DE202017104462U1

DE202017104462U1 - Wärmetauscheranordnung

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Publication number: DE202017104462U1
Application number: DE202017104462.9U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2027-07-27

Abstract

Wärmetauscheranordnung (1), umfassend einen Abluftkanalwärmetauscher (4) und einen Zuluftkanalwärmetauscher (5), wobei der Abluftkanalwärmetauscher (4) in einem Abluftkanal (2) und der Zuluftkanalwärmetauscher (4) in einem Zuluftkanal (3) angeordnet sind und Wärme oder Kälte von dem Abluftkanal (2) an den Zuluftkanal (3) übertragbar ist, wobei der Abluftkanalwärmetauscher (4) und der Zuluftkanalwärmetauscher (5) über mit einem Wärmetauscherfluid gefüllte Wärmetauscherrohre (6, 7) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanalwärmetauscher (4) und der Zuluftkanalwärmetauscher (5) nebeneinander angeordnet sind und unmittelbar aneinander angrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung, umfassend einen Abluftkanalwärmetauscher und einen Zuluftkanalwärmetauscher, wobei der Abluftkanalwärmetauscher in einem Abluftkanal und der Zuluftkanalwärmetauscher in einem Zuluftkanal angeordnet sind und Wärme oder Kälte von dem Abluftkanal an den Zuluftkanal übertragbar ist, wobei der Abluftkanalwärmetauscher und Zuluftkanalwärmetauscher über mit einem Wärmetauscherfluid gefüllte Wärmetauscherrohre verbunden sind.
Eine derartige Wärmetauscheranordnung kann als Bestandteil einer raumlufttechnischen Anlage eingesetzt werden. Bei einer Wärmerückgewinnungseinrichtung wird ein Fluid in einem Kreislauf zwischen einem Abluftkanal und einem Zuluftkanal geführt. Das Fluid nimmt dabei Wärme der Abluft auf und gibt die aufgenommene Wärme an die Zuluft ab. Alternativ kann die Wärmerückgewinnungseinrichtung auch so betrieben werden, dass durch die Verdunstung von Wasser, das z. B. durch eine Sprühanlage in die Abluft eingebracht wird, das Fluid in dem Abluftkanal abgekühlt wird, um die Zuluft abzukühlen.
Die die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung aufweisende raumlufttechnische Anlage kann eine Klimaanlage und/oder eine Heizanlage sein. Die Wärmerückgewinnungseinrichtung umfasst vorzugsweise einen ersten Wärmetauscherkreislauf und einen davon räumlich getrennten zweiten Wärmetauscherkreislauf. Die beiden Wärmetauscherkreisläufe wechselwirken mit dem Zuluftkanal bzw. dem Abluftkanal. Es ist bereits bekannt, einen Wärmetauscher so zu gestalten, dass sich einzelne Wärmetauscherrohre sowohl über den Zuluftkanal als auch über den Abluftkanal erstrecken. Die Wärmetauscherrohre sind typischerweise quer zur Strömung des Abluftkanals und des Zuluftkanals angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetauscheranordnung anzugeben, die platzsparend aufgebaut ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Wärmetauscheranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abluftkanalwärmetauscher und der Zuluftkanalwärmetauscher nebeneinander angeordnet sind und unmittelbar aneinander angrenzen.
Wesentlich ist dabei, dass der Abluftkanalwärmetauscher und der Zuluftkanalwärmetauscher dicht sind, so dass kein Luftaustausch zwischen ihnen stattfindet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch Ventilatoren, die den beiden Wärmetauschern zugeordnet sind, unterschiedliche Drücke in dem Abluftkanal und dem Zuluftkanal erzeugt werden können.
Die erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung weist zudem den Vorteil auf, dass sie besonders platzsparend aufgebaut ist und ein gutes Verhältnis zwischen Kühl- bzw. Heizleistung und dem benötigten Volumen aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung wird es bevorzugt, dass das Wärmetauscherfluid Wasser ist. Vorzugsweise kommt entsalztes Wasser zum Einsatz. Entsalztes Wasser besitzt eine sehr niedrige Oberflächenspannung im Vergleich zu herkömmlichem Wasser.
Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in dem Abluftkanal der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung eine Sprüheinrichtung zum Befeuchten und Abkühlen von Abluft angeordnet ist. Mittels der Sprüheinrichtung kann eine adiabate Kühlung der Abluft erfolgen. Dabei wird direkt in das Register gesprüht, ohne dass ein Tropfenabscheider erforderlich ist. Durch das Sprühen wird das Wärmetauscherfluid gekühlt, das andererseits zur Kühlung der Zuluft dient. Im Vergleich zu einer Kältemaschine kann mittels adiabater Kühlung die erforderliche Kälteleistung mit geringem Energieaufwand bereitgestellt werden. Versuche haben gezeigt, dass die Leistungsaufnahme einer Kältemaschine um bis zu 50 % reduziert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in dem Zuluftkanal eine Sprüheinrichtung zum Befeuchten von Zuluft angeordnet ist. Mittels der Sprüheinrichtung kann trockene Zuluft befeuchtet werden, sodass sich im Inneren eines Gebäudes ein angenehmes Raumklima einstellt. Das Befeuchten von trockener Zuluft ist beispielsweise bei kalten Außentemperaturen erforderlich.