DE2224242A1

DE2224242A1 - Anlage zur temperierung, insbesondere zur kuehlung von raeumen

Info

Publication number: DE2224242A1
Application number: DE2224242A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Phys Gettmann
Original assignee: CTC GmbH
Current assignee: CTC GmbH
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1972-05-18
Publication date: 1973-11-29
Also published as: NL7306891A; IT984763B; CH572599A5; ZA733333B; GB1439178A; FR2184956A1; ATA430973A; BE799664A; US3939905A; FR2184956B1; AT326873B; ES414839A1

Description

C 153/72

Anmelderin: CTC GmbH, 2 Hamburg 34, Kroogblöcke 40

Titel: "Anlage zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung,von Räumen"

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, von Räumen, mit einem Rohrstrang, der in der Baukör— perschicht eines Fußbodens, einer Wand oder einer Decke anzuordnen und mit einem Wassersatz zu beschicken ist.

Mit den bisher bekannten Anlagen der vorgenannten Art ist es nicht möglich, eine Entfeuchtung der Raumluft durch Abführung der in ihr enthaltenen latenten Wärme durchführen zu können, da bei Oberflächentemperaturen der Baukörperschicht unterhalb der Taupunkttemperatur des jeweiligen RaumluftzuStandes der in der Raumluft enthaltene Wasserdampf auf der Baukörperschicht auszukondensieren beginnt. Neben anderen unangenehmen Folgeerscheinungen ist dann insbesondere eine Beschädigung der Baukörperschicht unvermeidlich· Man hat sich daher bislang auf eine Kühlung durch Abführung lediglich der sensiblen Wärme beschränkt, wobei der Tiefe der Kühlwasser-Vorlauftemperatur des Rohrstranges durch die Taupunkttemperatur des jeweiligen Raumluftzustandes relativ enge Grenzen gesetzt waren·

Die vorliegende Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Anlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der eine Kühlung sowohl durch Abfuhr der sensiblen wie auch der latenten

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Raumluftwärme bewirkt werden kann, um somit bis in den Bereich der Vollklimatisierung vorstoßen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wasser— satz außer durch den Rohrstrang durch einen mit dem Rohrstrang in
Reihe oder parallel geschalteten und im gleichen Raum angeordneten Wärmeübertrager mit großer äußerer Wärmeübertragungsfläche zu
drücken ist. Hierdurch kann der Wärmeübertrager zur Abführung der
latenten Wärme auch mit einer Kühlwasser-Vorlauftemperatur beschickt werden, die weit unterhalb der Taupunkttemperatur des jeweiligen
Raumluftzustandes liegt, um somit die Luft wirksam zu entfeuchten, während die sensible Wärme über die große Strahlungsfläche, beispielsweise des Fußbodens, mittels des mit einer kurz oberhalb der Taupunkttemperatur des jeweiligen Raumluftzustandes liegenden Temperatur versehenen Kühlwassers abgeführt wirdo

Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung sind der Wärmeübertrager und der Rohrstrang in einem gemeinsamen Vorlaufstrang strömungstechnisch in Reihe hintereinander geschaltet. Auf diese Weise kann der den Wärmeübertrager verlassende und auf eine oberhalb der Taupunkttemperatur liegende Temperatur erwärmte Wassersatz, unbeschadet der eingangs erwähnten Nachteile, direkt in den Vorlauf des Rohrstranges zur weiteren Kühlung geschickt werden.

