DE2417082C3 - Energiesparende Versorgungsanlage zur Klimatisierung und Beheizung von Hallenbädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage zur Entfeuchtung und Beheizung von Hallenbädern mit Duschräumen, Umkleideräumen u.dgl. mittels eines Wärmepumpen-Kreislaufs, dessen Verdampferteil mit der zu kühlenden und ?u entfeuchtenden Luft, insbesondere der Hallenluft, über einen Kaltwasser-Kreislauf mit einem darin geschalteten Luftkühler und dessen Kondensatorteil mit der anschließend wieder zu erwärmenden Luft, insbesondere der Luft für die Schwimmhalle, über einen Warmwasser-Kreislauf mit mindestens einem darin geschalteten Lufterhitzer in Wärmeübertragung stehen, wobei in den Warmwasser-Kreislauf neben dem Lufterhitzer für die Schwimmhallenluft ein weiterer Lufterhitzer für die Luft der Nebenräume parallel geschaltet ist.

Bei einer bekannten Klimaanlage (nach der DT-AS

1812353) wird die Hallenluft durch eine nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitende Luftentfeuchtungsanlage umgewälzt und anschließend aufgeheizt, wobei die gesamte fü'" die Beheizung des Beckenwas-

sers und der Hallenluft erforderliche hnergie mit Ausnahme der vom Verdichterteil der Wärmepumpe benötigten Energie dem Beckenwasser zuzuführen und darin zu speichern ist. Die Praxis hat bewiesen, daß mit einer derartigen Anlage insbesondere in den Übergangs- und in den Sommerzeiten ein einseitiges Aufschaukeln der Hallenlufttemperatur unvermeidbar ist, da die gesamte am Kondensatorteil anfallende Wärmemenge nicht nur aus dem Anteil der latenten und einem kleinen Teil sensibler Wärmemenge der am Verdampferteil der feuchten, warmen Hcüenluft entzogenen Wärmemenge besteht, sondern stetig um den Anteil der am Kompressorteil zugeführten Wärmemenge in Form elektrischer Arbeit vergrößert wird. Dies führt dazu, daß am Kondensatorteil eine überschüssige Wärmemenge anfällt, sobald die Transmissionsverluste der Schwimmhalle gedeckt sind. Diese überschüssige Wärmemenge bewirkt immer kleiner werdende Stillstandszeiten des Kompressorteils des Wärmepumpen-Kreislaufs und damit ein sfark progressives Ansteigen der Überschußwärme Deshalb hat man (nach der DT-AS 1905 141) zur Ausnutzung der mittels der Wärmepumpe aus dem Hallenbad zurückgewonnenen Wärmeenergie fur den Betrieb von Wohnhausheizungen, Klimaanlagen, Warmwassergeräten u.dgl. die nach dem Wärmepumpenprinzip arbeitende Luftentfeuchtungsanlage außer von der feuchten Hallenluft auch aus dem Bekkenwasser und oder einem zusätzlichen Heißwasserspeicher gespeist. Nach einer ersten Alternative wurde der Heißwasserspeicher so geschaltet, daß ei wahlweise mit dem Kaltwasser-Kreislauf oder mit dem Warmwasser-Kreislauf verbunden werden konnte. Hierbei war eine Erhöhung der Rucklauftemperaturen in den Wasser-Kreisläufen unvermeidlich. Dabei hatte eine Erhöhung der Rücklauftemperatur im Kaltwasser-Kreislauf den Nachteil, daß dadurch die Kühl- und Entfeuchtungsleistung des darin geschalteten Luftkuhleis erheblich beeinträchtigt wurde, während eine Erhöhung der Rücklauftemperatur des Warmwasser-Kreislaufs zwangläufig eine Erhöhung der mittleren Kältemitteltemperatur und damit eine erhebliche Minderung der Leistungsziffer der Wärmepumpe bedingte. Nach einer zweiten Alternative wurde der Heißwasserspeicher in den Filter-Kreislauf des Beckenwassers geschaltet. Dies wiederum hatte den Nachteil, daß die vom Heißwasserspeicher an das Beckenwasser, von dort an die Luft, von der Luft an den Luftkühler des Kaltwasser-Kreislaufs und von dort an den Verdampfer der Wärmepumpe übertragene Wärmemenge stets nur unter Zuschuß von teurer elektrischer Energie an den Kompressor der Wärmepumpe zu den im Warmwasser-Kreislauf befindlichen Abnehmern gelangen konnte. Auch mit dieser Anlage ist ein Aufschaukeln der Rücklauftemperaturen in den einzelnen Kreisläufen unvermeidlich, woran auch der zum Hauptkondrnsator parallel geschaltete und von Stadtwasser beaufschlagte Zusatzkondensator nichts ändern kann. Da bei dieser Anlage die angeschlossenen Verbraucher den Zuschuß zusätzlicher Wärmemengen aus dem Heißwasserspeicher bestimmen, besteht hierbei insbesondere die Gefahr, daß der Kompressor der Wärmepumpe

