DE2155559C3 - Klimaanlage - Google Patents

Description

Die Frfindung betrifft eine Klimaanlage, vorzugsweise für hohe Enlfeuchtungslcislungen und weite Arbeitsbereiche von Temperatur und Feuchte nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Die Trocknung feuchter Luft durch Kondensation des Wasserdampfes ist in der Klimalechnik ein sehr häufig angewendetes Prinzip. Physikalisch bedingt, ist dafür bekanntlich eine Abkühlung der Luft unter ihren Taupunkt erforderlich. Soll in einem zu klimatisierenden Raum gleichzeitig die Luft entfeuchtet und die Lufttemperatur konstant gehalten werden, so muß nach der Trocknung wieder eine entsprechende Wärmemenge zugeführt werden.

Nun gibl es klirnnlisicrte Räume minierer eirolle, aus denen bei einer Raumhöhe von ca. 2 m oder wenig darüber, /. Ii. bei einem Klim.i/ustand von 20" C und V)¹Vn relativer Feuchte, je m' Bodenfläche, etwa 2(K)Og Wasser h ' abgeführt werden sollen. Die rechnerische Betrachtung zeigt, daß erhebliche Wärmemengen zuKcführt werden müssen, um nach dem Γ'ιιΐfc

Vorgang wieder eine Lufttemperatur von 20 C herzustellen. Häufig sollen aber auch Klimabedingungen erfüllt werden, bei denen die Verhältnisse noch ungünstiger liegen.

Bei den bekannten Klimaanlagen ist es allgemein üblich, die zuzuführenden Wärmemengen aus Elektroenergie, aus Dampf bzw. anderen Energieträgern zu entnehmen. Außerdem sind Klimaanlagen bekannt, die sowohl für die Temperierung als auch die Entfeuchtung je einen vom anderen weilgehend unabhängigen Kreislauf mit einheitlichem Wärmeträger besitzen, wobei die Wärmeenergie dem Temperierungswärmeübertrager über einen im Temperierungskreislauf liegenden und somit indirekt wirkenden Heizer zugeführt wird.

Das ist recht unökonomisch, zumal bereits für die Entfeuchtung Energie aufgewendet werden muß. Ferner muß bei den bekannten Anlagen die der feuchten Luft entzogene Wärmemenge, erhöht um das aus der Verdichtung des Kältemittels herrührende Wärmeäquivalent, üblicherweise mit dem Kühlwasser abgeführt werden. Das hat einen hohen Kühlwasserbedarf zur Folge. Aus dem großen Energie- und Kühlwasserbedarf resultieren hohe Betriebskosten. Diese Nachteile werden auch durch die Anwendung der an sich bekannten Wärmepumpe nur teilweise beseitigt. Zum Beispiel findet die Rückgewinnung von Wärme bei der Entfeuchtung eines »lallenbades Anwendung, wobei das Grundprinzip einer Wärmepumpenschaltung angewendet wird. Diese schaltungstechnische Anordnung hat den Nachteil, daß die Leistungsziffer der Wärmepumpe abhängig ist von der notwendigen Leistung der Anlage, d. h., daß sie nicht immer optimal arbeitet. Unabhängig von der durch die Nachwärmung zu regelnden Lufttemperatur muß der Verdichter ständig gegen einen sehr hohen Kondensationsdruck arbeiten. Dieser entspricht einem Wert, der über dem der äquivalenten höchstmöglichen Lufttemperatur beim Nachwärmvorgang liegt. Die Wärmepumpe arbeitet also nur zeitweise mit maximal erreichbarer Leistung'./.iifer.

Zweck der Erfindung ist es, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelös! werden, eine Klimaanlage zu schaffen, die sich insbesondere für Anwcndungsfällc mit großen Entfeuchtungsleistiingen eignet. Sie sollen mit minimalen Encigiekostcn für die Kältemaschine und geringem Kühlwasserbedarf betrieben werden können. Aufgabe ist es unter anderem, durch eine ständig optimale Anpassung der Kondcnsationslempcratur ci.ie ständig maximale Leistungskennziffer der Wärmepumpenschaltung zu erzielen, um damit zu erreichen, daß die Luft als Umluft oder Frischluft entfeuchtet und dabei auf gleichem Temperaturniveau gehalten wird. Diese thermodynamisehe Schaltung soll äußerst rationelle Wärmerückgewinnungsprinzipien beinhalten. Gleichzeitig soll der apparative und maschinelle Aufwand niedrig sein. Hinsicht lieh der Temperatur- und Feuchteregelung soll eine hohe Qualität, d. h. auch eine hohe Stabilität über weite Arbeitsbereiche erzielt werden. Die Klimaanlage soll einfach sein und eine hohe Zuverlässigkeit über lange Zeilfiiume haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäl.1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches I gelost.