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung sieht vor, dass sie in einem Wintermodus betreibbar ist, in dem das durch kalte Außenluft abgekühlte Wärmetauscherfluid im Abluftkanal erwärmbar ist. Durch diese Maßnahme kann die Energieeffizienz der Wärmetauscheranordnung verbessert werden. Warme Abluft wird nicht lediglich nach außen gefördert, stattdessen dient sie mittels der Wärmetauscheranordnung zum Erwärmen des Wärmetauscherfluids und in der Folge zum Erwärmen der von außen angesaugten kalten Zuluft. Auf diese Weise kann ein großer Teil der in der Abluft enthaltenen Wärme an die Zuluft übertragen werden.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung sieht vor, dass sie in einem Sommermodus betreibbar ist, in dem warme Innenluft im Abluftkanal mittels der Sprüheinrichtung befeuchtbar ist, um das Wärmetauscherfluid abzukühlen. Mittels des abgekühlten Wärmetauscherfluids kann die Zuluft abgekühlt werden. Das Befeuchten der warmen Innenluft ist besonders effizient, da eine Kühlwirkung lediglich durch Besprühen der Abluft erzielt werden kann, sodass keine Kältemaschine erforderlich ist.
In diesem Zusammenhang wird es bei der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung bevorzugt, dass sie dazu ausgebildet ist, die Sprüheinrichtung beim Überschreiten einer festgelegten Außentemperatur einzuschalten. An Stelle eines Thermostats oder dergleichen kann das Einschalten der Sprüheinrichtung auch mittels eines Reglers erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass das Wärmetauscherfluid mittels einer Pumpe durch die Wärmetauscherrohre pumpbar ist, wobei die Kühlleistung oder die Heizleistung durch Festlegen der Drehzahl der Pumpe regelbar ist. Durch Beeinflussen der Drehzahl der Pumpe wird die Förderleistung der Pumpe eingestellt. Demnach kann die Heizleistung oder die Kühlleistung allein durch Steuern oder Regeln der Wassermenge über die Drehzahl der Pumpe eingestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Wärmetauscheranordnung dazu ausgebildet ist, im Falle einer drohenden Vereisung die Förderleistung der Pumpe zu reduzieren. Durch Reduzieren der Förderleistung wird die Abkühlung und somit die Kälteleisung reduziert, wodurch sich die Temperatur des Wärmetauscherfluids wieder erhöht.
Eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wärmetauscheranordnung sieht vor, dass in dem Zuluftkanal ein Heizregister angeordnet ist, das von einem vorgewärmten Wärmetauscherfluid durchströmbar ist.
Das Heizregister wird dann eingeschaltet, wenn eine zusätzliche Beheizung der Zuluft erforderlich ist. Das Heizregister wird mit warmem Wasser durchströmt, das beispielsweise eine Temperatur von 40°C aufweisen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die an eine Hochdruckpumpe angeschlossene Sprüheinrichtung in der Nähe eines Registers, insbesondere des Heizregisters, angeordnet. Dementsprechend kann Wasser direkt in das Register oder Heizregister gesprüht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und zeigt eine erfindungsgemäße Wärmetauscheranordnung.
Die Wärmetauscheranordnung 1 umfasst einen Abluftkanal 2 und einen Zuluftkanal 3. In dem Ablaufkanal 2 befindet sich ein Abluftkanalwärmetauscher 4. In dem Zuluftkanal 3 befindet sich ein Zuluftkanalwärmetauscher 5. Der Abluftkanalwärmetauscher 4 und der Zuluftkanalwärmetauscher 5 sind über Wärmetauscherrohre 6, 7 miteinander verbunden.
Der Abluftkanalwärmetauscher 4, der Zuluftkanalwärmetauscher 5 und die Wärmetauscherrohre 6, 7 bilden einen geschlossenen Kreislauf. Ein Wärmetauscherfluid wird durch eine Pumpe 8 in einem Kreislauf gefördert. Auf diese Weise kann Wärme oder Kälte von dem Abluftkanal 2 an den Zuluftkanal 3 übertragen werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird entsalztes Wasser als Wärmetauscherfluid eingesetzt.
Der Abluftkanalwärmetauscher 4 und der Zuluftkanalwärmetauscher 5 sind nebeneinander angeordnet und grenzen unmittelbar aneinander an. Die beiden Wärmetauscher 4, 5 sind lediglich über eine gemeinsame Trennwand 9 voneinander getrennt.
Die Wärmetauscher 4, 5 sind über lösbare Verbindungen 15, 16 miteinander verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lösbaren Verbindungen 15, 16 als flansche ausgebildet. Allerding sind auch Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die lösbaren Verbindungen anders ausgebildet sind, z. B. als Rohrverschraubungen. Aufgrund der lösbaren Verbindungen 15, 16 können die beiden Wärmetauscher 4, 5 mit ihren Wärmetauscherrohren 6, 7 leichter transportiert und gehandhabt werden.
