DE202010008740U1 - Klimagerät - Google Patents

Klimagerät Download PDF

Info

Publication number
DE202010008740U1
DE202010008740U1 DE202010008740U DE202010008740U DE202010008740U1 DE 202010008740 U1 DE202010008740 U1 DE 202010008740U1 DE 202010008740 U DE202010008740 U DE 202010008740U DE 202010008740 U DE202010008740 U DE 202010008740U DE 202010008740 U1 DE202010008740 U1 DE 202010008740U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
air
cooling
flow path
heat recovery
exhaust air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202010008740U
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE202010008740U priority Critical patent/DE202010008740U1/de
Publication of DE202010008740U1 publication Critical patent/DE202010008740U1/de
Priority to DE102011054257.4A priority patent/DE102011054257B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/002Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid
    • F24F12/003Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an intermediate heat-transfer fluid using a heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/0001Control or safety arrangements for ventilation
    • F24F2011/0006Control or safety arrangements for ventilation using low temperature external supply air to assist cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F2012/007Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using a by-pass for bypassing the heat-exchanger
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/54Free-cooling systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/56Heat recovery units

Abstract

Klimagerät mit zumindest einem Abluft-(ABL), zumindest einem Zuluft-(ZUL), zumindest einem Fortluft-(FOL) und zumindest einem Außenluftanschluss (AUL) mit einem ersten Hauptströmungsweg (17) zwischen Außenluft und Zuluft und einem zweiten Hauptströmungsweg (18), der Abluft und Fortluftanschluss verbindet, wobei in den beiden Strömungswegen (17, 18) ein Ventilator (6, 7) vorgesehen ist, und zwischen den Hauptströmungswegen (17, 18) zumindest drei Verbindungsströmungswege (19, 20, 21) vorgesehen sind, wobei ein erster Verbindungsströmungsweg (19) den ersten Hauptströmungsweg (17) mit dem zweiten Hauptströmungsweg (18) verknüpft und einen Luftstrom von der Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zuläßt, und über diesen Strömungsweg von Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zumindest ein mit zumindest einem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) thermisch verbundenes, zweites Wärmerückgewinnungsmodul (3) vorgesehen ist, und ferner zwei weitere Verbindungsströmungswege (20, 21) als Umluftwege ausgebildet sind, die eine Strömung von dem Abluftanschluss (ABL) zum Zuluftanschluss (ZUL) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmodul (1, 5) im ersten Hauptströmungsweg (17) vorgesehen ist, das...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Klimagerät gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Zur Kühlung von insbesondere thermisch hochbelasteten IT-Räumen sind verschiedene Kühlverfahren bekannt. Diese Kühlverfahren werden abhängig von der Außenlufttemperatur verschiedenst eingesetzt. In der Regel wird vor allem ein Umluftkühlsystem verwendet, welches die Außenluft nicht nutzt. Entsprechend muss sehr viel Energie aufgewendet werden, um die stets sehr warme Abluft per Kühlmodul, dieses verknüpft mit einer Kältemaschine, maschinell zu kühlen, bevor diese dem Raum wieder zugeführt wird.
  • Als Alternative dazu ist eine direkte Kühlung eines Raumes mit kalter Außenluft sehr energiesparend. Dieses System wird Direkte Freie Kühlung genannt, auch wenn dabei ganz selten bei zu warmer Außenluft ein Kühlmodul benötigt wird, dessen Kühlenergie wiederum von einer Kältemaschine erzeugt werden muss, die dann ebenfalls viel Energie benötigt.
  • In ähnlicher Art Energie sparend ist ein System der Indirekten Freien Kühlung, wo mithilfe der kühlen Außenluft ein Kühlmedium erzeugt wird, das dann im Umluftkühlbetrieb beim stets benötigten Kühlmodul verwendet wird. Wenn die Außenluft zur Kühlung am Kühlmodul indirekt nicht mehr kalt genug ist, muss auch hier ein von einer Kältemaschine aus versorgtes Kühlmodul verwendet werden.
  • Die indirekte und die Direkte Freie Kühlung sind somit vorwiegend für kühle und kalte Außentemperaturen geeignet, wobei die Direkte Freie Kühlung wesentlich länger ohne Nutzung der Kältemaschine, d. h. noch bei höheren Außentemperaturen genutzt werden kann, aber den Nachteil hat, dass bei speziellen Raumfeuchteanforderungen ein hoher Be- und Entfeuchtungsaufwand erforderlich ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die ein energieeffizientes, Strom sparendes Klimatisieren der Raumzuluft bei allen Umgebungsbedingungen ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Klimagerät weist einen ersten Hauptströmungsweg von Außenluft zur Zuluft und einen zweiten Hauptströmungsweg von Abluft zur Fortluft auf. In den beiden Hauptströmungswegen ist jeweils zumindest ein Ventilator vorgesehen. Von der Außenluft in Richtung Zuluft sind beide Hauptströmungswege durch zumindest einen ersten, zweiten und dritten Verbindungsströmungsweg verbunden. Zwischen dem Anschluss des zweiten und dritten Verbindungsströmungswegs am ersten Hauptströmungsweg, ist der erste Hauptströmungsweg durch zwei parallele Äste ausgebildet. Zwischen dem Anschluss des ersten Verbindungsströmungsweges am zweiten Hauptströmungsweg und der Fortluft FOL ist der zweite Hauptströmungsweg ebenfalls durch zwei parallele Äste gebildet.
  • Erfindungsgemäß ist in einem Parallelast des ersten Hauptströmungswegs ein Kühlmodul, insbesondere als Direktverdampfer oder Kühlregister vorgesehen. Zumindest ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul, ist entweder in einem der beiden Umluftwege oder in dem Bypaßweg der um das Kühlmodul führt, angeordnet. Das zugehörige Heizteil des Wärmerückgewinnungssystems, sprich das dem ersten Wärmerückgewinnungsmodul zugeordnete zweite Wärmerückgewinnungsmodul, welches die durch die Kühlwirkung entstehende reziproke Wärme abgibt, ist zwischen dem Anschluss des ersten Verbindungsströmungsweges am ersten Hauptströmungsweg und dem Fortluftauslass angeordnet. Das erste zumindest ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul ist thermisch mit einem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul verbunden.
  • Diese Anordnung hat den Vorteil, dass dadurch mit einem Klimakompaktgerät die Betriebsarten maschinelle Kühlung sowohl der Umluft, der Außenluft als auch einer beliebigen Mischluft, sowie eine adiabate Kühlung, eine Direkte Freie Kühlung als auch eine Indirekte Freie Kühlung bzw. auch diverse Mischformen dieser Kühlmethoden auf einfache Weise umgesetzt werden können.
  • In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform liegt das die Kühlenergie abgebende erste Wärmerückgewinnungsmodul im zweiten Verbindungsströmungsweg und das eigentliche Kühlmodul, als Direktverdampfer ausgebildet sein kann, liegt in einem parallelen Teil des ersten Hauptströmungsweges zwischen den Einleitungen des zweiten und dritten Verbindungsströmungsweges. Der Direktverdampfer kann als Teil einer im Klimakompaktgerät integrierten Kältemaschine, die selbstverständlich noch weitere übliche Bauteile hat, mit einem zugehörigen luftgekühlten Kondensator verbunden sein. Der Kondensator kann in einem Fortluftweg, parallel nutzbar zu dem die Kühlenergie aus der kalten Außenluft aufnehmenden Wärmerückgewinnungsmodul, angeordnet sein.
  • In einem Parallelast des ersten Hauptströmungsweges kann ein weiteres kühlendes zweites Wärmerückgewinnungsmodul derart eingebaut werden, dass dieses sowohl mit dem ersten kühlenden Wärmerückgewinnungsregister, als auch mit dem die Kühlleistung aufnehmenden Wärmerückgewinnungsmodul verknüpft ist. Das erhöht den Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung und führt dazu, dass erst dann auf die Direkte Freie Kühlung umgeschaltet wird, wenn die Außenluft schon wesentlich wärmer und dann zumeist absolut feuchter ist.
  • Ferner kann im zweiten parallelen Ast des ersten Hauptströmungswegs ein Dampfbefeuchter oder/und ein Wärmerückgewinnungsmodul angeordnet werden.
  • Eine Kühlungsart, bei der Energie eingespart wird, ist bereits unter ”Kyotokühlung” bekannt geworden. Bei dieser Form der Kühlung wird in einem Außenluft-, Fortluftströmungsweg ein erster Teil eines Wärmerückgewinnungssystems in Form eines rotierenden Wärmerades eingebracht, wobei der zweite Teil des Wärmerades im Umluftweg zwischen Abluft und Zuluft sitzt. Dieses Konzept hat jedoch den Nachteil, dass es lediglich auf Umluftbetrieb beschränkt ist. Außenluft und Zuluft sind getrennt voneinander geführt. Zudem muss bei nicht mehr zur Kühlung ausreichenden, wärmer werdenden, Außenluft die maschinelle Kühlung benutzt werden oder Raum dann wärmer werden. Damit er nicht zu warm wird, sitzen in beiden Luftströmen Zusatzbauteile wie Kühlmodul in der Zuluft und luftgekühlter Kondensator in der Fortluft, wenn die Kondensatorkühlung nicht anderweitig, dann aber ebenso Energie aufwändig erfolgt. Da alle Teile jeweils in Reihe zum Wärmeradteil angebracht sind und ständig mit Luft durchströmt werden, müssen die beiden Ventilatoren stets einen erhöhten Widerstand überwinden, der noch dazu durch die zusätzlich in Reihe angeordneten Filter noch weiter erhöht wird. Das ergibt laufend zwei relativ hohe Ventilatorleistungen, also einen gewissen ständigen Strombedarf.
  • Ein weiterer Nachteil des Koyoto-Systems ist, dass eine ggf. notwendige Entfeuchtung des Raumes nur durch einen Mehraufwand an Luftbehandlungsteilen und Energie möglich ist. Ebenfalls nachteilig ist der große Platzbedarf, bedingt durch das waagerecht angeordnete Wärmerad.
  • Entgegen der Kyotokühlung, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich einen durchgehenden Außenluft-, Zuluftkanal auf, in dem ein Kühlmodul mit zumindest einem Bypass angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Luft entfeuchtet werden kann und das System platzsparender ausgebildet ist. Darüber hinaus können weitere Maßnahmen zur Reduzierung von Luftwiderständen für die Ventilatoren getroffen sein. Es können zwei Umluftströmungswege bei der Indirekten Freien Kühlung benutzt werden, wodurch eine parallele Nutzung von Kondensator und Wärmerückgewinnungsregister in der Fortluft ermöglicht wird. Zudem werden durch entsprechende Umlenkungen notwendiger Luftfilter nur ganz selten mit der vollen Luftmenge durchströmt, welche dem aktuellen Zuluftvolumenstrom entspricht, was zusätzlich Antriebsleistung und damit bezogen auf die Jahresnutzungszeit Energie einspart. Speziell der für die volle Luftmenge auszulegende Außenluftfilter wird somit häufig nur mit einem kleinen Teil der Außenluft durchströmt.
