DE2116857B2

DE2116857B2 - Verfahren zum Kühlen und Entfeuchten von Luft

Info

Publication number: DE2116857B2
Application number: DE2116857A
Authority: DE
Inventors: Manfred 7500 Karlsruhe Ohlmeyer
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1971-04-06
Filing date: 1971-04-06
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2132485A1; CH543715A; DE2116857A1; NL7203025A

Description

Diese Aufgabe wird bei dem zu Anfang angegebenen Regelverfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit Kühlmittel beaufschlagte Fläche des Kühlers in Abhängigkeit der Zustandsänderung der Luft variiert wird, und daß die gesamie Luftmenge durch der. Kühler geschickt wird, so daß ein Teüstrom den. rnil Kühlmittel beaufschlagten Teil des Kühlers durchströmt, während der andere Teiistrom den nicht rrit Kühlmittel beaufschlagten Teil durchströmt. Dabei wird der spezifische Duschfluß des Kühlmittelf durch den beaufschlagten Kühlerteil erhöht.

Die Aufgabenstellung bezüglich der Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlfläche in mindestens zwei bis η-Bereiche aufgeteilt ist und daß jeder Bereich der Kühlfläche von den übrigen Bereichen a'oschaltbar bzw. auf dem Kühlmittelkreislauf abtrennbar isi. Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise so vorgegangen, daß bei Einteilung der Kühlfläche in zwei übereinanderüegende Bereiche die Bereiche parallel in die Kühlmittel¹ Mtung angeschlossen sind und daß in die Zuleitung zum oberen Bereich ein fernbetätigbares Regelventil eingebaut ist. Letziich ist es zweckmäßig die Vorrichtung so auszugestalten, daß in der gemeinsam vom Kühler abgehenden Leitung ein weiteres Regelventil eingebaut ist. das als Dreiwegeventil ausgebildet ist and beim Absperren der vom Kühler abgehenden Leitung eine zusätzliche, den Kühler umgehende Leitung öffnet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der dazu geeigneten Vorrichtung könnnen folgende Vorteile erzielt werden:

1. Keine Veränderung des Anlagenwiderstandes durch veränderliche Klappenstellung wie bei der Bypaßanlage, d. h. es kann mit stets konstanter Luttmenge in der Anlage gefahren werden.

2. Geringer Platzbedarf, da keine Bypaßkanalumführung um den Kühler und keine zusätzliche Klappenbaulänge in der Klimaanlage erforderlich ist.

3. Auch nachträglicher Einbau in schon bestehende Klimaanlagen selbst bei beengten Platzverhältnissen möglich.

4. Anlagenkostenmäßige Vorteile gegenüber den übrigen Bypaßanlagen durch Fortfall von Klappen, Klappenstellmotoren und Umgehungskanälen, durch geringere Anlagenbaulänge und geringeren Anlagenwiderstand.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert:

F i g. 1 zeigt im Mollier ΐχ-Diagramm das Prinzip des Regelverfahrens und

F i g. 2 die entsprechende Vorrichtung, d. h. eine geeignete Kühleranordnung zu dem Regelverfahren.

In der Fig. I, d.h. im Mollier Ix-Diagramm mit der Sättigungslinie γ = 1 ist durch den Punkt/? der einzuhaltende Raumluftzustand gekennzeichnet. Für die im folgenden angegebenen Luftpunkte bzw. -zustände sind ke'ne Zahlenwerte angegeben: diese sind in den in der Klimatechnik gebräuchlichen Größenordnungen frei wählbar.

Der Sommeraußenluftzustand sei A, der Mischpunkt für einen bestimmten Frischluftanteil sei Punkt 1. Arbeitet nun die Klimaanlage in Vollastbetrieb, d. h. der Kühler wird mit voller Kühllast gefahren, so erfolgt -:}ie Abkühlung der Mischlufl mit Entfeuchtung vereinfacht dargestellt entlang der Linie 1-2-3 bis i'er Punkt! erreicht ist (Punkt 3 ist dabei der effektive Zustund an der Kühloberfläche). Der in

j Punkt 2 erreichte Luftzustand wird dann bei konstantem Wassergehalt durch Erhitzen auf den Einblaszustand gebracht, der zusammen mit den inneren WärmeTasten des zu klimatisierenden Raumes den gewünschten Raumluftzusiand mit definierter Raumlufiieuchte ergibt.