Die Wärmetauscheranordnung 1 kann sowohl horizontal als auch vertikal angeordnet bzw. aufgestellt sein. In dem Abluftkanal 2 befindet sich ein Lüfter 10, der zum Fördern der Abluft aus einem Gebäude nach außen dient. Stromabwärts des Lüfters 10 ist eine Sprüheinrichtung 11 angeordnet. Die Sprüheinrichtung 11 ist an eine Hochdruckpumpe angeschlossen und dient zum Zerstäuben von Wasser. Durch das Besprühen der Abluft mit Wasser wird eine adiabate Kühlung der Abluft erzielt, die eine Abkühlung des in dem Abluftkanalwärmetauscher 4 enthaltenen Wärmetauscherfluids bewirkt.
In dem Zuluftkanal 3 ist eine weitere Sprüheinrichtung 12 angeordnet, der eine Hochdruckpumpe (nicht gezeigt) zugeordnet ist. Ebenso umfasst der Zuluftkanal 3 den Lüfter 13, der Zuluft von außen ansaugt und in das Innere eines Gebäudes fördert. Zusätzlich befindet sich in dem Zuluftkanal 3 ein Heizregister 14. In dem Heizregister 14 wird erwärmtes Wasser, das in diesem Ausführungsbeispiel eine Temperatur von etwa 40°C aufweist, in einem Kreislauf gefördert. Mittels des Heizregisters 14 kann von außen angesaugte Zuluft kontrolliert erwärmt werden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Wärmetauscheranordnung 1 in einem Wintermodus beschrieben. Der Betrieb im Wintermodus findet bei kalten Außentemperaturen statt. Dabei gibt warme Abluft, die durch den Lüfter 10 durch den Abluftkanal 2 nach außen gefördert wird, einen Teil ihrer Wärme über den Abluftkanalwärmetauscher 4 an das Wärmetauscherfluid ab. Das Wärmetauscherfluid wird mittels der Pumpe 8 in einem Kreislauf zwischen dem Abluftkanalwärmetauscher 4 und dem Zuluftkanalwärmetauscher 5 gefördert. Dementsprechend erhöht sich die Temperatur des in dem Zuluftkanalwärmetauscher 5 enthaltenen Wärmetauscherfluids. Wenn während des Wintermodus kalte Außenluft mittels des Lüfters 13 in den Zuluftkanal 13 gesaugt wird, erwärmt das Wärmetauscherfluid die angesaugt kalte Außenluft. Auf diese Weise kann in der Abluft enthaltene Wärme teilweisen zurückgewonnen und an die Zuluft übertragen werden.
Die Heizleistung, die von der Wärmetauscheranordnung 1 an die kalte Außenluft abgegeben wird, kann durch Festlegen der Drehzahl der Pumpe 8 geregelt werden. Dementsprechend wird die Heizleistung oder alternativ die Kühlleistung einfach durch Einstellen der Förderleistung der Pumpe festgelegt.
Um den Feuchtigkeitsgehalt der angesaugten und erwärmten Zuluft zu erhöhen, kann die Sprüheinrichtung 12 in dem Zuluftkanal 3 eingeschaltet werden. Während des Winterbetriebs kann auf diese Weise die Luftfeuchte auf einen gewünschten Wert angehoben werden, sodass sich ein angenehmes Raumklima ergibt.
Zusätzlich wird das Heizregister 14 eingeschaltet, das eine weitere Erwärmung der bereits vorgewärmten und befeuchteten angesaugten Zuluft bewirkt. Durch den Zuluftkanalwärmetauscher 5, die Sprüheinrichtung 12 und das Heizregister 14 kann die angesaugte Außenlauft hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit hochgenau und gleichzeitig mit geringem Energieverbrauch konditioniert werden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Wärmetauscheranordnung 1 in einem Sommermodus beschrieben. Im Sommermodus wird warme Innenluft, die mittels des Lüfters 10 aus dem Inneren eines Gebäudes gefördert wird, mittels der Sprüheinrichtung 11, die sich in dem Abluftkanal 2 befindet, befeuchtet. Das zu Tröpfchen versprühte Wasser verdunstet in der vergleichsweise warmen Abluft, durch die Verdunstungskälte reduziert sich deren Temperatur. Durch diese adiabate Kühlung wird das in dem Abluftkanalwärmetauscher 4 enthaltene Wärmetauscherfluid abgekühlt. Da das Wärmetauscherfluid wie bereits beschrieben im Kreislauf gepumpt wird, verringert sich auch die Temperatur des Wärmetauscherfluids in dem Zuluftkanalwärmetauscher 5. Warme Außenluft, die mittels des Lüfters 13 durch den Zuluftkanal 3 angesaugt wird, wird beim Durchströmen des Zuluftkanalwärmetauschers 5 abgekühlt. Im Sommermodus ist die Sprüheinrichtung 12 im Zuluftkanal 3 ausgeschaltet, dasselbe gilt für das Heizregister 14.
Das Einschalten der Sprüheinrichtungen 11, 12 und des Heizregisters 14 im Sommermodus bzw. im Wintermodus erfolgt automatisch durch entsprechende Regler, die mit Sensoren verbunden sind.
Die in der Figur gezeigte Wärmetauscheranordnung 1 ermöglicht eine hochgenaue Regelung der Temperatur und Feuchtigkeit im Inneren eines Gebäudes auf eine energieeffiziente Weise durch Wärmerückgewinnung.
Bezugszeichenliste