■ ^ständig aus seinem Betriebsbereich gedreht wird, was _r] einen völligen Zusammenbruch des Wärmepumpen- :\Kreislaufs bedingen kann. Sobald die Transmissions-

■ 'verluste dieses Hallenbades gedeckt sind, bewirkt die ' 'überschüssige Wärmemenge immer kleiner werdende Stillstandszeiten des Kompressorteils des Wärmepumpen-Kreislaufs und damit ein stark progressives Ansteigen der Überschußwärme.

Diesen Nachteil hat man bei einer weiteren KIimaanlage (nach der DT-AS i 929063) der eingangs gerannten Art dadurch abzuschwächen versucht, daß der Kondensatorteil des Wärmepumpen-Kreislaufs mit dem Beckenwasser-Heizungs-Kreislauf wahlweise in Wärmeaustausch zu bringen ist. Hier wird

ίο also die überschüssige Wärmemenge im Beckenwasser gespeichert, wodurch die Beckenwassertemperatur und damit die Verdampfung des Beckenwassers nachteilig erhöht werden. Eine erhöhte Verdampfung des Beckenwassers erfordert jedoch eine verstärkte

»5 Entfeuchtung, was wiederum zu kürzeren Stillstandszeiten des Kompressorteils des Wärmepumpen-Kreislaufs und damit zu einem einseitigen Aufschaukeln der Beckenwassertemperatur führt. Nachteilig ist dabei insbesondere, daß einerseits nach der Deckung der Transmissionsverluste der Hallenluft die überschüssige Wärmemenge im Beckenwasser gespeichert wird, wodurch das einseitige Aufschaukeln der Temperaturen lediglich ein wenig verzögert wird, und daß andererseits der Wärmepumpen-Kreislauf infolge des direkten Kontaktes mit der Hallenluft nicht bei optimaler Leistungsziffer arbeiten kann, da eine Regelung für ein- derartige Direkt-Verdampfung bzw. Direkt-Kondensation sehr starr ist.

Daran kann auch eine der Wärmepumpe nachgeschaltete Zusatzwärmepumpe (nach der DT-AS 1945 807) nichts ändern, deren Verdampferteil mit dem Beckenwasser in Wärmeaustausch steht, da dadurch ein einseitiges Aufschaukeln der Beckenwassertemperatur und damit der Hallenlufttemperatur noch verstärkt wird.