  • Durch diese Anordnung kann das Klimagerät sowohl in den Betriebsarten Direkte Freie Kühlung, Indirekte Freie Kühlung, maschinelle Kühlung und unterstützende adiabate Kühlung bei stets minimierten Antriebsleistungen für die Ventilatoren betrieben werden. Die einzelnen Betriebsarten können je nach aktuellem Zustand der Außenluft und der gewünschten Raumkonditionen bedarfsgerecht angesteuert werden. Zudem sind auch Mischformen der einzelnen Betriebsarten möglich.
  • Sofern beispielsweise die Außenluft deutlich kälter als die Abluft und kälter als die notwendige Zuluft ist, kann der zu kühlende Raum über die Direkte Freie Kühlung, über die Zuführung der Außenluft über parallele Strömungswege und geregelter Beimischung mit der warmen Abluft über den 3. Verbindungsströmungsweg der als Umluftweg ausgebildet ist, bereits ausreichend gekühlt werden. Dies stellt die Energie effizienteste Art der Kühlung dar, da ein sehr geringer Strömungswiderstand für eine niedrige Ventilatorleistung sorgt, keine zusätzliche maschinelle Kühlung per Kältemaschine oder Brunnenanlage, usw. nötig ist und diese Betriebsart zumindest in den meisten Klimazonen der Erde vorwiegend gewählt werden kann.
  • Ist die Außenluft sehr kalt und damit zu trocken, kann eine Indirekte Freie Kühlung vorgenommen werden. Dabei strömt die kalte Außenluft über den ersten Verbindungsströmungsweg zur Fortluft und durchströmt dabei das dort angebrachte zweite Wärmerückgewinnungsmodul, wodurch Wärme vom ersten zum zweiten Wärmerückgewinnungsmodul übertragen und durch die Fortluft abtransportiert wird. Die Abluft des Raumes, die eine entsprechende Luftfeuchtigkeit aufweist, wird als Umluft über einen zweiten Verbindungsströmungsweg über das erste Wärmerückgewinnungsmodul geleitet, an welchem diese abgekühlt wird und trotzdem ihre absolute Luftfeuchtigkeit behält. Widerstand entlastend für den Zuluftventilator wird bei kälter werdender Außenluft zudem immer mehr Umluft zusätzlich über den dritten Verbindungsströmungsweg in den ersten Hauptströmungsweg eingeleitet, bis sowohl der zweite als auch der dritte Verbindungsströmungsweg je 50% Luft haben.
  • Auf diese Weise kann mittels der Indirekten Freien Kühlung eine energiearme Abkühlung der Abluft erfolgen. Auch in diesem Fall muss keine zusätzliche Energie zur Kühlung bereitgestellt werden. Im Gegensatz zur Direkten Freien Kühlung ist hier allerdings ein wenig höherer Energieaufwand erforderlich, da sich der Strömungswiderstand durch die Förderung des vollen Luftstroms über einen Außenluftfilter und das Wärmerückgewinnungsregister zumindest dann erhöht, wenn bei wärmer werdender, jedoch noch nutzbarer Außenluft die Bypassentlastungen durch den dritten Verbindungsströmungsweg bzw. den Fortluftbypass immer mehr wegfallen. Das kann vermutlich nicht ganz ausgeglichen werden, da bei sehr kalter Außenluft der Fortluftventilator wesentlich weniger Luft fördert, weil dies nur selten vorkommt.
  • Für den Fall, dass die Außenluft AUL wärmer ist als die aktuell gewünschte Zulufttemperatur, aber kühler als die Abluft, wird die Außenluft, je nach Differenz zwischen Außentemperatur und gewünschter Zulufttemperatur vorwiegend über das Kühlmodul geleitet und dort leistungsgeregelt maschinell gekühlt und zudem zum Teil Luftwiderstand entlastend über den Bypass im ersten Hauptströmungsweg geführt. Falls das Kühlmodul wie im Hauptvorschlag vorgesehen, ein Direktverdampfer ist, wird die Abluft als Fortluft FOL geregelt über den luftgekühlten Kondensator und das einen Bypass bildende zweite, jetzt thermisch inaktive, Wärme abgebende zweite Wärmerückgewinnungsmodul im zweiten Hauptströmungsweg und somit ebenfalls Luftwiderstand entlastend abgeführt.
  • Es ist sicher wirtschaftlicher, die bei dieser Kühlart im Durchschnitt lediglich um 2 bis 4 Grad Celsius wärmere Außenluft auf die notwendige Zulufttemperatur etwas abzukühlen als die Umluft um 10 bis 12 Grad Celsius abzukühlen, was bei den üblichen Systemen mit Indirekter Freier Kühlung häufig der Fall ist. Bei der üblichen Direkten Freien Kühlung fallen in Deutschland beispielsweise nur ca. 600 Stunden im Jahr mit einer mittleren Abkühlung von 2,5 Grad Celsius an, während bei üblicher Indirekter Freier Kühlung für den restlichen Kältemaschinenbetrieb ca. 2.000 Stunden im Jahr mit einer Abkühlung von 11 Grad Celsius anfallen.
  • Für den ganz seltenen Fall, dass die Außenluft AUL wärmer als die aus dem Raum geförderte Abluft ABL ist, wird die Außenluft nicht mehr zur Kühlung des Raums herangezogen. Entsprechend kann in diesem Fall die zur Kühlung des Raums notwendige Luftmenge über den zweiten Verbindungsströmungsweg , sprich einen Umluftweg und über das Kühlmodul, je nach Bauart, dem Raum zugeführt werden. Für diesen Fall wird die meiste Energie benötigt, da zum einen eine zusätzliche Kühlleistung erforderlich ist, die per Kältemaschine oder Brunnenanlage oder Ähnlichem erzeugt werden muss, zum anderen der Strömungswiderstand im Klimagerät erhöht ist. Durch die erfindungsgemäße Kanalführung im Klimagerät ist der Strömungswiderstand in den anderen Betriebsarten, die wesentlich häufiger vorkommen, auf ein Minimum reduziert, wodurch im Jahresdurchschnitt trotzdem erheblich Energie eingespart werden kann.
  • Die dargestellte Klimatisierungsvorrichtung erlaubt abhängig von den jeweiligen Außenluft- bzw. Raumkonditionen eine ideale Einstellung für eine energieoptimierte Raumkühlung. Erfindungsgemäß können dabei verschiedene Kühlarten miteinander kombiniert werden und parallel oder nacheinander ablaufen.
  • Bei den bei der Erfindung praktizierten Kühlungsarten wird neben der enormen Einsparung von Energie für die Kühlung nur ganz wenig Befeuchtungsenergie benötigt, weil hier nur der Anteil an der Zuluft befeuchtet werden muss, welcher der notwenigen Außenluftrate von beispielsweise 10% entspricht.
  • Bei sehr niedrigen Außentemperaturen, wo die Außenluft sehr „trocken” ist, wird die Indirekte Freie Kühlung angewendet und die zur Raumkühlung verwendete Umluft somit ohne Einsatz einer Kältemaschine durch Wärmerückgewinnung gekühlt.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das die Kühlenergie der Außenluft aufnehmende zweite Wärmerückgewinnungsmodul im ersten Verbindungsströmungsweg zwischen den beiden Hauptströmungswegen angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass für eine Indirekte Freie Kühlung die Außenluft über dieses Wärmerückgewinnungsmodul geführt werden kann, welches jedoch bei der Anwendung der häufiger vorkommenden Direkten Freien Kühlung weder im Strömungsweg der Außenluft AUL noch in dem der Abluft ABL oder der Fortluft FOL liegt und somit keinen Widerstand für einen der beiden Ventilatoren erzeugt.
  • Besonders bei einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Außenluft und Abluft macht sich die Positionierung des zweiten Wärmerückgewinnungsmoduls im Verbindungsströmungsweg bemerkbar. Im Gegensatz zu einer Positionierung im zweiten Hauptströmungsweg wird hier das Wärmerückgewinnungsregister lediglich durch die Außenluft gekühlt und nicht wie im anderen Fall durch eine Mischung eines warmen Abluftteiles mit der kalten Außenluft. Diese Anordnung erhöht den Wirkungsgrad bei einer Indirekten Freien Kühlung.
  • Der Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnung kann bei einer anderen Ausführungsart nochmals gesteigert werden, indem das erste Wärmerückgewinnungsmodul auf zwei in Reihe schaltbare Bauteile aufgeteilt wird, die vom ersten Wärmerückgewinnungsmodul die dort gekühlte Flüssigkeit parallel geregelt beziehen, falls beide benutzt werden müssen. Dabei liegt ein Teil des die Kühlleistung abgebenden Wärmerückgewinnungsmoduls wie vorbeschrieben im zweiten Verbindungsströmungsweg und der andere Teil im Bypassweg zum Kühlmodul, wo er auch durch den anderen Parallelast über das Kühlmodul mit einem Teil der Luftmenge umgangen werden kann. Da dabei die Indirekte Freie Kühlung bei etwas höheren Außentemperaturen noch genutzt werden kann, wird somit nochmals Befeuchtungsenergie eingespart. Denn bei einer späteren Umschaltung auf die Direkte Freie Kühlung ist die Außenluft schon nicht mehr so trocken.
  • Bei steigender Außentemperatur und damit in der Regel zunehmender Außenluftfeuchte wird die Direkte Freie Kühlung, ein bekanntes Mischluftsystem angewendet, das ebenfalls ohne Kältemaschine, d. h. ohne Fremdenergieaufwand auskommt. Hierbei muss die aus Außenluft und Umluft gebildete Mischluft nur ganz wenig oder gar nicht befeuchtet werden, wenn die Mindestraumfeuchte nicht so hoch gewählt wird.
  • Desto höher die Zulufttemperatur sein darf, umso seltener wird dabei eine Kältemaschine oder eine andere maschinelle Kühlungsart benötigt, die dann mehr Fremdenergie als die Kühlmittelpumpe für die Wärmerückgewinnung braucht.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann zudem auf einfacher Art und Weise eine Energie sparende Entfeuchtung stattfinden, so dass ein sehr wirtschaftliches Vollklimasystem entsteht. Damit eignet sich das neuartige Kühlsystem auch für warme und feuchte Klimazonen, ja selbst für Schwimmbäder, wenn dort stets eine hohe Ablufttemperatur ansteht. Es wird hierbei lediglich ein Teil der zu erzeugenden Zuluft als Außenluft entfeuchtet, nicht wie ansonsten üblich 100%. Diese stark gekühlte Außenluft wird dann mit einem festen, kleinen Teil der regelmäßig sehr warmen Umluft gemischt, so dass die gewünschten Zuluft- und Raumkonditionen entstehen.
  • Bei diesem Kühl- oder Klimasystem wird durch eine bedarfsgerechte Nutzung der diversen Luftwege zudem darauf geachtet, dass es bei jeder der vielen möglichen Kühlarten nur geringe Widerstände für die Luftförderung sowohl für die Zuluftaufbereitung als auch für die Außenluft-/Abluft-/Fortluftnutzung bei den beiden Ventilatoren gibt. Das spart neben der Minimalnutzung des Kühlmoduls in Verbindung mit der Kältemaschine nochmals Strom in Form von Antriebsleistung.
  • Ein weiterer, jedoch gravierender Vorteil gegenüber üblicher Indirekter Freier Kühlung ist, dass das vorzugsweise vorgeschlagene Klimagerät mit Direktverdampfer als Kühlmodul und integrierter Kältemaschine kein von Außen zugeführtes Kühlmedium, also keine Flüssigkeiten benötigt, also im zu kühlenden Technikraum keine unter Druck stehenden Wasser- oder andere Flüssigkeitsleitungen mit stets großen Mengen für die Kühlung erforderlich sind. Es werden nur drucklose Kondensatableitungen und ggf. kleine Leitungen für die geringen Befeuchterleistungen benötigt.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass alle zur Kühlung notwendigen Komponenten in dem zu versorgenden IT-Betriebsraum untergebracht werden können, was insgesamt die Sicherheit bei Rechenzentren erhöht.