Es ist aber auch möglich, den Wärmeübertrager und den Rohrstrang
an einen gemeinsamen Vorlaufstrang strömungstechnisch parallel zueinander zu schalten, wobei der Vor- und der Rücklauf des Rohrstran-· ges über ein Dreiwege-Mischventil und eine Regelleitung miteinander verbunden sind· Um eine sehr rasche und wirkungsvolle Entfeuchtung

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und Kühlung der Raumluft zu erzielen, werden der Wärmeübertrager und der Rohrstrang an zwei verschiedene Vorlaufstränge angeschlos—' sen, wobei .die-Oberflachentemperatur des Rohrstranges gerade der Taupunkttemperatur der Raumluft entsprechen darf und die Oberflächentemperatur des Wärmeübertragers dazu tief gespreizt werden kann. Dabei ist erfindungswesentlich, daß zwischen der Entfeuchtung'am Wärmeübertrager einerseits und der Kühlung mittels des Rohrstranges an der Baukörperschicht—Oberfläche eine Wechselwirkung besteht. Denn mit zunehmender Entfeuchtung sinkt auch die Taupunkttemperatur des jeweiligen Raumluftzustandes und damit die mögliche Kühlwassertemperatur des Rohrstranges, da ständig der absolute Feuchtigkeitsgehalt der Raumluft abnimmto

Vorteilhaft besteht der Wärmeübertrager aus einem herkömmlichen, vorzugsweise von einem Radiallüfter anzublasenden Konvektor, der mit einer das an ihm ausgeschiedene Kondensat auffangenden Schale versehen ist« Hierdurch wird auf einfache Weise ein "Klimagerät" geschaffen, das in Verbindung mit dem Rohrstrang eine wirkungsvolle Vollklimatisierung des betreffenden Raumes gewährleistet.

Zur Verhinderung von schädlichen Folgen bei Stromausfall und damit bei Ausfall des Lüfters wird zwischen dem Lüfter und dem Konvektor, soweit letzterer mit dem Rohrstrang in Reihe geschaltet ist, ein Windfaden-Relais angeordnet, welches bei Ausfall des Lüfters durch Schließen eines Magnetventils den kalten Wassersatz an seinem Eintritt in den Rohrstrang hindert.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vor dem Wärmeübertrager ein zusätzliches Kühlaggregat zum zusätzlichen Herunterkühlen

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des Wassersatzes angeordnet, welches wegen der hohen Kühlleistung vorzugsweise aus einer Kältemaschine besteht.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird das für die Kühlung erforderliche Kühlwasser in einem herkömmlichen Speicherkessel mit elektrischem Strom in den Niedertarifzeiten des jeweiligen Elektrizitätsversorgungsunternehmens eingespeist.

Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Anlage mit einem in einen gemeinsamen Vorlaufstrang hintereinander geschalteten Wärmeübertrager und Rohrstrang als Teilanlage der Fig. 3,

Fi£|. 2: ein Mollier-i-x-Diagramm mit den Zustands linien der Raumluft während eines Kühlprozesses,

Fig. 3: das Schaltbild einer gesamten Anlage mit in Reihe hintereinander geschaltetem Wärmeübertrager und Rohrstrang,

Fig. 4: das Schaltbild einer gesamten Anlage mit parallel zueinander geschalteten Wärmeübertragern und Rohrsträngen_e

In Fig. 1 ist mit 1 der Wärmeübertrager und mit 2 der aus den beiden Teilrohrsträngen 2' und 2" bestehende Rohrstrang 2 bezeichnet. Der Wärmeübertrager 1 ist als Konvektor ausgebildet, wobei unter ihm im Konvektorschacht I¹ ein walzenförmiger Radiallüfter 3 drehbar gelagert ist. Zwischen Konvektor 1 und Radiallüfter 3 befindet sich im Konvektorschacht 1* ein Windfaden—Relais 4, durch welches bei Ausfall des Lüfters 3 das Magnetventil 5 im Vorlauf des

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Konvektors 1 geschlossen wird. In einem solchen Fall wird zugleich vom Windfaden-Re.lais 4 das Magnetventil 6 geöffnet, um ~ den weiteren Durchlauf des Kühlwassers über die Bypassleitung 7 in den Rohrstrang 2 sicherzustellen, wie insbesondere aus Fig. 3, links oben, ersichtlich ist. In einem solchen Fall hat das dann über die Bypassleitung 7 fließende Kühlwasser eine Vorlauftemperatur, die gleich oder höher als die Taupunkttemperatür des jeweiligen Raumluftzustandes ist, da dann das vorgeschaltete Kühl-

aggregat 14 (s. Fig. 3) ausgeschaltet ist.