Hiervon ausgehend hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Klimaanlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile als Versorgungsanlage sämtliehe Raumtrakte eines Hallenbades mit unterschiedlichem Temperaturniveau nach dem Prinzip der Wärmeruckgewinnung mittels einer Wärmepumpe so zu beheizen imstande ist, daß ein einseitiges Aufschaukeln einer Solltemperatur eines Raumtraktes durch flexible und rasche Regelung vermieden wird, wobei die einzelnen Wärmemengen in Abhängigkeit jahreszeitlicher und nutzungsmäßiger Bedarfsschwankungen auf die einzelnen Verbraucher unter Berücksichtigung ihrer individuellen Prioritäten bei möglichst niedriger Vorlauftemperatur des Warmwasser-Kreisiaufs und der daraus resultierenden günstigen Leistungsziffer der Wärmepumpe optimal günstig verteilt werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter dem Wasseraustritt eines jeden Lufterhitzers je ein Dreiwege-Ventil angeordnet ist, deren Regelleitungsanschlüsse an die Austrittsleitung einer Bypass-Strecke angeschlossen sind, deren Eintrittsleitung mit der Druckseite der Umwälzpumpe für den Warmwasser-Kreislauf verbunden ist, wobei die Bypass-Strecke aus einer Hauptbypass-Leitung und eiier Nebenbypass-Leitung besteht, und in der Hauptbypass-Leitung ein Wärmeübertrager für die Erwärmung des Duschwassers angeordnet ist, von dessen Wasseraustritt die Nebenbypass-Leitung abzweigt und über einen zweiten, mit dem Filter Kreislauf des Beckenwassers in Wärmeübertragung stehenden Wärmeübertrager mit einem Dreiweee-Ventil vei-

bunden ist, dessen Austrittsweg die Austrittsleitung der Bypass-Strecke bildet, wobei die Lufterhitzer vorrangig vor dem Wärmeübertrager für das Duschwasser und dieser wiederum vor dem Wärmeübertrager für das Beckenwasser von dem Warmwasser zu beaufschlagen sind.

Durch dieses, die Prioritäten der im Warmwasser-Kreislauf befindlichen Abnehmer nach dem Wärmeüberlauf-Prinzip berücksichtigende, neue Bypass-System kann eine flexible und rasche Regelung der Wärmeverteilung in Abhängigkeit jahreszeitlicher und nutzungsmäßiger Bedarfsschwankungen erzielt werden. Hierbei sind die einzelnen Wärmeübertrager so miteinandergeschaltet. daß zunächst der Lufterhitzer fur die Hallenluft Priorität vor dem Lufterhitzer fur die Luft der Nebenräume besitzt, wobei letzterer vorrangig vor dem Wärmeübertrager für die Erwärmung des Duschwassers und dieser wiederum vorrangig vor dem mit dem Filter-Kreislauf des Beckenwassers in Wärmeübertragung stehenden Wärmeübertrager mit Wärme versorgt wird.

Wahrend also bei den bisher bekannten Klimaanlagen ausschließlich die Abnehmer sowohl den Einsatz als auch die Leistungsziffer der Wärmepumpe bestimmen, wird nach der Erfindung genau umgekehrt in der Weise verfahren, daß die Wärmepumpe stets bei optimaler Leistungsziffer arbeitet und sich hierzu in Abhängigkeit jahreszeitlicher und nutzungsmäßiger Bedarfsschwankungen nach dem Wärmeüberlaufpnn/ip von selbst ergibt, was ein jeder an den Warmwasser-Kreislauf angeschlossene Abnehmer erhält. Erst dann, wenn der Wärmebedarf fur die vier Abnehmer Lufterhitzer fur die Hallenluft. Lufterhitzer fur die Luft der Nebenraume. Wärmeübertrager fur Dusehwasser. Fußbodenheizung in der angegebenen Reihenfolge gedeckt ist. wird der Rest der Überschußwärme über den Wärmeübertrager II in den Filter Kreislauf des Beckenwassers geschick;, das gemäß der Erfindung lediglich als »Abfallkorb« für überschussige Warme dient und im Gegensatz zu den bekannlcn Klimaanlagen der eingangs genannten Art nicht hinte: der Hallenluft als zweiter Hauptvvärmcverbraiieher bzw. Wärmespeicher fungiert.