  • Mit diesem Kühlsystem kann gegenüber einem reinen Umluftkühlsystem trotz dortigem Einsatz von Präzisionsklimageräten im Jahresmittel in gemäßigten Klimazonen über 90%, gegenüber einem Umluftkühlsystem mit üblicher Indirekter Freier Kühlung an die 70% an elektrischer Energie, also an Strom, eingespart werden. Hinzu kommt, dass dort stets wichtige Bauteile außerhalb des zu kühlenden Betriebsraumes angebracht werden müssen.
  • Gegenüber einem einfachen Umluftkühlsystem mit einfacheren, sog. „Komfortklimageräten”, welche eine obere Zuluftzuführung in den Raum mit sehr kalter Zuluft und eine oberer Absaugung haben, wo ungewollt eine Entfeuchtung der Kühlluft stattfindet und daher nachbefeuchtet und nachgewärmt werden muss, kann in gemäßigten Klimazonen der Erde wirtschaftlich nachhaltig bis zu 96% an Strom eingespart werden.
  • Das neuartige Kühlsystem spart auch in anderen Klimazonen der Erde als vorzugsweise in gemäßigten Zonen Strom, insbesondere dann, wenn es dort mit einer Absorptionskältemaschine bei Nutzung der Sonnenwärme ausgestattet wird. Auch in warmen Klimazonen der Erde zeitweilig Außentemperaturen gibt, die unter der „notwendigen” Zulufttemperatur liegen, die noch eine Direkte Freie Kühlung erlauben.
  • Eine weitere Einsparung von Strom ist dann möglich, wenn die bei der Erfindung ganz einfach mögliche Verdunstungskühlung, auch adiabate Kühlung genannt, zwischen Außen- und Umluft oder Ab-/Fortluft und Zuluft kombiniert wird.
  • Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der, dass zu den häufigen Betriebszeiten beider Freier Kühlarten eine niedrige Zulufttemperatur mit einem hohen delta t im Raum, das ist die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Zuluft, genutzt werden kann. Das führt dann bei gleicher Ablufttemperatur wie im Kältemaschinenbetrieb dazu, dass bei der Freien Kühlung ein kleinerer Betriebsvolumenstrom zur Abführung der Raumkühllast gefahren werden kann als wie beim Kältemaschinenbetrieb. Das führt übers Jahr zu einer weiteren starken Energieeinsparung bei der Antriebsleistung für die beiden Ventilatoren und hat den Vorteil, dass ohne Energieaufwand zumeist eine niedrigere Raumtemperatur genutzt werden kann. Die Kühlung erfolgt zumeist direkt oder indirekt über die Außenluft.
  • Das Kühlsystem kann entsprechend der max. Kühllast des Raumes für eine Luftleistung (Luftvolumenstrom) für den seltenen Kältemaschinenbetrieb ausgelegt werden. Dort ist es, insbesondere bei Nutzung der Außenluft beim maschinellen Kühlbetrieb aus Energiespargründen sinnvoll, eine höhere Zulufttemperatur zuzulassen. Wenn die Ablufttemperatur bei der Freien und der maschinellen Kühlung dann gleich hoch gewählt wird, ist der Nennvolumenstrom beim erfindungsgemäßen System somit nach einem kleineren delta t zu bestimmen. Somit kann bei den beiden häufig genutzten beiden Freien Kühlungsarten ein höheres delta t verwendet werden. Ein kleines delta t führt zu einem größeren Volumenstrom und umgekehrt. Deshalb ist bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem in gemäßigten Klimazonen bei beiden Arten der freien Kühlung, also zumeist, ein wesentlich kleinerer Betriebsvolumenstrom mit dann weniger Antriebsenergie für die Ventilatoren erforderlich. Der Unterschied ist umso größer, je höher man die Einschalttemperatur für den maschinellen Kühlbetrieb wählt oder nach Empfehlung von ASHREA eine höhere Raumtemperatur im „Kaltgang oder/und Warmgang eines Rechenzentrums” beim Kältemaschinenbetrieb nutzen kann. Denn die Luftwiderstand erzeugenden Bauteile müssen schließlich für den max. Volumenstrom, also den aus der Kühllast berechneten Nennvolumenstrom ausgelegt werden und erzeugen dann bei dem kleineren Betriebsvolumenstrom bei Freier Kühlung wesentlich weniger Widerstand. Gem. der physikalischen Gesetzmäßigkeiten ändert sich, zumindest theoretisch, die Ventilatorantriebsleistung in 3. Potenz zum Volumenstrom. Bei einem durchaus üblichen Reduktionsverhältnis der Volumenströme bei delta t 12 bzw. 14 Grad Celsius von ca. 0,86 bringt das eine Reduktion der Ventilatorleistungen um ca. 70%.
  • Im Übrigen lässt sich diese energiesparende Lösung für unterschiedliche Temperaturunterschiede weder bei einem reinen Umluftkühlsystem noch bei üblicher Indirekter Freier Kühlung durchführen, weil dort stets der aus der max. Kühllast berechnete Nennvolumenstrom gefördert werden muss.
  • Zudem kann eine Sprühbefeuchtung am Wärmerückgewinnungsmodul in der Außenluft/Fortluft vorgesehen sein, wodurch möglichst lange eine Indirekte Freie Kühlung über das andere Wärmerückgewinnungsmodul in der Umluft genutzt werden kann, bevor die Kältemaschine, je nach ansteigender Außenluft, mit dann fortlaufend steigender Zusatzkühlleistung zugeschaltet wird. Der Einsatzpunkt der Kältemaschine ist abhängig von der Art der im Kühlgerät benutzbaren Wärmerückgewinnungsmodule bzw. von deren Wirkungsgrad (Wärmerückgewinnungsfaktor). Erfindungsgemäß ist somit auch eine Kombination von Direkter, Indirekter Freier Kühlung und adiabater Kühlung möglich.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlsystems besteht darin, dass in gemäßigten Klimazonen über die häufigste Betriebszeit des Jahres, wo eine der beiden Arten der Freien Kühlung möglich ist, wobei wie oben geschildert, nur sehr wenig Strom für die beiden Ventilatoren und die Umlaufförderpumpe, die zwischen die beiden Wärmerückgewinnungsmodule geschaltet ist, benötigt wird. In dieser Zeit können diese Bauteile den Steuer- und Regelungsteil den Strom dafür jederzeit redundant über das USV-Netz (die unterbrechungsfeie Stromversorgung) beziehen. Außerdem kann man bei Nutzung der Sonnenwärme über Solarzellen diesen hierbei nur geringen Strombedarf für die Ventilatoren und die Wärmerückgewinnungspumpe sogar selbst decken. Nur an wenigen Stunden des Jahres, nur dann, wenn wirklich eine Kältemaschine benötigt wird, steigt der Leistungsbedarf für das erfindungsgemäße Kühlsystem, dann allerdings extrem gegenüber den vorher benutzten beiden Freien Kühlungsarten an. Dann muss bei Netzausfall der üblichen Stromversorgung für ausreichend Ersatzstrom für den oder die Verdichter der Kältemaschine und ggf. die Befeuchtungseinrichtung gesorgt werden.
  • Noch weitere Vorteile des erfindungsgemäßen, universell nutzbaren Kühlsystems sind, dass im Falle eines Schwelbrands im Raum, zweckmäßigerweise eine Sauerstoffreduktion für den Raum stattfinden kann, was durch eine insbesondere automatische Umschaltung des Klimageräts auf Umluftkühlbetrieb gewährleistet wird.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In den Zeichnungen bedeutet:
  • 1 ein Vollklimasystem mit sechs unterschiedlichen Kühlarten
  • 2 ein zu 1 ähnliches Klimagerät, wobei, mit dem Unterschied, dass dieses Klimagerät bei einer Bauweise mit vertikalen Hauptluftströmungen einfacher herzustellen ist, aber dafür keine sinnvolle Reihennutzung von Indirekter Freier Kühlung, diese ggf. mit adiabater Kühlung kombiniert, und nachfolgender maschineller Umluftkühlung möglich ist, was aber für gemäßigte Klimazonen ausreicht.
  • 3 ein Vollklimasystem, wo die Klimageräte in einem Nebenraum zum klimatisierten Raum untergebracht werden können und damit oder generell Flüssigkeitszufuhren zu den Klimageräten erlaubt sind und sogar eine Absorptionskältemaschine mit Nutzung der Sonnenenergie verwendet werden könnte.
  • 4 eine in Ergänzung zu 1 ein Vollklimasystem, wo durch eine Reihenschaltung von 2 Wärmerückgewinnungsmodulen bei entsprechender Mindestfeuchte des Raumes die Indirekte Freie Kühlung, wo nur der kleine Anteil von Außenluft an der Zuluft befeuchtet werden muss, länger genutzt werden kann.
  • 5 eine grundlegende erfindungsgemäße Schaltung, und
  • 6 in Anlehnung an 2 ein Ausführungsbeispiel eines Klimagerätes.
  • 1 zeigt ein modular veränderbares Vollklimasystem mit den, je nach dem aktuellen Außenluftzustand und den jeweiligen Raum- oder Zuluftanforderungen möglichen, umschaltbaren sechs Kühlarten:
    • – Indirekte Freie Kühlung
    • – Direkte Freie Kühlung
    • – Kühlung der verwendbaren Außenluft
    • – Kühlung einer reinen Umluft
    • – Kühlung einer Mischluft, bestehend aus Außenluft und Umluft
    • – Entfeuchtungsbetrieb.
  • Einige Kühlarten können je nach Anwendungsfall sogar miteinander kombiniert werden.
  • Alle hier genannten Kühlarten kommen ohne Flüssigkeitszufuhr von externen Netzen für die maschinelle Kühlung aus. Für die modular ergänzbare Verdunstungskühlung (25) in der Fortluft (16) und die in der Zuluft (14) ggf. erforderliche Befeuchtungseinrichtung (24) in beliebiger Bauart sind aber Zuleitungen erforderlich.
  • Das Klimagerät besteht aus mehreren Luftförderstrecken mit 3 möglichen Filtern (8, 9, 10) sowie Luftanschlüssen für die Zuluft (ZUL), Außenluft (AUL), Abluft (ABL) und Fortluft (FOL). Das Klimagerät umfasst die weiteren Bauteile, zwei Wärmerückgewinnungsmodule (2, 3), einen Direktverdampfer (1), sowie zwölf Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.1 bis 11.12) und zwei Ventilatoren (6, 7).
  • Der 1. Hauptströmungsweg (17) verläuft vom Außenlustanschluss (AUL), und endet im Zuluftanschluss (ZUL) Hauptströmungsweg (18) beginnt beim Abluftanschluss (ABL) und endet am Fortluftanschluss (FOL).
  • Eine evtl. notwendige Befeuchtungseinrichtung (24) kann im ersten Hauptströmungsweg (17), vorzugsweise im Bypassweg (22), oder im Raum oder im Doppelboden angebracht werden. In der Fortluft (16) kann vor dem 2. Wärmerückgewinnungsmodul (3) optional ein Sprühbefeuchter (25) angebracht werden.
  • Die 1 zeigt eine Ausführungsart des angedachten modularen, über alle Betriebsarten gemittelt besonders Energie (Strom) sparendes Klimagerät, welches komplett in einem Gehäuse untergebracht wird. Das Kühlsystem ist umso Energie sparender, desto häufiger die Außenluft in einer Klimazone der Erde niedriger ist als die Zulufttemperatur für eine notwendige Raumkühlung erlaubt, und daher eine oder beide Arten der Freien Kühlung angewendet werden können. Des weiteren kann umso mehr Strom kann gespart werden, desto höher die max. zulässige Zulufttemperatur und die sinnvolle Ablufttemperatur für die im versorgten Raum untergebrachte, zu kühlende Technik sind. Wie oben geschildert, empfiehlt sich hier ganz besonders, unterschiedliche Zulufttemperaturen für die jeweilige Freie Kühlung und die maschinelle Kühlung per Kältemaschine zu wählen, speziell bei Zuluftzuführung in sog. „Kaltgänge”.