Ändert sich nun die Belastung der Klimaanlage durch z.B. Verminderung der inneren Wärmelast entsprechend einer neuen Einblastemperatur gemäß Punkt 4, so könnte die Anlage im Teillastbereich mit

verringerten Energiekosten fahren. Da aber der Punkt 2 entsprechend dem gewünschten Raumluftzustand R eingehalten werden muß, so ist bei voller Beaufschlagung des Kühlers entweder die Luft entsprechend der Linie 2-4. nachzuwärmen oder aber sie ist bei geringerem Kühlmitteldurchfluß durch den Kühler entsprechend der Li-,iie 4-7 zu wenig entfeuchtet.

Nun wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der in einem Kanal durch den Kühler tretende Luftsirom in Teilströme aufgeteilt. Die Aufteilung erfolgt in der Weise, daß die Kühlfläche des Kühlers kühlmittelseitig variiert wird. d. h. es wird nur noch ein TdI. vorzugsweise ein unterer Teil, des Kühlers mit Kühlmittel beaufschlagt und gekühlt. Dabei sinkt die

Oberflächentemperatur dieser noch wirksamen Kühlfläche ab und führt in diesem Bereich zu einer vermehrten Entfeuchtungsleistung etwa bis zu dem Punkt 5. der den Luftaustrittszustand hinter dem Kühler kennzeichnet. Es kann dabei die Kühlfläche und der Durchfluß des Kühlmittels so geregelt werden, daß der Mischpunkt der kühlmittefbeaufschlagten und nicht beaufschlagten Luftteilmengen genau bei Punkt4 liegt, gemäß einer Luftmüchlinie 1-4-5. Damit ist der gewünschte Punkt 4 ohne fehlende

Entfeuchtungsleistung entsprechend der Linie 4-7 bzw. ohne Nachwärmen entsprechend der Linie 2-4 auf einfache Weise erreichbar.

Die Kühlfläche des Kühlers kann in zwei bis /i-Bereiche beliebig eingeteilt werden. Wichtig ist ledig-

Hch. daß der spezifische Durchfluß des Kühlmittels durch die beaufschlagte Kühlfläche erhöht und somit die entsprechende Temperatur erniedrigt wird. Beim Verdampfungskühler ist dieser Effekt auch allein durch die besondere Anordnung der Kühlerteilhälften übereinander erreichbar. Der restliche Lufleil fließt dabei ungskühlt durch die nicht beaufschlagte Kühlfläche und wird hinter der Kühlfläche mit der gekühlten Luft vermischt.

Man teilt also die Kühlfläche in zwei Bereiche ein, leitet da;> Kühlmittel bei einem vorgegebenen Signal des Raumlufttemperaturgebers entsprechend dem Kühlbedarf über die beiden Bereiche und bei einem Signal des Raumluftfeuchtgcbers bei geringerem Kühlbedarf nur noch durch den unteren Bereich. Dadurch wird die Ableitung des an eier Kühlfläche ausgeschiedenen Wassers unterstützt, d. h. die erste Kühlstufe sollte stets die unterste sein.

In der Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Bei der gezeichneten Ausführungsform ist in einem Luftkanal 8 ein in zwei Bereiche 9 und 10 aufgeteilter Kühler senkrecht zur Strömungsrichtung 19 der Luft eingesetzt. Die Aufteilung erfolgt

kühlmittclseitig. sie kann /!-Teile betragen, oder über die Fläche von oben nach unten kontinuierlich sein. Die beiden Bereiche 9 und 10 des Kühlers sind parallel in die KühlmitteHeitungcn 11 und 12 eingeschaltet. Die Zuleitung 11 und die Ableitung 12 führen zum nicht näher dargestellten Kälteaggregat. In der Zuleitung 13 zum Bereich 9 ist ein über die Leitung 14 betätigbarcs Regelventil 15 eingeschaltet. In die gemeinsam vom Kühler abgehende Leitung 16 ist ein weiteres Regelventil 17 eingesetzt, welches als Dreiwegeventil ausgebildet ist und bei Absperren der Leitung 16 eine Umgehung des Kühlers durch das Offnen der Leitung 18 ermöglicht. Diese Umgehung ist notwendig, um bei Flüssigkeitskühlung auch nach dem Absperren des Kühlers noch einen Kreislauf durch das Kälteaggregat sicherzustellen.