Die Änderung des Raumluftzustandes während eines Kühlprozesses mit der erfindungsgemäßen Anlage ist in Fig. 2 dargestellt· Ausgehend von einem Luftzustand im Punkte A mit einer Temperatur von 30°C und 50 % relativer Feuchte wird die Raumluft durch einen sehr kalten Wassersatz von beispielsweise 6° bis 10°C am Konvektor 1 auf den Zustand B, d.h. auf eine Temperatur von 28°C und ca. 50 % relative Luftfeuchte gekühlt und entfeuchtet. Während des Kühl— Vorganges der Raumluft vom Zustand A auf den Zustand B verringert sich der absolute Wassergehalt χ der Raumluft von ca. 13,2 auf 11,8 g Wasser/kg trockene Luft. Dieser Wassergehalt wird am Kon— vektor 1 auskondensiert und tropft auf die in Fig. 1 angedeutete Auffangschale 8, von der sie abgeführt wird. Während des Kühlungs— und Entfeuchtungsprozesses der Raumluft vom Zustand A zum Zustand B hat sich auch ihre Taupunkttemperatur um ca. 2°C erniedrigt. Das bedeutet, daß nunmehr auch der Rohrstrang 2 mit einem entsprechend kälteren Wassersatz von beispielsweise 16,5°C statt 18,5°C beauf- ' schlagt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß an der Oberfläche des den Rohrstrang 2 umgebenden Baukörpers Wasserdampf ausgeschieden wird.

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Der Wassersatz verläßt, den Konvektor 1 mit einer höheren Temperatur, die vorzugsweise so abgestimmt wird, daß sie gerade der Taupunkttemperatur des Luftzustandes im .Punkte B entspricht oder ein wenig darüber liegt. Das würde im vorliegenden Fall bedeuten, daß die Temperatur des den Konvektor 1 verlassenden Wassersatzes mindestens 16,5°C betragen müßte. Durch den Rohrstrang 2 wird die Raumluft ohne Entfeuchtung lediglich unter Abführung von sensibler Wärme vom Raumluftzustand B auf den Raumluftzustand C mit einer Temperatur von 25°C und 60 % relativer Feuchte noch weiter heruntergekühlt. Dabei entspricht eine Kühlung und Entfeuchtung vom Zustandspunkt A auf den Zustandspunkt C bereits einer Vollklimatisierung O

Ein vollständiges Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage ist in Fig_o 3 dargestellt. Von der Pumpe 9 wird das Vorlaufwasser durch den Verdampfer 10' einer Kältemaschine 10 gedrückt, von wo. es in die beiden Vorlaufverteiler 11 u. 12 gelangte Das hierdurch beispielsweise auf 18°C vorgekühlte Wasser gelangt über den Vorlaufstrang 13 zum Verdampfer 14' einer zusätzlichen Kältemaschine 14 und über den Vorlaufstrang 13· direkt in einen Rohrstrang 2^lfl. Am Verdampfer 14» wird das vorgekühlte Wasser noch weiter heruntergekühlt, beispielsweise auf 10°C, von wo es schließlich über das Magnetventil 5 in den Wärmeübertrager 1 gelangt, dort auf beispielsweise 16,5 C erwärmt und als—dann durch die beiden parallel geschalteten Teilrohrstränge 2' und 2" gedrückt wird. Dabei hat der Teilrohrstrang 2* nach einem älteren Vorschlag die Besonderheit, daß sein Vor— und Rücklaufkanal durch unmittelbare Nebeneinanderanordnung einen Gegenstrom-Wärmeübertrager bilden, der infolge seiner Gegenstromanordnung mit einer Wasser-Vorlauftemperatur beaufschlagt werden kann, die noch unterhalb dnr Taupunkttemperatur