  • Weltweit liegen die Außentemperaturen übrigens zurzeit im Durchschnitt weit unter einer gewünschten üblichen Raumtemperatur von beispielsweise 23 Grad Celsius. Da bietet es sich ja förmlich an, ähnlich wie bei einer Fensterlüftung, hier nur mit gezielten Volumenströmen, die kühle Außenluft zur Raumkühlung zu verwenden und die Raumabwärme so häufig wie möglich direkt ins Freie zu führen, also eine sog. ”Luftwechselkühlung” durchzuführen. Um einen Technikraum auf einer Temperatur von beispielsweise 23 Grad Celsius zu halten, genügt bei Zuluftzuführung von unten in den zu kühlenden Raum eine Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius. Empfohlen wird ein delta t von 14 Grad Celsius bei der Freien Kühlung bzw. 12 Grad Celsius bei der maschinellen Kühlung, gemessen als Temperaturdifferenz zwischen einer wahlweisen, konstant geregelten Zulufttemperatur von 18 und 20 Grad Celsius und demzufolge einer über den Volumenstrom konstant eingeregelten Ablufttemperatur von 32 Grad Celsius.
  • Falls ein heutzutage üblicher sog. ”Kaltgang” eingerichtet wird, der sich vergleichbar wie eine kühle Badewanne zwischen den Wärme erzeugenden Technikgestellen mit IT befindet, genügt eine Zulufttemperatur von unten von etwa 22 Grad Celsius oder mehr, die aber bei Freier Kühlung entsprechend dem erfindungsgemäßen Kühlsystem zumeist niedriger, und somit für das dort ggf. beschäftigte Personal angenehmer ist, ohne dass dabei, beispielsweise bei auf 18 Grad Celsius abgesenkter Zulufttemperatur ein Energiemehrbedarf entsteht.
  • Um einen „Kaltgang” für typische Rechenzentren in warmen Klimazonen der Erde beispielsweise auf einer nach ASHREA (= amerikanischer Verband, der weltweite Klimavorgaben für Räume macht) noch empfohlenen Temperatur von 27 Grad Celsius zu halten, würde bei richtiger Luftzuführung an und durch die Wärme produzierende IT eine Zulufttemperatur von 25 Grad Celsius genügen. Da es auch in warmen Zonen der Erde im Jahr durchaus häufig Temperaturen gibt, die gleich oder kleiner als 25 Grad Celsius sind, ja diese manchmal sogar kleiner als 18 Grad Celsius sind, benötigt ein thermisch hoch belasteter Raum bei diesem erfindungsgemäßen Kühlsystem mit den je nach Außenluftzustand nutzbaren sechs Kühlarten nur ganz selten eine Kältemaschine zur Raumkühlung und kann trotzdem zumeist relativ kühl gehalten werden.
  • Übrigens: Bei größeren Raumhöhen könnte bei der für dieses Kühlsystem empfohlenen Luftabsaugung ganz oben im Raum ein noch höheres delta t als 14 Grad Celsius genutzt werden und damit wegen der häufig nutzbaren beiden Freien Kühlarten nochmals an Strom gespart werden. Denn bei größerem delta t Raum wird zur Abfuhr der Kühllast ein kleinerer Volumenstrom benötigt, was an der selten benötigten Kältemaschinenleistung allerdings nichts ändert.
  • Falls die Außentemperatur niedrig und dabei sehr trocken ist oder die Außenluft aus irgendwelchen Gründen nicht verwendet werden kann, findet bei dem vorgeschlagenen Kühlverfahren solange wie möglich, eine Indirekte Freie Kühlung statt. Diese ist, wie bekannt, alleine schon Energie sparender als eine reine Umluftkühlung, benötigt aber hier keine Flüssigkeitszufuhr von extern zum Klimagerät und benötigt keine Geräte im Freien.
  • Zur Wärmeabfuhr aus dem zu kühlenden Raum fördert der Zuluftventilator (6) bei der Indirekten Freien Kühlung einen der aktuellen Kühllast des Raumes entsprechenden Volumenstrom als Abluft (15) aus dem Raum, wandelt diesen in gekühlte Umluft (20), um und bringt das als Zuluft (14) in den zu versorgenden Raum. Dabei kann der Zuluft etwas kühle Außenluft (13) beigemischt werden, zumindest dann, wenn sich Personen im versorgten Raum aufhalten. Nur dieser geringe Teil an Außenluft muss dann etwas befeuchtet werden, je nachdem, welche Feuchteanforderungen es für den Raum gibt. Zur Leistungsregelung der Wärmrückgewinnung wird der Zuluft bei tieferen Außentemperaturen eine zweite Umluft (21) beigemischt, was durch die dadurch am Wärmerückgewinnungsregister (2) stattfindende Widerstandsentlastung die Antriebsleistung des Zuluftventilators (6) senkt.
  • Die hierbei auf mehrere Arten regelbare Abkühlung der wieder verwendbaren Abluft erfolgt durch Kühlgewinn am zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) aus der nunmehr dort durchströmenden kalten Außenluft und dem verbundenen Wärmeentzug am ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2), welches in Umluftstörungsweg liegt. Es wird möglichst wenig Widerstand an beiden Wärmerückgewinnungsmodulen (2, 3) für die beiden Ventilatoren (6, 7) erzeugt und dabei die Wärmeübertragungsleistung über ein Kühlmedium im Verbundkreislauf angepasst. Das geschieht hier beispielsweise durch die variable Drehzahl des Abluft-/Fortluftventilators (6, 7), den Bypassschaltungen in der Fortluft und ganz wesentlich durch die 2 nutzbaren Umluftwege (20 und 21) für die Zuluftbildung als auch ggf. durch die in der Drehzahl regelbare Förderpumpe (12), welche die beiden Wärmerückgewinnungsmodule (2, 3) verknüpft.
  • Falls wirklich einmal etwas Kühlmedium von der hierbei kleinen und endlichen Menge im Klimagerät auslaufen sollte, kann es dort aufgefangen und von dort aus drucklos mit der sowieso erforderlichen Kondensatleitung für das ggf. aus dem Verdampfer (1) kommende Tropfwasser abgeleitet werden.
  • Bei der Indirekten Freien Kühlung wird die Außenluft AUL (13) beispielsweise mit einer Temperatur von etwa 3 bis 10 Grad Celsius, je nach Wärmerückgewinnungsgrad, vom Abluft-/Fortluftventilator (7) in variabler Menge angesaugt und über den Außenluftfilter (8), die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.1 und 11.9) sowie das Wärmerückgewinnungsmodul (3) und das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.11) ins Freie gefördert. Bei kälter werdenden Außentemperaturen wird ein ansteigender Teil der Außenluft bis max. 50% über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.10) und den derzeit thermisch nicht benutzten Kondensator (4) sozusagen im Bypass umgelenkt. Die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.2) und (11.8) sind dabei geschlossen, außer im Raum wird etwas Außenluft als „Frischluft” benötigt. Dann sind beide oder ist nur das eine für die AUL (11.2) leicht geöffnet. Bei ganz tiefen Außentemperaturen wird dann neben der Fördermenge des Fortluftventilators (7) ggf. auch noch die Förderleistung der Umlaufpumpe (12) reduziert.
  • Im Abluft-/Zuluftkreis der Luftbewegung sind die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.5) und (11.6) grundsätzlich geöffnet. Das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) im 2. Umluftweg (21) wird bei tiefer werdenden Außentemperaturen stetig geöffnet, solange eine Mischung von einer am Wärmerückgewinnungsmodul (2) gekühlter Umluft (20) und die Zufuhr einer weiteren Umluft (21) in die Zuluftaufbereitungszone Sinn macht, also der Zuluftsollwert eine parallele Beimischung mit gekühlter und warmer Umluft es zulässt. Angestrebt werden jeweils 50% Luft über die beiden Umluftwege (20, 21).
  • Falls im Zuluftkanalnetz (zumeist ein Doppelboden) ein sehr niedriger Widerstand herrscht oder der Ventilator im unteren Bereich seiner Kennlinie nicht mehr richtig arbeiten sollte, kann über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.5) bei jedem entsprechend der aktuellen Kühllast des Raumes notwendigem Volumenstrom ein konstanter Vordruck eingehalten werden.
  • In Luftrichtung vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (2) befindet sich ein Umluftfilter (10), welcher auch den aus der Abluft (15) entstehenden Fortluftanteil (16) filtert, der bei einer größeren Mindestaußenluftrate als 5% entstehen kann. Bei nur geringem Überdruck für den zu versorgenden Raum, also bei gleich großem Volumenstrom für die Zuluft und Abluft wird bei der Indirekten Freien Kühlung keine Fortluft aus der Abluft gebildet.
  • Falls es eine nicht zu trockene Außenluft (13) gibt und solange diese ausreichend kühl ist, wird eine Direkte Freie Kühlung durchgeführt. Bei dem o. g. Beispiel beginnt sie bei über etwa 5 bis 11 Grad Celsius Außenluft.
  • Zwischen 4 und 11 Grad Celsius Außenluft kann auch eine Mischung von Indirekter und Direkter Freier Kühlung stattfinden. Die Grenzwerte können auch anders sein, da hierbei berücksichtigt werden muss, was mehr Energie benötigt: die Befeuchtung (24) oder die beiden Ventilatoren (6, 7).
  • Die Antriebsleistung für die beiden Ventilatoren (6, 7) ist im Jahresmittel bei der Direkten Freien Kühlung vermutlich niedriger als bei der Indirekten Freien Kühlung, weil der Abluft-/Fortluftventilator (7) im Jahresdurchschnitt nicht so viel Luft fördern muss wie der Zuluftventilator (6), außer man kann in Klimazonen mit häufig tiefen Außentemperaturen die Kühlleistung bei der Indirekten Freien Kühlung über den Volumenstrom des Abluft-/Fortluftventilators (7) häufig sehr stark reduzieren. Zudem muss der Zuluftventilator beim Außenluftfilter (8) nur einen Anteil der dortigen Auslegungsluftmenge filtern, was auch seine Antriebsleistung reduziert. Deshalb sollte in der Regel in gemäßigten Klimazonen der Erde so rasch wie möglich von der Indirekten auf die Direkte Freie Kühlung umgeschaltet werden.
  • Es wird überprüft, wie niedrig der Mindestfeuchtewert für die IT sein kann. Sinnvoll, d. h. stark Befeuchtungsenergie sparend wäre eine untere Ablufttfeuchte an der Raumdecke, an der sinnvollsten Absaugstelle gemessen, von etwa 18% r. H., was an den IT-Gestellen dann in etwa 25% entspricht. Denn bei der Direkten Freien Kühlung muss nicht nur der Mindestaußenluftanteil von 5–10% wie bei der indirekten Freien Kühlung sondern der aufgrund der Mischung von Abluft und Zuluft entstehende Außenluftanteil von etwa 50% oder mehr befeuchtet werden, auch wenn die absolute Feuchte bei steigender Außentemperatur zumeist automatisch steigt und somit übers Jahr gesehen, weniger zu befeuchten ist.
  • Wenn eine Besprühung des Wärmerückgewinnungsmoduls (3) in der Außenluft/Fortluft (16) stattfinden kann, kann der Umschaltpunkt auf die Direkte Freie Kühlung noch weiter nach oben verlegt werden, was noch mehr Befeuchtungsenergie spart.
  • Bei der Direkten Freien Kühlung muss der Abluft-/Fortluftventilator (7) häufig nur einen kleinen Luftanteil aus dem versorgten Raum abführen, welcher dem Raum durch die Außenluft als Anteil an der Zuluft zugeführt wird. Dazu wird die Außenluft vom Zuluftventilator (6) angesaugt und über den Außenluftfilter (8) und die vier zwischengeschalteten, logisch richtig angesteuerten Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.1 bis 11.5) in die Zuluft überführt. Es findet nun ein über die Zulufttemperatur geregelter Mischluftbetrieb in der Form statt, dass die beiden Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.3 und 11.4) so angesteuert werden, dass bei mehr als 50% Außenluft das Luftmengenregulier-/Absperrmodul 11.1 geöffnet ist und das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) stetig geschlossen wird. Bei einem vsl. sehr seltenem Bedarf von weniger als 50% Außenluft ist das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) geöffnet, während das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.1) stetig geschlossen wird. Die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.7 und 11.9) sind dabei in beiden Fällen geschlossen. Das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.5) ist dabei grundsätzlich geöffnet, kann aber wegen der Vordruckhaltung etwas geschlossen sein.