Die beiden Regelventile 15 und 17 werden über einen pneumatischen Druckgeber 20 gesteuert. Die Steuerung erfolgt bei einem Anwendimgsfall in der Weise, daß das Regelventil 17 über die Leitung 21 mit einem Steuerdruck von 0.2 bis 0.6 Kp cm-' je nach Durchflußmenge beaufschlagt wird. Der Druckgeber 20 enthält seine Steuerwerte von dem Raumlufitcmperaturgebcr T und dem Raumluftfeuchlegebcr ;·. Damit wird bei einer Tcmperatiiränderung dei obere Bereich 9 des Kühlers geschlossen und die Feuchte nur noch über den unteren Bereich 10 geregelt. Bei einer Abstufung des Kühlers in /i-Bcreichc erfolgt dann die Regelung entsprechend über //-Magnetventile, die die »-Bereiche jeweils freigeben Diese kontinuierliche Abstufung bzw. Schaltung dei einzelnen Kühlerbereichc kann durch am Bereichseingang wirkende Kolben, Kurvenscheiben, geschlitzte Rohre oder ähnliches erfoleen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

!•iu/utsir-ud eiwa 10 C. Die Zuhirticmperatur bei Patentansprüche: 22 C Raumtemperatur und maximaler! inneren Lasier, liegt bei etwa 12 C. Sie ändert sich stark in

1. Verfahren zum Kühlen und Entfeuchten von Abhängigkeit von den inneren Laascinvanklingen Luft mit einen voll in einen Luftstrom einge- 5 Die Entfeuchtung und Abkühlung der Zuluft auf dieschaltelen Kühler, bei dem der Luftstrom bei sen Einbiaszustand verläuft auf einer Entfeuchtungs-Teillast in mindestens zwei Teilströme aufgeteilt kurve, die beim Ix-Diagramm dargestellt werden wird, dadurch gekennzeichnet, daß kann. Die Feuchtigkeitsabscheidung der Luft nimmt die mit Kühlmittel beaufschlagte Fläche des Küh- dabei erst in der Nähe der Säuigungsünie aark zu, lers in Abhängigkeit der Zustandänderung der io während die Abkühlung im oberen Bereich der Luft variiert wird, und daß die gesamte Luft- Kühlkurve bei nur geringfügiger Feuchiigkeifsausmenge durch den Kühler geschickt wird, so daß scheidung erfolgt.

ein Teilstrom den mit Kühlmittel beaufschlagten Bei einer üblichen Mischung der Außenluft mit

Teil des Kühlers durchströmt, während der an- d^m Umlauf anteil und anschließender Kühlung und

dere Teilstrom den nicht mit Kühlmittel beauf- 15 Entfeuchtung bis auf etwa 9⁰C Kühieraustriitstem-

schlagten Teil durchströmt. peratur wäre bei einem Außenluftzustand von 25 - C

2. Vorrichtung zur Durchführung eines Ver- und 60 °o relativer Luftfeuchte und einem Außenfahrens nach Anspruch 1 mit einem Kühler, der luftanteil von etwa 25 °.-, eine Kühlleistung von etwa in einem Luftkanal so angeordnet ist, daß die 4,5 kcal/kg Luft erforderlich, da die Gesamtluft-Luftströmung die gesamte Kühlfläche durchsetzt, 20 menge zur Entfeuchtung weit unter die erforderliche dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche in Zulufttemperatur zu kühlen wäre. Die gekühlte und mindestens zwei bis η-Bereiche aufgeteilt ist und entfeuchtete Luft muß nunmehr wieder auf die des daß jeder Bereich der Kühlfläche von den übri- Raumes entsprechende erforderliche Zulufttempcragcn Bereichen abschaltbar bzw. aus dem Kühl- tür nachgewärmt werden, die z. B. bei einer mittleren mittelkreislauf abtrennbar ist. 25 Raumbelastung etwa 16 C beträgt. Hierfür wird