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des jeweiligen Raumluftzustandes liegt. Nachdem der Wassersatz die beiden Teilrohrstränge 2* und 2" bzw. 2^tfl durchlaufen hat, gelangt er in die Rücklaufsammler 15, 16 und von dort über den Rücklauf 17 und das Dreiwege—Mischventil 18 wieder zurück zu»· Pumpe 9, von wo der Kreislauf erneut beginnt. Die beiden Kältemaschinen 10 u. 14 bestehen im wesentlichen aus den beiden bereits genannten Verdampfern 10* und 14^f sowie jeweils aus einem Kompressor 10", 14", der das im Verdampfer 10*, 14* verdampfte Kältemittel absaugt, komprimiert und in den Kondensator 10***, 14··* drückte Im Kondensator 10'", 14» »« wird das Kältemittel durch Wärmeabfuhr, beispielsweise mittels des angedeuteten Lüfters, wieder kondensiert und gelangt über das Druckreduzierventil 1O^IV, 14'v in gekühltem Zustand wieder zum Verdampfer 10», 14' zurück. . -

In Fig. 4 wird das im Verdampfer 10· der Ka.lt ema sch ine 10 vorge— kühlte Vorlaufwasser durch die Pumpe 9 über den Vorlaufvertei— ler-11 und den Vorlaufstrang 13 einerseits über ein zusätzliches Dreiwege—Mischventil 19 in den Rohrstrang 2 und andererseits über den Verdampfer 14' der zusätzlichen Kältemaschine 14 in den Kon— vektor 1 gedrückt. Danach gelangt das Kühlwasser in den Rücklauf-Sammler 15 und den Rücklaufstrang 17 zurück zur Pumpe 9.

Im rechten Teil der Fig. 4 ist eine Schaltung dargestellt, in der mehrere zueinander parallel geschaltete Konvektoren 1 und'mehrere zueinander parallel geschaltete Rohrstränge 2 an zwei verschiedene Vorlaufstränge angeschlossen sind. So werden hier die Rohrstränge über den Vorlaufverteiler 11 .und den Vorlaufstrang 13" gespeist, während die Konvektoren 1 vom Vorlaufverteiler' 12 her über den

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Vorlaufstrang 13·" mit einem Wassersatz beaufschlagt werden, der durch ein zusätzliches Kühlaggregat 20 in Form einer Kältemaschine eine tiefere Temperatur als der lediglich vorgekühlte Wassersatz im Vorlaufstrang 13" besitzt.

Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird das für die Kühlung erforderliche Kühlwasser in einem herkömmlichen Speicherkessel (22) mit elektrischem Strom in den Niedertarif— zeiten des jeweiligen Elektrizitätsversorgungsunternehmens (EVU) eingespeichert. Zu diesem Zweck werden' die Ventile 23, 25 und 24 in Fig. 4 geschlossen und die Ventile 26, 27 und 28 geöffneto Dann zieht die Pumpe 9 das ungekühlte Wasser über das Ventil 28 aus dem Speicher 22 heraus und drückt es zur Kühlung durch den Verdampfer ΙΟ* der Kältemaschine 10. Von dort gelangt es über die Stegleitung 26^f, das Ventil 26 sowie über das Ventil 27 in den Speicher 22 zurück, wo es von unten nach oben geschichtet wird. Bei Kühlwasserbedarf werden dann — beispielsweise bei abgeschalteter Kältemaschine 10 in den Hochtarifzeiten — die Ventile 26, 27 und 28 wieder geschlossen, die Ventile 23, 24 und 25 wieder geöffnet und das Kühlwasser mit oder ohne Rücklaufbeimischung (mittels des Dreiwege-Mischventils 18) von unten her aus dem Kessel 22 zur Kühlung des Konvektors und/oder der Rohrschlangen 2', 2", 2' ' ' abgezogen,,

Es versteht sich, daß die vorbeschriebenen Rohrstränge 2 und Kon— vektoren 1 auch zur Beheizung von Räumen verwendet werden können. Zu diesem Zweck wird in einem Heizkessel 21 bzw. dem Speicher 22 das entsprechende Heizwasser erzeugt, von wo es über die Pumpe 9 in der vorbeschriebenen Weise zu den Konvektoren 1 bzw. zu den Rohrsträngen 2 gelangt.