1: Wärmetauscheranordnung
2: Abluftkanal
3: Zuluftkanal
4: Abluftkanalwärmetauscher
5: Zuluftkanalwärmetauscher
6, 7: Wärmetauscherrohr
8: Pumpe
9: Trennwand
10: Lüfter
11: Sprüheinrichtung
12: Sprüheinrichtung
13: Lüfter
14: Heizregister
15: Verbindung
16: Verbindung

Claims

Wärmetauscheranordnung (1), umfassend einen Abluftkanalwärmetauscher (4) und einen Zuluftkanalwärmetauscher (5), wobei der Abluftkanalwärmetauscher (4) in einem Abluftkanal (2) und der Zuluftkanalwärmetauscher (4) in einem Zuluftkanal (3) angeordnet sind und Wärme oder Kälte von dem Abluftkanal (2) an den Zuluftkanal (3) übertragbar ist, wobei der Abluftkanalwärmetauscher (4) und der Zuluftkanalwärmetauscher (5) über mit einem Wärmetauscherfluid gefüllte Wärmetauscherrohre (6, 7) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanalwärmetauscher (4) und der Zuluftkanalwärmetauscher (5) nebeneinander angeordnet sind und unmittelbar aneinander angrenzen.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherfluid Wasser, vorzugsweise entsalztes Wasser, ist.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abluftkanal (2) eine Sprüheinrichtung (11) zum Befeuchten und Abkühlen von Abluft angeordnet ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuluftkanal (3) eine Sprüheinrichtung (12) zum Befeuchten von Zuluft angeordnet ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Wintermodus betreibbar ist, in dem das durch kalte Außenluft abgekühlte Wärmetauscherfluid im Abluftkanal (2) erwärmbar ist.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Sommermodus betreibbar ist, in dem warme Innenluft im Abluftkanal (2) mittels der Sprüheinrichtung (11) befeuchtbar ist, um das Wärmetauscherfluid abzukühlen.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, die Sprüheinrichtung (11) beim Überschreiten einer festgelegten Außentemperatur einzuschalten.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherfluid mittels einer Pumpe (8) durch die Wärmetauscherrohre (6, 7) pumpbar ist, wobei die Kühlleistung oder die Heizleistung durch Festlegen der Drehzahl der Pumpe (8) regelbar ist.
Wärmetauscheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, im Falle einer drohenden Vereisung die Förderleistung der Pumpe (8) zu reduzieren.
Wärmetauscheranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuluftkanal (3) ein Heizregister (14) angeordnet ist, das von einem vorgewärmten Wärmetauscherfluid durchströmbar ist.