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- nochmals eine Wä'.memenge von etwa 1,9 kcal kg kennzeichnet, daß bei Einteilung der Kühlfläche Luft erforderlich. Diese 1.9 kcal/kg sind sowohl auf in zwei übereinanderliegende Bereiche (9, 10) der Heizungs- als auch auf der Kühlseitc reine sydie Bereiche (Γ· 10) parallel in die Kühlmittellei- stembedingte Verlustleistungen. Bei Abnahme der tung (11, 12) angeschlossen sind und daß in die 30 inneren Belastungen und damit erforderlichen höhe-Zuleitung (13) zum obe.en Be eich (9) ein fern- ren Zulufttemperaturen würden sich diese Verlustleibetätigbares Regelventil (15) eingebaut ist. stungen noch erhöhen. Werden diese Verluste auf

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- der Heizungs- und auf der Kühlseite nicht aufgekennzeichnet, daß in der gemeinsam vom Kühler bracht, so bleibt eine fehlende Entfeuchtungsleistung abgehenden Leitung (1.6) ein weiteres Regelventil 35 im Teillastbetrieb.

(17) eingebaut ist, das als Dreiwegeventil ausge- Dieses Problem der fehlenden Entfeuchtungslei-

bildet ist und beim Absperren der vom Kühler stung im Teillastbetrieb von LuftV.ühlern ist bekannt

abgehenden Leitung (16) eine zusätzliche, den und wird, wie schon erwähnt öurch eine ständige

Kühler umgehende Leitung (18) öffnet. Vollastkühlung mit Nacherwärmung bei extremer

40 Unwirtschaftlichkeit der Anlage gelöst.

Ein weiteres Verfahren zur Lösung des Problems

ist die sogenannte Bypaßregelung. Diese Regelart erlaubt eine gleitende Regulierung der Raumtemperatur durch Umführung eines Teiles der Luft nach Art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen 45 des Bypasses um den Kühler herum. Dabei sinkt die und Entfeuchten von Luft mit einem voll in einen effektive Oberflächentemperatur des Kühlers im Luftstrom eingeschalteten Kühler, bei dem der Luft- Teillastbetrieb der Klimaanlage unter den Vollaststrom bei Teillast in mindestens zwei Teilströme auf- wert ab, was zur Folge hat. daß die noch durch den geteilt wird, sowie eine Vorrichtung in mindestens Kühler gehende Luft mehr entfeuchtet wird und sozwei Teilströme aufgeteilt wird, sowie eine Vorrich- 50 mit die nicht entfeuchtete Bypaßluft kompensiert, tung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit Hinter dem Kühler werden Bypaßluft und Kühlcrcinem Kühler, der in einem Luftkanal so angeordnet luft wieder zusammengemischt,
ist, dab die Luftströmung die gesamte Kühlfläche Die Kontrolle der relativen Raumfeuchte bleibt durchsetzt. " bei diesem Regelverfahrcn in etwa erhalten, jedoch Klimaanlagen werden zwangsweise nach den Maxi- 55 führt die Bypaßregelung auf der Luftseite durch den malbelastungswerten im Sommer bzw. im Winter aus- veränderlichen Anlagenwiderstand zu schwankenden gelegt, ohne die wesentlich häufiger auftretenden Luftmengen, zu höh ι em apparativen Aufwand und Zwischenwerte in Teillastbereich gebührend zu be- Platzbedarf. Mit diesem Regelvcrfahren wird die unrücksichtigen. Zum Beispiel soll mit einer Klimaan- wirtschaftliche Betriebsweise der eingangs erwähnten lage ein bestimmter Raumluftzustand mit einer rela- 60 Taupunktanlage zwar vermieden, dafür aber ein höhutiven Luftfeuchte von etwa 50^η·Ό bei 22 ° C Raum- rer apparativer Aufwand mit ungenauer Luftmengentempcratur eingehalten werden. Die Kühllast setzi regelung durch Klappen eingetauscht,
sich in der Regel zum überwiegenden Teil aus inne- Drr Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ren Belastungen, hervorgerufen hauptsächlich durch Luft mit geringem baulichen Aufwand zu kühlen und Motorabwärme. Sonneneinstrahlung in das Gebäude «5 7.11 entfeuchten. Darüber hinaus soll mit der Erfin- und sonstigen Wärmequellen zusammen. Diese inne- dung eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine ren Lasten können sehr stark schwanken. Die Tau- Durchführung des crfindungsgcmäBen Verfahrens punkttemperatur beträgt bei dem genannten Raum- gestattet.