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Claims

C 153/72. " 9 " Patentansprüche

1.)) Anlage zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, von Räumen, mit einem Rohrstrang, der in der Baukörperschicht eines Fußbodens, einer Wand oder einer Decke anzuordnen und mit einem Wassersatz zu beschicken ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Wassersatz außer durch den Rohrstrang (2) durch einen mit dem Rohrstrang (2) in Reihe oder parallel geschalteten und im gleichen Raum angeordneten Wärmeübertrager (1) mit großer äußerer Wärmeübertragungsfläche zu drücken ist.

2.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß der Wärmeübertrager (1) und der Rohrstrang (2) in einem gemeinsamen Vorlaufstrang (13) strömungstechnisch in Reihe hintereinander geschaltet sind. (Fig. 1 u..3)

3.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Wärmeübertrager (1) und der Rohrstrang (2) in einem gemeinsamen Vorlaufstrang (13) strömungstechnisch parallel zueinander geschaltet sind, wobei der Vor— und der Rücklauf des Rohr stranges (2)' über ein Dreiwege-Mischventil (19) und eine Ragelleitung (19·) miteinander verbunden sind. (Fig.. 4)

4.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Wärmeübertrager (1) und der Rohrstrang (2) an 'zwei verschiedene Vorlaufstränge (13·'·, 13·') angeschlossen sind. (Fig. 4) -

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5_O) Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmeübertrager (1) aus einem herkömmlichen, vorzugsweise von einem Radiallüfter (3) anzublasenden Konvektor besteht, der mit einer das an ihm ausgeschiedene Kondensat auffangenden Schale (8) versehen ist. (Pig. I Uo 3)

6.) Anlage nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch. gekennzeichnet , daß zwischen dem Lüfter (3) und dem Konvektor (l) ein Windfaden-Relais (4) angeordnet ist, welches bei Ausfall des Lüfters (3) durch Schließen eines Magnetventils (5) den kalten Wassersatz an seinem Eintritt in den Rohr— strang (2) hindert. (Fig. 1 u_o 3)

7.) Anlage nach den Ansprüchen 1, 2, 5 und 6$ dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Wärmeübertrager (1) ein zusätzliches Kühlaggregat (14) zum zusätzlichen Herunterkühlen des Wassersatzes angeordnet ist. (Fig. 3 u. 4)

8o) Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in oder vor dem Vorlaufstrang (13*^fl) des Wärmeübertragers (1) ein zusätzliches Kühlaggregat (20) geschaltet ist. (Fig. 4)

9.) Anlage nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlaggregäte (10, 14, 20) aus Kältemaschinen bestehen»

10.) Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß in einen Speicherkessel (22)

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wahlweise Kühlwasser mit sehr niedriger Temperatur oder Heiz— wasser mit sehr hoher Temperatur einzuspeichern ist. (Fig. 4)

11.) Anlage nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η ~ zeichnet , daß als·Speicherkessel (22) ein herkömmlicher Elektrospeicherkessel zu verwenden ist_o (Fig. 4)

12o) Anlage nach den Ansprüchen 1Ö und 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Einspeicherung des Kessels (22) mit elektrischem Strom, vorzugsweise in den Niedertarifzeiten des jeweiligen Elektrizitätsversorgungsunternehmens (EVU),erfolgt. (Fig. 4) .

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