Dabei ist wesentlich, daß die Versorgungsanlage im Gegensatz /u den vorbekannten Klimaanlagen prinzipiell nichts mit der Erwärmung des Schwimmbeckenwassers zu tun hat. da dieses durch einen eigenen, direkt in den Filter-Kreislauf des Beckenwassers geschalteten Erhitzer bekannter Art erwärmt wird. Hierdurch ist es möglich, die Leistung des Wärmepumpen-Kreislaufs ohne Berücksichtigung des Wärmebedarfs fur das Schwimmbeckenwasser direki auf den Wärmebedarf der Luft fur die Schwimmhalle und der Nebenraume sowie auf den Wärmebedarf des Duschwasscreintritts und der Fußbodenheizung auszulegen, wodurch der Wärmepumpen-Kreislauf bei kleinerer Bauweise stets bei optimaler Leistungsziffer atheilel.

Nach einei besonders vorteilhaften Weiterbildung ili ι Erfindung wird auch der Kaltwasser-Kreislauf der Klimaanlage nach einem Bypass-System betrieben. Du-s geschieht dadurch, daß in dem Kaltwasser-Kii-islauf /wischen dem Wassereintritt und dem Wassi-iaustritt ιΚ··> I ufikiihlers eine Bypass-Leitung und ein Dri iv\i ge Ventil votgeschcn sind, von denen letzti its in Abhängigkeit vom Sollwert der relativen 1 !itifeiichiigki-it dei Sehwimmhalle tibei einen Hv t»! ■ ··-' .ι 11- η /π öffnen Ivw /u sehließen ist Auf diese Weise ist es nunmehr auch möglich, sowohl die Oberflächentemperatur des Luftkühlers am Luftaustritt auf eine konstante Temperatur von z. B. 5° C auszulegen, als auch die in den Luftkühler eintretende Luft auf einem konstanten Luftstand von z.B. 55% relative Feuchte und 28° C zu halten. Dabei bleibt nämlich im Mollier-Diagramm der Tangens des Winkels konstant, der durch den Quotienten aus einerseits der Strecke, welche den am Luftkühler ausgeschiedenen

ίο absoluten Feuchtigkeitsgehalt darstellt, und aus andererseits der Strecke für die Temperaturdifferenz der Luft am Kuhlereintritt und am Kühleraustritt gebildet wird. Dadurch ist sichergestellt, daß diese Versorgungsanlage auf der Wärmepumpenseite stets bei optimalcm Wirkungsgrad arbeitet, während sich bei Vollast und I :i Teillast die Luftaustnttstemperaturen auf dem Luftkuhler lediglich auf derselben Kühlerlinie nach oben verschieben.

Dabei ist in der Bypass-Leitung ein Wärmeubertrager zur Aufnahme von Wärme aus dem Abwasser der Duschräume, aus Grundwasser oder einer anderen Wärmequelle angeordnet. Auf diese Weise kann die Rucklauftemperatur des Kaltwasser-Kreislaufs ohne Beeinträchtigung der LuftHihlerleistung in Richtung auf den Verdampferteil durch Aufnahme zusätzlicher Wärme über den letztgenannten Wärmeübertrager erhöht werden, und dadurch an den Warmvvasser-Kreislauf eine größere Wärmemenge abgegeben werden, wenn die vom Luftkühler aufgenommene Warmemenge zur Bedarfsdeckung der an dem Warmwasser-Kreislauf angeschlossenen Verbraucher nicht ausreichen sollte. Nach dieser Anordnung ist der Warmvvasser-Kreislauf zusätzlich so geregelt, daß die Kapazität der Wärmepumpe zu keinem Zeitpunkt überschritten wird, was für die Einhaltung der Wasservorlauftemperatur zum Luftkühler wesentlich ist. I'm den Kaliwasser-Kreislauf und den Warmvvasser-Kreislauf nicht nur auf der Kältemittelseite, sondern auch auf der Wasserseitig voll 711 integrieren, sind diese beiden Wassser-Kreislaufe über einen Kompensationswasser-Kreislauf miteinander verbunden, dessen Verlauf und dessen Rucklauf bezüglich des Kaltwasser-Kreislaufs unmittclbai vor dessen Verdampferteil angeschlossen sind und dessen Vorlauf und dessen Rucklauf hinsichtlich des Warmwasser-Kreislaufs unmittelbar vor und hinter dem mit dem Filter-Kreislauf für das Beckenwasser >n Verbindung stehenden Wärmeübertrager an die Nebenbypass-Leitung angeschlossen sind.