Zugunsten hoher Regelgüte der Lufttemperatur im zu klimatisierenden Raum kann weilorhin ein /usiii/licher Fühler am Fintrilt des Sckundarwärmcträücrs in den für

die Temperatur zuständigen Wärmeübertrager angeordnet sein. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem parallel zum kühlwasserbeaufschlagten Verflüssiger angeordneten zweiten Verflüssiger und dem Sekundärwärmeträger kann in dem diesen Verflüssiger aufnehmenden isolierten Behälter eine Rühreinrichtung eingebaut sein.

Die Erfindung soll nachstehend an einer Zeichnung näher erläutert werden.

In der Zeichnung sind mit I ein zu klimatisierender Raum und mit 2 ein von diesem abgetrennter Luftkanal bezeichnet. Im Luftkanal 2 befinden sich u. a. der Wärmeübertrager 3 für die Einhaltung des geforderten Feuchtesollwertes und der Wärmeübertrager 4 für die Einhaltung des geforderten Temperaiursollwertes. Beide Wärmeübertrager sind leicht zur Senkrechten geneigt, damit der luftseitige Druck verlust verringert wird und das an der Oberfläche gebildete Wa.serkondensat besser abtropft. Die Wärmeübertrager 3 und 4 werden beide von einem Sekundärwärmeträger. vorrangig Sole, durchströmt. Mit 5 und 40 werden Fördereinrichtungen bezeichnet, die zur Umwälzung der Sole dienen. Die Kältemaschine besitzt 2 Verflüssiger 29 und 30. Verflüssiger 30 befindet sich im isolierten Behälter 31 des zum Wärmeübertrager 4 gehörenden Kreislaufes. Im isolierten Behälter 31 ist zur Verbesserung des Wärmeüberganges eine Rühreinrichtung 32 vorgesehen. Mit 19 ist ein aus mehreren — zum Teil gleichen — Bausteinen bestehender Temperaturregler bezeichnet, der sowohl mit den Fühlern 20 und 21. Schaltelement 22, Magnetventil 35 als auch mit dem Fühler 34 verbunden ist. Die vom Wärmeübertrager 3 beim Entfeuchtungsprozeß aufgenommene Wärmemenge gelangt auf dem Weg über die Sole und den isolierten Behälter 6 in den Verdampfer 7 und wird über das Kältemittel, den Kältemittelverdichter 8 in die Verflüssiger 29 und 30 abgegeben, wobei der Verllüssiger 29 einen Teil der Wärme an das Kühlwasser abgibt. das über den Kühlwasserabfluß 36 wegfließt. Der andere Teil der Wärme gelang! über den Verflüssiger 30 an den So'ckreislauf mit dem Wärmeübertrager 4. Dabei bewirkt der Temperaturregler 19 als kombinierte Regeleinheit eine Dosierung des im zu klimatisierenden Raum 1 für die Temperierung notwendigen Wärmcstromes in Verbindung mit Fühler 20 und 21. Schaltelement 22 und Magnetventil 35. Gleichzeitig sind aber auch die Fühler 20, ?1 und 34 mit der kotnbir.erten Regeleinheit so verknüpft, daß sie ebenfalls über Schaltelemente 22 auf den Stellantrieb des Kühlwasscrregclvcntils 33 wirken. Dadurch wird die Kühlwassermenge automatisch so eingestellt, daß Hie Temperaturdifferenz im zu klimatisierenden Raum I und im isolierten Behälter 31 über den gesamten Arbeitsbereich ständig, sowohl im stationären Regelfall als auch bei Sollwertänderungen, ca. 10 beträgt. Das in den Verflüssigern 29 und H) verflüssigte Kältemittel strömt durch eine gemeinsame Leitung über ein Magnetventil 9 und ein thermostatisches Einspritzventil 10 zum Verdampfer 7 zurück. Für die Erzielung großer Kühleffekte bei den für den Klimabeirieb gewünschten kleinen Temperalurdifierenzen wird der Wärmeübertrager 4 mit zur Kühlung herangezogen. Dazu sind die Leitungen 37 und 38 und das Magnetventil 39 vorgesehen, das auch vom Temperaturregler 19 und dem dazugehörigen Stellglied 22 betätigt wird. Mit 8 ist der Kältemittelverdichter und mit 9 das Magnetventil bezeichnet, die in Abhängigkeil von der Soletemperatur im Behälter 6 innerhalb eines vorgewählten Bereiches durch den Thermostaten 11, dessen Fühler 12 und elektrische Schaltelemente 13 ein- bzw. ausgeschaltet werden. Das Minel zur Dosierung des im zu klimatisierenden Raum 1 zur Entfeuchtung notwendigen Wärmestromes ist das Magneiventii 14. das vom [-euchteregler 15 und dessen Fühler 16 über Schaltelemente 17 betätigt wird. Mil unr Einstellung des Ventils 18 kann die in der Zeiteinheit aus dem isolierten Behälter 6 über das geöffnete Magneiventii 14 entnommene Solemenge und damit die RcflguK-beeinflußt werden. Mit dem Ventil 18 wird aber auch erreicht, daß bei entsprechender Auslegung der Fördereinrichtung 5 der Wärmeübertrager 3 stets \on etwa der gleichen Solemenge durchströmt wird. wa.^L eine hohe Stabilität gewährleistet. Dabei kann m gleicher Weise wie für den Behälter 31. in dem d:e warme Temperierflüssigkeit aufbereitet wird, auch die kalte Temperierflüssigkeit im Beiälter 6 um eine bestimmte, konstante Temperaturdi lerenz der Temperatur im zu klimatisierenden Raun 1 nachgefahren werden. Vom Feuchteregler 15 wird über die Schaltelemente 17 bei der Befeuchtungseinrichtung 23 der Weg lür den Dampf bzw. die feuchte Luft freigegeben, der bzw. die aus Austrittsöffnungen 24 vor den Ventilatoren 25 in den Luftkanal 26 eintritt. 27 ist eine Wassersperre. Mit 28 ist ein Ausgleichsgefäß für Sole bezeichnet. Das Ventil 41 erfüllt eine entsprechende Funktion, wie oben lür das Ventil 18 beschrieben.

