördereinrichtungen 18 und 19 einen gleichgroßen
Volumenstrom fördern, um keinen Über- oder Unterdruck
im Raum 2 zu schaffen.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise der Betriebsführung
des raumlufttechnischen Geräts 1 wird nachstehend
anhand der 2 bis 5 näher erläutert.
Zunächst wird die Betriebsführung insbesondere
im Sommer, also bei hinreichend hohen Außentemperaturen,
die insbesondere größer als TZU SOLL sind,
betrachtet. Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel soll
TZU SOLL beispielsweise den Wert 17°C
betragen, d. h., die Regeleinrichtung 32 ist bestrebt,
die Zuluft ZU mit mindestens 17°C in den Raum 2 einzubringen.
Liegen diese vorstehend genannten warmen Außentemperaturen
vor, so wird – gemäß 2 – der
Zuluftbypass 23 vollständig geöffnet
und die Verbindung des Außenluftkanals 12 zur Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 geschlossen. Durch
das Umfahren der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 gelangt
Außenluft AU in den Raum, wobei die Zulufttemperatur TZU gleichgroß wie die Außenlufttemperatur
TAU ist. Die Verschlusseinrichtung 30 verschließt
die Querverbindung 29 vollständig, sodass in den
Raum 100% Außenluft und 0% Umluft gelangt. In einer weiteren
Ausführungsform kann selbstverständlich auch vorgesehen
sein, dass die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 auch
im Sommer bei warmen Außentemperaturen, insbesondere bei
extrem hohen Außentemperaturen, genutzt wird, d. h., der
Bypass 22 wird mittels der Verschlussvorrichtung 24 geschlossen
oder teilweise geschlossen und es erfolgt ein Wärmetausch,
d. h., die kühlere Abluft AB kühlt mittels der
Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 die
wärmere Außenluft AU herunter. Da jedoch oftmals
nur eine geringe Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur TAU der Außenluft und der Temperatur
TAB der Abluft vorliegt, ergibt sich gegenüber
dem energetischen Gewinn des Wärmetauschs ein erhöhter
Energieverbrauch durch den Druckverlust der betriebenen Wärmerückgewinnungseinrichtung 7,
sodass der Einsatz der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 stets
abzuwägen ist. In dem Regelungsbeispiel der Diagramme der 8–12 liegt
dieses Regelverhalten bei Außentemperaturen TAU > 17°C vor.
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Unterschreitet
die Temperatur TAU der Außenluft
die vorgebbare Zuluftminimaltemperatur TZU SOLL (zum
Beispiel 17°C), so beginnt die Verschlussvorrichtung 24 zu
schließen, wobei der Grad des Schließens von der
Regeleinrichtung 32 bestimmt wird. Es sei in diesem Zusammenhang
noch erwähnt, dass die Regeleinrichtung über Temperatursensoren verfügt,
um insbesondere die Temperatur der Zuluft ZU und die Temperatur
der Fortluft FO zu bestimmen. Durch das teilweise Schließen
der Verschlussvorrichtung 24 – so wie es sich
aus der 3 ergibt – entnimmt
der Anteil der Außenluft AU, der durch die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 strömt,
der ebenfalls durch die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 strömenden
Abluft AB Wärme, d. h., durch diese Wärme wird
die zugeführte Außenluft AU erwärmt, sodass
die Zuluft ZU, die nach der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 aus
der Zuluftöffnung 11 in den Raum 2 strömt,
entsprechend erwärmt wird. Hierbei ist zu beachten, dass
sich die in den Raum 2 gelangende Zuluft ZU aus zwei Teilvolumenströmen
zusammenmischt, nämlich den Volumenstrom, der die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 passiert
und dem Volumenstrom, der durch den Bypass 22 strömt. Die
Regeleinrichtung 32 sorgt dafür, dass sich die
Zuluft ZU auf TZU SOLL, also 17°C,
erwärmt und mit dieser Temperatur in den Raum 2 eintritt.