  • Damit eine gewünschte konstante Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius eingehalten werden kann, wird der mehr oder weniger kühlen Außenluft (13) ein Teil von der warmen Abluft als Umluft (21) beigemischt. Die für die Mischluft notwendige kühle Außenluft gelangt, einen kleinen Gleichdruck in den parallelen Luftwegen anstrebend, gesteuert über die parallelen Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.3 und 11.4) durch das dabei thermisch nicht genutzte Kühlmodul (1 oder 5) hindurch und über den Bypass (22) zum Zuluftventilator (6).
  • Die für die Zulufterwärmung nicht benötigte Abluftmenge (15) gelangt über den Abluft-Fortluftfilter (10) zum Abluft-/Fortluftventilator (7). Dieser saugt gemeinsam mit dem Zuluftventilator (6) die Abluft an und fördert den restlichen Teil der Abluft (15) als Fortluft (16) gleichmäßig über die jetzt thermisch unbenutzten Luftbehandlungsteile wie Wärmerückgewinnungsmodul (3) und Kondensator (4) über die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.11 und 11.10), auch hier einen kleinen Gleichdruck anstrebend, ins Freie. Damit muss der Abluft-/Abluft-/Fortluftventilator (7) über die gesamte Betriebszeit gesehen nur die Fortluftmenge, also wesentlich weniger Luft fördern als der Zuluftventilator (6) und gleichzeitig nur wenig Widerstand überwinden, obwohl die Abluft- und Zuluftmengen in etwa gleich groß sind.
  • Wenn die Außentemperatur in etwa, bei Berücksichtigung der entstehenden Wärme durch den Ventilatormotor, die Sollwerttemperatur für die Zuluft erreicht hat, werden 100% Außenluft als Zuluft gefördert. Es findet nun ein reiner, auf zwei Strömungswege im 1. Hauptstromungsweg (17) aufgeteilter Kühlbetrieb per Außenluft statt, der so lange genutzt werden kann, bis der zweite Sollwert für die Zuluft für den Kältemaschinenbetrieb, beispielsweise 20 Grad Celsius oder höher gilt. In diesem Fall muss die Kältemaschine erst bei Außentemperaturen über ca. 19,5 Grad Celsius oder mehr laufen.
  • Im Übrigen muss die Kältemaschine ggf. auch bei tieferen Außenlufttemperaturen laufen, wenn die Abluftfeuchte nicht zu hoch werden darf. In gemäßigten Klimazonen wie beispielsweise in Deutschland wird daher in etwa ab einer Außenluftfeuchte von über 10 g Wasser pro kg trockener Luft auf Entfeuchtungsbetrieb umgeschaltet; wozu die ja sowieso integrierte Kältemaschine genutzt wird. Das entspricht dann in etwa einer max. relativen Feuchte an den IT-Einrichtungen von ca. 50% r. H.
  • Sollte die Außentemperatur beim Mischluftbetrieb bei einer Außenluftfeuchte kleiner X = 10 g/kg unter dem Umschaltpunkt auf Kältemaschinenbetrieb liegen und relativ zu feucht sein, wird durch zusätzliche Umluftbeimischung über den Umluftweg (21) die übliche Zulufttemperatur erhöht und somit der relative Feuchtewert für die Zuluft (14) erniedrigt.
  • Falls die Außenluft (13) zu warm sein sollte, dass sie weder für eine Indirekte noch für eine Direkte Freie Kühlung verwendet werden kann, gibt es zwei maschinelle Kühlarten mit Nutzung der Kältemaschine, was in gemäßigten Klimazonen nur ganz selten vorkommt:
    Sobald die Außenluft (13) kühler ist als die Abluft (15), aber wärmer als die gewünschte Zuluft (14), wird die dann zu 100% verwendete Außenluft (13) am leistungsgeregelten Direktverdampfer (1), der zu der im Klimagerät integrierten Kältemaschine gehört, auf den Sollwert abgekühlt, womit der Raum oder/und die verwendete IT damit noch ausreichend gekühlt werden kann. Hierbei kann aus Energiespargründen auch eine höhere als die oben erwähnte Zulufttemperatur von 20 Grad Celsius eingeregelt werden, womit dann aber bei gleichem delta t auch die Ablufttemperatur, welche an der Decke des gekühlten Raumes angesaugt wird, steigen würde. Falls die Kühlwirkung am Direktverdampfer (1) bei kleinster Stufe zu hoch sein sollte, wird der Zuluft (14) beispielsweise über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) geregelt über den Bypass (22) mit dem Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.4) etwas Außenluft beigemischt. Dabei wird die Austrittstemperatur am Direktverdampfer (1) so nach unten begrenzt, damit dort auf gar keinen Fall eine latente Kühlung stattfindet. Denn diese würde ja durch automatische Entfeuchtung bei Erreichen des Taupunktes eine ungewollte zusätzliche Kühlenergie benötigen wie dies bei den üblichen „Klimakomfortgeräten” der Fall ist.
  • Bei dieser Kühlart der maschinellen Außenluftkühlung wird die gesamte Abluft (15) des Raumes als Fortluft (16) über den Abluft-/Fortluftfilter (10), über den dabei inaktiven Kondensator (4), sowie bei geringer Kühlleistung, zur Widerstandsentlastung des Abluft-/Fortluftventilators (7) bedarfsgerecht auch im Bypass über das thermisch nicht aktive Wärmerückgewinnungsmodul 1 (3) gemeinsam ins Freie gefördert. Bei Bedarf könnte diese Prozesswärme der Fortluft (16) aber auch anderen Räumen zu gute kommen.
  • Sollte die warme Abluft bei voller Kühlleistung und alleiniger Durchströmung des Kondensators = Verflüssigers (4) nicht zur Kühlung dessen ausreichen, was vor allem beim Entfeuchtungsbetrieb mit hoher Außenluftenthalpie und dem maximalen Volumenstrom des Klimagerätes entstehen könnte, wird die Drehzahl des Abluft-/Fortluftventilators (7) erhöht und dem Kondensator (4) über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.9) zusätzlich Außenluft zugeführt. Dabei werden die Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.2 und 11.8) entsprechend gedrosselt.
  • Im Übrigen kann bei zu hoher Außenluftfeuchte auch jederzeit auf Umluftkühlbetrieb umgeschaltet werden. Das ist sinnvoll, wenn die aufzuwendende Kälteleistung beim hierbei besonderen Entfeuchtungsbetrieb (s. unten) größer werden sollte als wie beim Umluftkühlbetrieb.
  • Sobald die Außenluft wärmer ist als die zulässige Ablufttemperatur, wird auf jeden Fall auf maschinellem Umluftkühlbetrieb umgeschaltet. Dabei kann ein voreingestellter Mindestaußenluftanteil mit gefördert und gekühlt werden. Jetzt gelangt der größere Teil der Abluft (15) über den ersten Umluftweg (20) zu dem Direktverdampfer (1). Die parallelen Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.3 und 11.4) sind nun so angesteuert, dass die gesamte Abluft = Umluft 1 (20), abzüglich eines evtl. Fortluftanteiles über den Direktverdampfer (1) strömen.
  • Es wird noch darauf hingewiesen, dass die Kühlart der Indirekten Freien Kühlung sowohl mit der Direkten Freien Kühlung als auch mit der Umluftkühlung kombiniert werden können.
  • Wenn die Außenluft absolut zu feucht ist, und sie infolgedessen im Raum zu einer ungewollten Erhöhung der Raumluftfeuchte führen sollte und ein Umluftkühlbetrieb mehr Energie benötigen würde, wird die weiterhin verwendete Außenluft auf dieser Art entfeuchtet: Es wird nur ein vorbestimmbarer Teil der Außenluft angesaugt und zwar in der Menge, dass diese auf den Taupunkt abgekühlt wird und mit der fehlenden Menge mit warmer Umluft (21) zur Zuluft gemischt, also aufgefüllt wird. Dabei kann eine Zulufttemperatur entstehen, die zwischen der bei der Freien Kühlung und dem maschinellen Kühlbetrieb genutzten liegt, Beim Entfeuchtungsbetrieb ist somit kein Heizregister erforderlich.
  • 2 zeigt in modularer Abänderung zu 1 ein Klimagerät, als Vollklimasystem, wo das die Kühlung erzeugende Wärmerückgewinnungsmodul (2) im 3. Verbindungsströmungsweg (21) angebracht ist, welcher direkt vor dem Ventilator in den Haupströmungsweg (17) einmündet. Damit sind zwar auch alle vorgenannten Kühlarten ausführbar, aber keine sinnvolle Nacheinanderschaltung von Indirekter Freier Kühlung und Kühlung der Umluft mittels Kühlmodul (1) in der Zuluft. Für viele Einsatzfälle, vor allem in gemäßigten Klimazonen, ist diese Bauweise, die in 6 beispielsweise konstruktiv gelöst dargestellt ist, aber völlig ausreichend.
  • 3 zeigt in modularer Abänderung zu 1 ein Klimagerät, als Vollklimasystem, wo das Klimagerät in einem Nebenraum zum klimatisierten Raum untergebracht werden kann und/oder generell Flüssigkeitszufuhren zu dem Klimagerät erlaubt ist.
  • Bei den in 3 dargestellten Gerät wurde wie bei 1 im Zuluftweg (14) ein Befeuchtungsmodul (24) vorgesehen, das beispielsweise ein Sprühbefeuchter, ein Dampfbefeuchter oder eine adiabate Befeuchtungseinrichtung sein kann und wie bei 1 vor dem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) im Fortluftweg (16) ein weiteres Befeuchtungsmodul als Sprühbefeuchter (25) angebracht.
  • Im parallelen Teil des ersten Haupströmungsweges (18) wird als Kühlmodul ein beliebiges Kühlregister für die Zuluftaufbereitung verwendet, bei welchem das dazu benötigte Kühlmittel üblicherweise von außen zugeführt wird oder intern im Klimakompaktgerät erzeugt werden kann. Extern kann das Kühlmittel von einer Kältemaschine, einer Brunnenanlage oder einer anderen Versorgungsart bereitgestellt werden.
  • Dabei entfällt der luftgekühlte Kondensator (4) in dem parallelen Fortluftweg (16) vor dem Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.11). Dafür ist dort ein Wärmenutzungsbauteil angebracht, hier beispielsweise ein spezieller Verdampfer (23) als Zubehörbauteil einer zusätzlichen Wärmepumpe. Damit kann zumindest bei den Betriebsarten Direkte Freie Kühlung, sowie beim maschinellen Umluft-Mischluft und Außenluftkühlbetrieb und Entfeuchtungsbetrieb die beim Kühlsystem zumeist frei werdende Raumwärme anderweitig genutzt werden, beispielsweise um warmes Wasser zu erzeugen.
  • Im Übrigen kann beim Einsatz einer Absorptionskältemaschine im vorgeschlagenen Kühlsystem beim entsprechenden Kühlregister (5) neben der auch in warmen Zonen der Erde häufig kühlen Außenluft auch die Sonnenwärme als zweite kostenlose Ressource genutzt werden. Wenn dann auch noch gesammeltes Regenwasser, nutzbares Fluss-, See- oder aufbereitetes Meerwasser für die Verdunstungskühlung zur Verfügung steht, kann sogar eine dritte natürliche Ressource zur zeitweise unterstützenden Kühlung oder gar alleinigen Kühlung genutzt werden.
  • Zudem ist hier bei der indirekten Freien Kühlung eine unterstützende Verdunstungskühlung, sprich eine adiabate Kühlung möglich. Dabei wird vor dem Wärmerückgewinnungsmodul (3) beispielsweise ein Sprühbefeuchter (20) angebracht, welcher die Kühlwirkung der Außenluft unterstützt, insbesondere dann, wenn sie nicht sehr kalt ist. Die so zusätzlich gewonnene Kühlenergie kommt dem Wärmerückgewinnungsmodul (2) und damit der Zuluft zugute.
  • Erfindungsgemäß können hier wiederum also alle Betriebsarten der Kühlung wie bei 1 und zudem sowie die o. g. unterstützende Verdunstungskühlung und ggf. die Abwärme genutzt werden.