Beim Klimabetrieb mit Entfeuchtung wird nur wenig und beim Aufhcizvorgang keine Wärme über das Kühlwasser an die Umgebung abgeführ'. Darau' ergibt sich ein niedriger Kühlwasserbedarf.

Im Kreislauf des Wärmeübertragers 3 kann fur schnelle Taupunkttemperaturänderungen ein zusätzlicher Heizer 42 vorgesehen werden. 43 ist die Isolierwand des zu !Jimatisierenden Raumes 1. Die Strömungsrichtung der l.ui\ ¹St durch Pfeile angedeutet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Klimaanlage, vorzugsweise für hohe Entleuchtungsleistungen und weite Arbeitsbereiche von Temperatur und Feuchte, mit im zu klimatisierenden Raum oder in an diesen angeschlossenen Kanälen angeordnetem Wärmeübertrager für die Entfeuchtung und Wärmeübertrager für die Temperierung der zu klimatisierenden Luft, die über eine Wärmepumpenschaltung zur Kühlung bzw. Heizung eines Sekundärwärmeträgers mit einer Kältemaschine verbunden sind, wobei der Verflüssiger der Kältemaschine zusätzlich mit Kühlwasser beaufschlagt werden kann, und einem in der Kühlwasserleitung des Verflüssigers der Kältemaschine angeordneten Kühlwasserregelventil sowie einem Temperaturregler mit im zu klimatisierenden Raum angeordnetem Fühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärwärmeträger für die Temperierung der zu klimatisierenden Luft von einem parallel zu dem kühlwasserbeaufschlagten Verflüssiger (29) geschalteten, in einem isolierten Behälter (31) angeordneten zweiten Verflüssiger (30) beheizt wird, wobei eine mit dem im zu klimatisierenden Raum (1) angeordneten Fühler (21) ausgerüstete Sollwertstelleinrichtung des Temperaturreglers (19) mit dem Stellantrieb des Kühlwasserregelventils (33) zur Vorgabe einer über den gesamten Arbeitsbereich etwa konstanten Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Sekundärwärmetragers in dem isolierten Behälter (31) und der Temperatur der Luft im zu klimatisierenden Raum (1) gekoppelt ist und daß ein Temperaturfühler (34) des Stellantriebes de Kühl"-asserregelveiitils (33) innerhalb des isolierter. Behälters (31) angeordnet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwcrtstelleinrichtung des Temperaturreglers (19) zusätzlich mit einem am Hi η tritt des Sekundärwärmeirägers in den Wärmeübertrager angeordneten Fühler (20) ausgerüstet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem isolierten Behälter (31) eine Rühreinrichtung (32) eingebaut ist.