Wie der 3 zu entnehmen ist, befindet
sich die Verschlusseinrichtung 30 immer noch in ihrer die
Querverbindung 29 komplett verschließenden Stellung,
sodass 100% Außenluft und 0% Umluft gewährleistet
ist. Diese vorstehend erwähnte Regelstrategie wird über
einen weitreichenden Temperaturbereich der Außenluft AU zielführend
von der Regeleinrichtung 32 durchgeführt. Bei
einem entsprechend hohen Rückwärmgrad der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 kann
diese Regelstrategie mit dem Ergebnis, dass TZU
SOLL den gewünschten Wert, zum Beispiel 17°C,
nicht unterschreitet, selbst bei Minusgraden der Außenluft
AU aufrechterhalten bleiben. In dem Regelungsbeispiel der Diagramme
der 8–12 liegt
dieses Regelverhalten im Bereich der Außentemperaturen
von –3°C < TAU < 17°C
vor.
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Erreicht
die Fortlufttemperatur TFO nach dem Durchströmen
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 bei
noch weiter sinkenden Außentemperaturen TAU den
kritischen Grenzwert TFO GRENZ von hier angenommenen
2°C, so beginnt – gemäß 4 – die Verschlusseinrichtung 30 einen
Anteil der Fortluft FO der Außenluft AU beizumischen, sodass
die Beziehung TFO = TFO
GRENZ erhalten bleibt. Zugleich wird die Verschlussvorrichtung 24 derart
geregelt, dass TZU SOLL nicht unterschritten
wird. Die aus der Stellung der Verschlussvorrichtung 30 resultierende
Reduzierung der Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 wird – sofern
der Bypass 22 nicht komplett geschlossen ist – von
der Stellung der Verschlusseinrichtung 30 kompensiert.
Die 5 zeigt eine erreichte Grenzregelstellung, d.
h., hier ist nur noch ein Umluftbetrieb gegeben, wobei die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 zu
100% im Einsatz ist, da der Bypass 22 geschlossen ist.
Die Verschlusseinrichtung 30 hat eine Stellung eingenommen,
in der die Querverbindung 29 vollständig geöffnet
ist und sowohl der Außenluftkanal 12 als auch
der Fortluftkanal 15 vollständig nach außen
geschlossen sind.
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Bei
jedem der vorstehend erwähnten Regelbereiche mit entsprechenden
Stellungen der Verschlussvorrichtung 24 und der Verschlusseinrichtung 30 ergibt
sich stets ein stabiler Regelzustand, sodass ganzjährig
gewährleistet ist, dass die Zuluft ZU die vorgebbare Zuluftminimaltemperatur
TZU SOLL nicht unterschreitet und dass die
Temperatur der Fortluft FO die vorgebbare Fortluftminimaltemperatur
TFO GRENZ nicht unterschreitet. Bei den
beispielhaft angenommenen Werten von TZU SOLL =
17°C ist ein angenehmer Komfort in der Aufenthaltszone
des Raumes 2 gegeben. Die Fortluftminimaltemperatur TFO GRENZ mit 2°C stellt sicher,
dass es nicht zu einem Einfrieren der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 kommt.
Das erläuterte Regel verfahren erfolgt kontinuierlich durchgeführt,
d. h., die entsprechenden Parameter werden kontinuierlich den Erfordernissen
entsprechend angepasst. Durch das erfindungsgemäße
Regelverfahren wird der Außenluftvolumenstrom bei extrem
kalten Außenluftbedingungen entsprechend weit reduziert,
wobei dennoch ein ganzjähriger Lüftungs-/Klimatisierungsbetrieb
bei hinreichenden Zulufttemperaturen ermöglicht ist. Die
Reduzierung des Außenluftvolumenstroms bei extremen Außentemperaturen
entspricht hierbei einem natürlichen Nutzerverhalten bei
Fensterlüftung und begrenzt den Lüftungswärmebedarf
und hilft demnach eine installierte Spitzenheizleistung entsprechend
reduziert vorzunehmen. In dem Regelungsbeispiel der Diagramme der 8–12 liegt
dieses Regelverhalten bei Außentemperaturen TAU < –3°C
vor.