  • 4 zeigt eine Ergänzung zu 1. Hier sind für die Betriebsart Indirekte Freie Kühlung zwei, die aus der Außenluft gewonnene Kühlenergie abgebende erste Wärmerückgewinnungsmodule (2, 2a) vorgesehen. Ein erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2) befindet sich wie bei 1 im ersten Verbindungsströmungsweg (20). Ein weiteres erstes Wärmerückgewinnungsmodul (2a), das dann in Reihe zum anderen Wärmerückgewinnungsmodul (2) benutzt werden kann, befindet sich in einem parallelen Ast des Hauptströmungsweges (17), parallel zum Direktverdampfer (1).
  • Beide Wärmerückgewinnungsmodule (2 und 2a) werden von der kalten oder kühlen Kühlflüssigkeit versorgt, die am Wärmerückgewinnungsmodul (3) über die kalte oder kühle Außenluft gewonnen wird.
  • Falls aufgrund kalter Außenluft nur eines benötigt wird, wird die Kühlleistung vom ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2) im Verbindungsströmungsweg (20) erzeugt. Das weitere erste Wärmerückgewinnungsmodul (2a) im Zuluftbypass wird dann ungenutzt durchspült und zwar so, dass die bereits gekühlte Luft gleichmäßig über die dabei thermisch nicht genutzten Luftbehandlungsmodule wie Direktverdampfer (1) und Wärmerückgewinnungsmodul (2a) strömt. Das spart bei sehr niedrigen Außentemperaturen Antriebsleistung beim Zuluftventilator (6). Allerdings muss dazu in seltenen Fällen, kurz vor der Umschaltung auf die Direkte Freie Kühlung der Volumenstrom des Fortluftventilators (7) erhöht werden.
  • Durch diese Ergänzung kann die Indirekte Freie Kühlung länger benutzt und noch mehr Befeuchtungsenergie eingespart werden, bevor die alleinige Direkte Freie Kühlung bei steigender Außenluft und abnehmender absoluter Feuchte genutzt wird. Bei Direkter Freier Kühlung muss in Abhängigkeit der gewünschten Mindestraumfeuchte, mehr oder weniger häufig ein Außenluftanteil von etwa 50–100%, bei indirekter Freier Kühlung zwar häufiger, dafür aber vsl. nur 10% Außenluftanteil befeuchtet werden, wenn dem Nutzer nicht eine noch kleinere Außenluftrate reicht.
  • 5 zeigt eine grundlegende schematische Ausgestaltung einer Kompaktklimaanlage nach der Erfindung, ohne die Details wie Filter (9, 10) Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11) und weitere übliche Bauteile einer an sich zugehörigen Kältemaschine, die in der Regel in dem neuartigen Klimakompaktgerät untergebracht ist. Diese Kompaktklimaanlage weist einen Außenluftanschluss AUL, einen Zuluftanschluss ZUL, einen Abluftanschluss ABL und einen Fortluftanschluss FOL auf. Außenluftanschluss (13) und Zuluftanschluss (14) sind über den ersten Hauptströmungsweg (17), Abluftanschluss (15) und Fortluftanschluss (16) über den zweiten Hauptströmungsweg (18) verbunden.
  • Das zweite, die Kühlenergie aus der Außenluft aufnehmende Wärmerückgewinnungsmodul (3) liegt in einem parallel nutzbaren Strömungsweg zwischen der Anschlussstelle des ersten Verbindungsströmungswegs (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss FOL. Unabhängig, d. h. parallel zu diesem Wärmerückgewinnungsmodul (3) wird im maschinellen Kühlbetrieb ein luftgekühlter Kondensator (4) genutzt, der über Kältemittelleitungen mit dem Direktverdampfer (1) als Teil einer Kältemaschine mit weiteren dazu notwendigen Bauteilen gekoppelt ist.
  • Das erste, die Kühlung für den versorgten Raum erzeugende Wärmerückgewinnungsmodul (2) ist im zweiten Verbindungsströmungsweg (20) angeordnet. Nur dann, wenn dieses oder 1 und die direkt genutzte Außenluft nicht zur Kühlung des Raumes ausreichen, erfolgt diese per Energieaufwand am zugehörigen Verdichter über den Direktverdampfer (1) der integrierten Kältemaschine.
  • Um einen besseren Wärmerückgewinnungsgrad zu erzielen und die Direkte Freie Kühlung erst bei noch wärmerer, dann dementsprechend absolut feuchterer Außenluft beginnen zu lassen, kann das Wärmerückgewinnungsmodul zweigeteilt sein, so dass die Wärmerückgewinnung dann nacheinander in den Strömungswegen (20) und (22) stattfindet. Dabei bekommen beide Wärmerückgewinnungsmodule (2, 2a) die am Wärmerückgewinnungsmodul (3) gekühlte Flüssigkeit, beispielsweise eine Wasser-Glycol-Mischung, bedarfsgerecht geregelt parallel, oder nur am Wärmerückgewinnungsmodul zugeleitet.
  • Die aus dem zweiten Hauptströmungsweg (18) abgezweigte warme Abluft ABL kann so auf zweierlei Arten gekühlt, und mit der zugeleiteten Außenluft AUL im ersten Hauptströmungsweg (17) gemischt werden.
  • Das vordringlichste Ziel ist allerdings, die Außenluft direkt zur Raumkühlung zu nutzen, sobald diese nicht zu trocken ist. Dann findet ein grundsätzlich bekannter Mischluftbetrieb als Direkte Freie Kühlung statt, hier verbessert durch die Aufteilung der Außenluft und der Fortluft auf jeweils 2 genutzte Äste im jeweiligen Hauptströmungsweg (17, 18) und die geregelte Zuführung des Umluftteiles (21) direkt vor dem oder am Zuluftventilator (6) in den ersten Hauptströmungsweg (17) einmündend.
  • 6 zeigt ein typisches Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Kühlsystems analog zu 2 als Vorrichtung mit einem Gerätegehäuse (26), also ein Kompaktklimagerät mit individueller Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten, geeignet zur Aufstellung im davon versorgten Technikraum mit vorwiegend vertikalen Hauptströmungswegen. Als konstruktive Besonderheit befindet sich hier das Wärmerückgewinnungsregister (2) im dritten Verbindungsströmungsweg (21), d. h. die gekühlte Umluft wird direkt vor dem Zuluftventilator in die Zuluftaufbereitungszone, den 1. Hauptströmungskanal (17) eingeführt. Dadurch wird ein Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11) eingespart. Hier ist allerdings keine Nacheinandernutzung von Indirekter Freier Kühlung und maschineller Kühlung per Kühlmodul, jedoch ein Parallelbetrieb dieser Kühlarten möglich. Für viele Anwendungsfälle dürfte das aber reichen.
  • Im Mischluftbetrieb der Direkten Freien Kühlung wird die benötigte Umluftmenge ebenfalls über diesen Luftweg (21) in den Hauptströmungsweg (17) eingeführt.
  • Als Besonderheit kann hier bei sehr kalter Außenluft vor dem Außenluftfilter (8) etwas Fortluft in die Zuluftaufbereitungszone eingeführt werden, die sich aus mehreren Kammern seitlich links, seitlich rechts, Mitte und Unten zusammensetzt. Die Kammer mit den parallel angeordneten Luftbehandlungsbauteilen für die Rückkühlung des Kondensator (4) beim Kältemaschinenbetrieb und die Nutzung der kühlen Außenluft durch das Wärmerückgewinnungsmodul (3) bei Indirekter Freier Kühlung befindet sich oben in der Mitte.
  • Die in diesem Gerät aufbereitete Zuluft (14) kann wie dargestellt sowohl nach unten direkt in einen Doppelboden als auch alternativ in ein anschließendes Kanalnetz mit Quellluftauslässen eingeführt werden. Sie könnte dazu auch unten seitlich aus dem Gerät heraus geführt oder in ein vor dem Gerät angebrachtes, abnehmbares Zuluftplenum umgelenkt werden.
  • Die Außenluft (13) kann wie dargestellt direkt oben oder alternativ seitlich oder hinten oben angesaugt werden. Die Fortluft (16) kann wie dargestellt direkt nach oben oder alternativ nach hinten aus dem Gerät heraus geführt werden. Die Abluft (15) wird oben eingeführt und dabei möglichst ganz oben, über ein Kanalnetz, in der vom Klimagerät versorgten warmen Zone angesaugt.
  • Bei einer Zulufttemperatur von beispielsweise 18 Grad Celsius einer Ablufttemperatur von 32 Grad Celsius und einer Umschalttemperatur von 6 Grad Celsius von Indirekter auf die alleinige Direkte Freie Kühlung entsteht stets ein hoher Außenluftanteil von mehr als 50%. Daher ist bei der Direkten Freien Kühlung das in der Außenluft befindliche Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.1) stets geöffnet, während das die Umluft regelnde Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.12) stetig geschlossen wird, bis irgendwann 100% Außenluft entstehen.
  • Zudem kann hier bei der Indirekten Freien Kühlung, bei sehr niedrigen und relativ feuchten Außenlufttemperaturen als örtliche Besonderheit über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.13) etwas warme Fortluft vor dem Außenluftfilter zu dessen Vorwärmung und Ermäßigung der relativen Feuchte umgelenkt werden, wenn die Zuluft max. 80% r. H. betragen darf.
  • Eine weitere Besonderheit ist hier noch vorgesehen: Sollte bei der Direkten Freien Kühlung bei der Einregulierung der 18-grädigen Zulufttemperatur eine zu hohe relative Feuchte für die dem Raum zugeführte Zuluft (14) entstehen, kann durch Beimischung einer zusätzlichen 2. Umluft (20) über das Luftmengenregulier-/Absperrmodul (11.7) der Grenzwert der Zuluftfeuchte eingehalten werden. Allerdings steigt dann die Zulufttemperatur und nähert sich der Zulufttemperatur an, die beim maschinellen Kühlbetrieb üblich ist.
  • Wenn der Raum oder die versorgte Raumzone keine besonderen Ansprüche an zu trockener Luft, sondern lediglich nur an zu feuchter und zu warmer Luft hat, kommt dieses kompakte Klimagerät ohne externe Flüssigkeitsdruckleitungen aus.
  • Mit den in diesem Klimakompaktgerät integrierten Bauteilen wie Schaltschrank und Kältemaschine und ggf. angebauter Befeuchtungserzeugungsanlage ist es sozusagen „steckerfertig” einsetzbar und benötigt bei Aufstellung auf einen Doppelboden lediglich einen Außen- und Fortluftanschluss. Bei der Abluft dürfte in vielen Fällen ein Anschlussstutzen reichen, der bis in die Nähe der Raumdecke ragt. Bei größeren Räumen sollte dort allerdings zweckmäßigerweise ein Abluftkanal ergänzt werden, der die im IT-Raum kontinuierlich entstehende warme Luft ganz oben über den Wärmeinseln absaugt und damit in den meisten Zeit des Jahres Fällen eine sog. „Luftwechselkühlung” für den Raum erzeugt. kühle AUL wird dem Raum zugeführt und warme FOL abgeführt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Direktverdampfer als Tel der integrierten Kältemaschine
    2
    Erstes Wärmerückgewinnungsmodul (Kühlmodul)
    2a
    Erstes Wärmerückgewinnungsmodul (Kühlmodul)
    3
    Zweites Wärmerückgewinnungsmodul (Wärme abgebend)
    4
    Kondensator als Tel der integrierten Kältemaschine
    5
    Beliebiges Kühlmodul (Kühlregister)
    6
    Zuluftventilator
    7
    Abluft-/Fortluftventilator
    8
    Außenluftfilter
    9
    Umluftfilter
    10
    Abluft-/Fortluftfilter
    11
    Luftmengenregulier-/Absperrmodule (11.1 bis 11.13)
    12
    Kühlmittelpumpe
    13
    Außenluft (AUL)
    14
    Zuluft (ZUL)
    15
    Abluft (ABL)
    16
    Fortluft (FOL)
    17
    Erster Hauptströmungsweg
    18
    Zweiter Hauptströmungsweg
    19
    Erster Verbindungsströmungsweg
    20
    Zweiter Verbindungsströmungsweg
    21
    Dritter Verbindungsströmungsweg
    22
    Geregelter Bypassweg
    23
    Verdampfer als Teil einer Wärmepumpe
    24
    Befeuchtungsmodul in der Zuluft
    25
    Befeuchtungsmodul in der Fortluft
    26
    Gerätegehäuse
    27
    Geregelter Bypassweg

Claims (7)

  1. Klimagerät mit zumindest einem Abluft-(ABL), zumindest einem Zuluft-(ZUL), zumindest einem Fortluft-(FOL) und zumindest einem Außenluftanschluss (AUL) mit einem ersten Hauptströmungsweg (17) zwischen Außenluft und Zuluft und einem zweiten Hauptströmungsweg (18), der Abluft und Fortluftanschluss verbindet, wobei in den beiden Strömungswegen (17, 18) ein Ventilator (6, 7) vorgesehen ist, und zwischen den Hauptströmungswegen (17, 18) zumindest drei Verbindungsströmungswege (19, 20, 21) vorgesehen sind, wobei ein erster Verbindungsströmungsweg (19) den ersten Hauptströmungsweg (17) mit dem zweiten Hauptströmungsweg (18) verknüpft und einen Luftstrom von der Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zuläßt, und über diesen Strömungsweg von Außenluft (AUL) zur Fortluft (FOL) zumindest ein mit zumindest einem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) thermisch verbundenes, zweites Wärmerückgewinnungsmodul (3) vorgesehen ist, und ferner zwei weitere Verbindungsströmungswege (20, 21) als Umluftwege ausgebildet sind, die eine Strömung von dem Abluftanschluss (ABL) zum Zuluftanschluss (ZUL) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmodul (1, 5) im ersten Hauptströmungsweg (17) vorgesehen ist, das zwischen den beiden Anschlüssen der Verbindungsströmungswege (20, 21) an den ersten Hauptströmungsweg (17) liegt, und ein Bypass-Strömungsweg (22) um das Kühlmodul (1, 5) vorgesehen ist, und ferner das erste Wärmerückgewinnungsmodul (2, 2a) entweder in einem der beiden Verbindungsströmungswege (20, 21) oder/und im Bypass-Strömungsweg (22) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Wärmerückgewinnungsmodul (3), das mit dem ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2) in jeweils geeigneter Art verknüpft ist, in einem parallel zu anderen Luftbehandlungsbauteilen nutzbarem Strömungsweg zwischen der Anschlussstelle des ersten Verbindungsströmungswegs (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss (FOL) liegt. Verbindungsströmungswegs (19) am ersten Hauptströmungsweg (17) und dem Fortluftanschluss (FOL) liegt.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) parallel liegender Bypass-Strömungsweg (27) vorgesehen ist, in welchem ein Kondensator (4) angeordnet ist, der mit dem Kühlmodul (1), welches als Direktverdampfer ausgebildet ist, und über weitere übliche Bauteile einer Kältemaschine verbunden ist, wobei der Kondensator (4) die entstehende Wärme des Kältemaschinenprozesses an die Fortluft (FOL) abgibt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abzweig des ersten Verbindungsströmungsweges (19) und dem Zuluftauslass (ZUL) ein Befeuchtermodul (24) vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenluft-/Fortluft- (17) bzw. Abluft-/Fortluftströmungsweg (18) ein geeigneter Befeuchter (25) vorgesehen ist, der in Verbindung mit dem zweiten Wärmerückgewinnungsmodul (3) und folglich in Verbindung mit den ersten Wärmerückgewinnungsmodul (2) eine indirekte adiabate Kühlung für die Zuluft ermöglicht.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Nutzung der verschiedenen Kühlarten notwendige Strömungssteuerung mittels geeigneter Luftmengenregulier-Absperrmodule (11.111.13), insbesondere mittels Klappen realisiert wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einhaltung der vorbezeichneten Strömungswege die genannten Bauteile in miteinander verknüpften mehreren Gehäusen untergebracht sind.
DE202010008740U 2010-10-06 2010-10-06 Klimagerät Expired - Lifetime DE202010008740U1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202010008740U DE202010008740U1 (de) 2010-10-06 2010-10-06 Klimagerät
DE102011054257.4A DE102011054257B4 (de) 2010-10-06 2011-10-06 Klimagerät