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Bei
allen Ausführungsbeispielen ist stets sichergestellt, dass
der Raum 2 eine Raumheizung 37 aufweist. Diese
gehört nicht zum lufttechnischen Gerät 1 und
wird in Abhängigkeit von der Raumlufttemperatur betrieben.
Die Regeleinrichtung 32 wirkt nicht auf die Raumheizung
ein. Alternativ ist jedoch ein Einwirken möglich. insbesondere
ist vorgesehen, dass stets eine Raumtemperatur von 22°C
vorliegt.
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Insgesamt
ergeben sich aufgrund der Erfindung folgende Vorteile: Durch die
entsprechende Steuerung/Regelung der Einrichtungen des lufttechnischen
Geräts 1 kann auf eine geräteinterne
Erhitzung/Nacherhitzung ganzjährig verzichtet werden. Ein
Einfrieren der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 ist
ganzjährig sicher vermieden. Die Zulufttemperatur kann
ganzjährig auf TZU SOLL nach unten
begrenzt werden, d. h., ein thermischer Komfort ist gewährleistet
unabhängig von der jeweiligen Außentemperatur. An
extrem kalten Tagen wird der Außenluftstrom automatisch
reduziert und damit Energie gespart. Es wird zeitgleich die maximal
mögliche Energie an der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 zurückgewonnen
(begrenzt durch die Grenzwerte TFO GRENZ und
TZU SOLL).
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Die 6 betrifft
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines raumlufttechnischen
Geräts 1, dass sich von dem Ausführungsbeispiel
der 1 nur dadurch unterscheidet, dass die Verschlusseinrichtung 30 nicht
von einer einzigen Doppelluftklappe 31 gebildet ist, sondern
dass die Doppelluftklappe 31' der Verschlusseinrichtung 30 nur
zum Öffnen und Schließen der Querverbindung 29 vorgesehen
ist, jedoch den Außenluftkanal 12 und den Fortluftkanal 15 nicht vollständig
verschließen kann. Zum Verschließen des Außenluftkanals 12 beziehungsweise
des Fortluftkanals 15 sind separate Verschlusseinrichtungen 33 und 34 vorgesehen,
die vorzugsweise ebenfalls als Doppelluftklappen 35 und 36 ausgebildet
sind. Ansonsten gilt die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel
der 1–5 bei dem
Ausführungsbeispiel der 6 entsprechend.
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Beim
Ausführungsbeispiel der 7 ist gegenüber
dem Ausführungsbeispiel der 6 vorgesehen,
die Luftfördereinrichtung 19 nicht im Fortluftkanal 15,
sondern im Abluftkanal 14 unterzubringen. Ansonsten gilt
die Beschreibung entsprechend wie beim Ausführungsbeispiel
der 6 beziehungsweise 1–5.
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Die 8 bis 12 zeigen
verschiedene Diagramme, wobei auf der Abszisse jeweils die Temperatur
TAU der Außenluft im Bereich von –20°C
bis +30°C aufgetragen ist. Die Diagramme der 8 bis 12 gelten
für ein Außenluftvolumenstrom VAU = 600
m3/h, einem Rückwärmgrad
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 von
WG = 83%, einer Fortluftminimaltemperatur TFO
GRENZ von 2°C und einer Zuluftminimaltemperatur TZU SOLL = 17°C.
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Die 8 zeigt
auf der Ordinate die Temperatur in °C, wobei verschiedene
Kennlinien die Temperatur der Abluft TAB,
die Temperatur der Zuluft TZU und die Temperatur
der Fortluft TFO verdeutlichen. Für die
Temperatur der Fortluft TFO gilt für
eine Außenlufttemperatur TAU unter –3°C,
dass das raumlufttechnische Gerät 1 die Temperatur
der Fortluft sicher auf +2°C hält, um das Einfrieren
der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 zu
vermeiden. Für den Temperaturverlauf (TZU)
der Zuluft gilt, dass unter einer Außenlufttemperatur von
17°C die das raumlufttechnische Gerät 1 die
Zulufttemperatur TZU sicher auf 17°C regelt.