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202010008740U DE202010008740U1 (de) 2010-10-06 2010-10-06 Klimagerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202010008740U1 true DE202010008740U1 (de) 2010-12-02

Family

ID=43299450

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202010008740U Expired - Lifetime DE202010008740U1 (de) 2010-10-06 2010-10-06 Klimagerät
DE102011054257.4A Active DE102011054257B4 (de) 2010-10-06 2011-10-06 Klimagerät

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011054257.4A Active DE102011054257B4 (de) 2010-10-06 2011-10-06 Klimagerät

Country Status (1)

Country Link
DE (2) DE202010008740U1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014083354A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Greenwood Air Management Limited Summer bypass for heat recovery unit
DE102015001845A1 (de) * 2015-02-17 2016-08-18 Howatherm-Klimatechnik Gmbh Raumlufttechnisches Gerät sowie Verfahren zum Kühlen eines Rechenzentrums
EP3159618A3 (de) * 2015-10-21 2018-01-24 Howatherm Klimatechnik GmbH Umschalt- und mischeinrichtung für eine raumlufttechnische anlage sowie klimagerät mit einer solchen umschalt- und mischeinrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3027099B1 (fr) * 2014-10-09 2019-06-14 Atlantic Climatisation & Ventilation Dispositif de chauffage ou climatisation d'un local pour habitation

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE9218368U1 (de) 1992-12-16 1994-01-05 Hansa Ventilatoren Masch Klimagerät
DE4343611C2 (de) 1992-12-16 1998-04-09 Hansa Ventilatoren Masch Klimagerät
DE9400184U1 (de) 1994-01-10 1994-03-03 Dillinger Stahlbau Klima-Gerät mit Redundantventilator
DE10126475A1 (de) 2001-05-31 2003-03-20 Juergen Loose Raumzonenbehandlungsgerät - eine Alternative zur Fensterlüftung
DE102004049621A1 (de) 2004-10-06 2006-04-13 Hansa Neumann Gmbh Klimagerät
DE102008029922B4 (de) 2008-06-24 2010-07-01 Loose, Jürgen, Dipl.-Ing. (FH) Raumlufttechnisches Gerät

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014083354A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Greenwood Air Management Limited Summer bypass for heat recovery unit
CN105026848A (zh) * 2012-11-30 2015-11-04 格林伍德空气管理有限公司 用于热回收通风单元的夏季旁路
US20150338122A1 (en) * 2012-11-30 2015-11-26 Greenwood Air Management Limited Summer bypass for heat recovery unit
EA029651B1 (ru) * 2012-11-30 2018-04-30 Гринвуд Эйр Менеджмент Лимитед Байпас для блока рекуперации тепла для работы в летнем режиме
CN105026848B (zh) * 2012-11-30 2019-04-23 格林伍德空气管理有限公司 用于热回收通风单元的夏季旁路
DE102015001845A1 (de) * 2015-02-17 2016-08-18 Howatherm-Klimatechnik Gmbh Raumlufttechnisches Gerät sowie Verfahren zum Kühlen eines Rechenzentrums
EP3159618A3 (de) * 2015-10-21 2018-01-24 Howatherm Klimatechnik GmbH Umschalt- und mischeinrichtung für eine raumlufttechnische anlage sowie klimagerät mit einer solchen umschalt- und mischeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011054257B4 (de) 2021-09-30
DE102011054257A1 (de) 2012-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012208174B4 (de) Wärmepumpe und verfahren zum pumpen von wärme im freikühlungsmodus
DE102008029922B4 (de) Raumlufttechnisches Gerät
DE202010018499U1 (de) Rechenzentrum mit geringer Stromnutzungseffizienz
DE102009007591B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Luftkonditionierung
DE202006009538U1 (de) Wärmepumpenanordnung
EP1616133B1 (de) Fluid-luft-kombiverdampfer und neues schaltkonzept für eine wärmepumpe in einem lüftungsgerät
DE20208391U1 (de) Extrem energiesparendes Raumkühlkompaktgerät
DE102006007845B4 (de) Anlage zum Erwärmen einer Halle wie einer Schwimmhalle
DE102006007848B4 (de) Anlage zum Erwärmen einer Einrichtung wie einer Halle mit hohem Temperaturniveau, die entfeuchtet werden muss, insbesondere einer Schwimmhalle
DE202010008740U1 (de) Klimagerät
DE102007063009B4 (de) Verfahren zur Belüftung von Objekten und Vorrichtung zur Belüftung von Objekten, insbesondere raumlufttechnische Anlage
DE19813157C2 (de) Raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes
DE1604246A1 (de) Verfahren und System zur Klimatisierung eines Gebaeudes
CH708202A2 (de) Lüftungsanlage.
EP3492823B1 (de) Klimatisierungsanlage und verfahren zum konditionieren von luft für ein gebäude
DE102004049621A1 (de) Klimagerät
DE202017104462U1 (de) Wärmetauscheranordnung
DE102007033548A1 (de) Kühlmodul, technisches Gerät mit einem Kühlmodul sowie Verfahren zur Innenkühlung eines technischen Geräts
DE202012103859U1 (de) Hausstation zur Temperierung eines Gebäudes
EP1163479B1 (de) Verwendung einer lüftungsanordnung für gebäude
DE102009009582B4 (de) Klimaanlage
DE19861020C1 (de) Lüftungsanordnung für Gebäude
WO2009049673A1 (de) Verfahren und raumlufttechnische anlage zur klimatisierung eines raumes
DE10010022B4 (de) Sorptionsgestützte Klimatisierung
DE2340264A1 (de) Klimageraet zur entfeuchtung von raeumen, insbesondere von hallenbaedern

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification

Effective date: 20110105

R163 Identified publications notified

Effective date: 20110124

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20140110

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years
R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years
R071 Expiry of right