Für die Temperatur TAB der Abluft
gilt ein Wert von 22°C, der durch die Heizung im Raum 2 (Raumheizung 37)
bereitgestellt wird. Ab einer Außenlufttemperatur TAU = 24°C steigt die Raumtemperatur
an.
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Das
Diagramm der 9 weist auf der Ordinate die
Klappenstellung K in % auf, wobei hier die Luftklappen der Verschlussvorrichtung 24 und
der Verschlusseinrichtung 30 gemeint sind. Die Verschlussvorrichtung 24 ist
dem Bypass 22 zugeordnet und im Diagramm mit B (Bypassklappe)
gekennzeichnet. Die Verschlusseinrichtung 30 ermöglicht
einen Umluftbetrieb, sodass im Diagramm der 9 ein U
für Umluftklappe verwendet ist. Es ist erkennbar, dass
unter einer Außentemperatur TAU = –3°C das
raumlufttechnische Gerät die Fortlufttemperatur TFO sicher auf +2°C hält,
um das Einfrieren der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 zu
vermeiden. Zeitgleich dazu wird die Zulufttemperatur TZU mit
17°C erhalten, ohne dass eine Heizeinrichtung mit Fremdenergie
im lufttechnischen Gerät 1 vorhanden ist. Bypassklappe
und Umluftklappe werden ent sprechend von der Regeleinrichtung 32 gesteuert.
Unter TAU = 17°C regelt das raumlufttechnische
Gerät 1 die Temperatur der Zuluft TZU sicher
auf 17°C mit der Bypassklappe B.
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Um
den Außenluftstrom bei niedrigen Temperaturen (< –3°C)
weiter zu gewährleisten, können in einer Weiterführung
der Regelung die Ventilatorvolumenströme angehoben werden.
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Die 10 zeigt
auf der Ordinate eine Leistung, nämlich die Leistung der
Wärmerückgewinnungseinrichtung 7. Es
ist erkennbar, dass unter einer Außenlufttemperatur TAU = –3°C die Temperatur der
Fortluft TFO und die Temperatur der Zuluft
TZU sicher geregelt werden. Dies bedeutet
bei einem Volumenstrom der Außenluft AU von 600 m3/h, dass die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 etwa
4 kW beträgt. Ferner ist erkennbar, dass unter einer Außenlufttemperatur
TAU = 17°C die Verschlussvorrichtung 24 so
verstellt wird, dass die Wärmerückgewinnungseinrichtung 7 genutzt
wird.
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Das
Diagramm der 11 zeigt auf der Ordinate den
Wärmebedarf im Raum 2. Es ist erkennbar, dass
unter TAU = –3°C der Lüftungswärmebedarf durch
eine Reduzierung des Volumenstroms geringer wird. Unter einer Außenlufttemperatur
TAU = 17°C wird die Temperatur
der Zuluft begrenzt, d. h., es liegt ein konstanter Lüftungswärmeverlust
von 1 kW vor, der durch die Personenlasten von sich im Raum 2 befindlichen
Personen kompensiert wird. Schließlich ist für
Außenlufttemperaturen TAU gleich
22°C erkennbar, dass isotherm in den Raum 2 eingeblasen
wird, d. h., es liegt ein Lüftungswärmeverlust
von 0 vor. Bei steigender Außenlufttemperatur TAU ergibt sich der Kühlfall.
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Letztlich
zeigt das Diagramm der 12 auf der Ordinate den Außenluftvolumenstrom,
wobei durch den Kurvenverlauf erkennbar ist, dass bei Außentemperaturen
von –10°C beispielsweise 240 m3/h zur
Verfügung stehen. Unter einer Außentemperatur von –3°C
wird durch die Verschlusseinrichtung 30 der resultierende
Außenluftvolumenstrom in den Raum 2 von 600 m3/h kontinuierlich reduziert. Hierdurch wird der
Lüftungswärmebedarf an extrem kalten Tagen vermindert.
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Optional
könnte auch eine Regelung des Zuluftvolumenstroms nach
dem CO2-Gehalt der Luft in der Aufenthaltszone des Raumes 2 erfolgen,
um den Lüftungswärmebedarf und somit die Heizkosten
im Winter zu minimieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008063555
A1 [0002]