Im Sinne der Aufgabenstellung hat dieser Kompensationswasser-Kreislauf zwei Funktionsalternaliven zu erfüllen. Nach dei ersten Alternative kann über ihn aus dem Kaltwasser-Krcislauf eine überschussige Wärmemenge an den Wärmeübertrager und damit an das Schwimmbecken als »Abfallkorb« abgeführt werden. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn an heißen Sommertragen am Luftkuhler mehr Wärme anfallt, als samtliche an den Warmvvasser-Kreislauf angeschlossenen Verbraucher benötigen, was in der

Klimazone Mitteleuropas verständlicherweisc nur an sehr wenigen Tagen innerhalb eines Jahres der Fall ist Nach seiner zweiten Funktionsalternativc kann der Kompensationswasser-Kreislauf über den Wärmeübertrager dem Beckenwasser Warme entnehmen und dem Vorlauf des Kaltvvasser-Kreislaufs zufuhren. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die am Luftkuhlei aufgenommene Warme zuzüglich der am Kompn ssoiteil /upefiihiten W.urne in Foim elektrischer

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Energie nicht ausreicht, um die am Kondensatorteil erzeugte Vorlauftemperatur des Warmwasser-Kreisläufs auf ein Niveau zu heben, welches zumindest ausreicht, um die Luft für die Schwimmhalle und/oder für die Nebenräume auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen.

Zur Vermeidung von nachteiligen Rückwirkungen des Kompensationswasser-Kreislaufs auf den Warmwasser-Kreislauf ist vor der Einmündung des Vorlaufs iäes Kompensationswasser-Kreislaufs in die Nebenbypass-Leitung ein Rückschlagventil vorgesehen, und 'zwischen der Einmündung und dem Wärmeübertrager I fur das Duschwasser ein in Richtung auf diesen ^Wärmeübertrager I schließendes Rückschlagventil in der Nebenbypass-Leitung angebracht.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die drei Wege der Regelventile tür den Erhitzer der Schwimmhallenluft und der Luft tür die Nebenräume in Abhängigkeit vom Sollwert (der Raumlufttemperatur über je einen Thermostaten "geregelt, wobei der Thermostat fur die Hallenluft vorfrangig vor dem Thermostaten für die Luft der Nebenräume geschaltet ist. Hierbei ist stets das Dreiwegeventil fur den Erhitzer der Hallenluft mit einem Endstellungsgeber verbunden, der einerseits dieses Dreiwegc-Ventil in Richtung zu dem Wärmeübertrager fur das Duschwasser schließt sowie zugleich in Richtung auf den Wärmeübertrager fur den Filter-Kreislauf des Beckenwassers öffnet und der andererseits die Pumpe des Kompensationswasser-Kreislaufs in Betneb setzt, wenn die Schwimmhallenluft von dem Erhitzer nur unzureichend zu erhitzen ist.

Aus Gründen der Betriebssicherheit, insbesondere bei öffentlich genutzten Bädern sowie um nicht nur auf der Wasserscite, sondern auch auf der Kälteseite eine größere Rcgclflexibilität, insbesondere zur Konstanthaltung der Oberflächentemperatur des Kühlers am Luftaustritt, zu erzielen, bestehen der Verdampferteil und der Kondensatorteil des Wärmepumpen-Kreislaufs aus mindestens zwei Verdampfern und zwei Kondensatoren, die jeweils wasserseitig hintereinander u id kältemittelseitig in zwei getrennte Kreisläufe geschaltet sind, wobei der Kompressorteil der beiden Wärmepumpen-Kreisläufe über einen im Rucklauf des Kaltwasser-Kreislufs befindlichen Thermostaten ein- und ausschaltbar ist.

Darüber hinaus besitzt eine derartige Anordnung den Vorzug, daß bei Ausfall und oder Reparatur eines Wärmepumpen-Kreislaufs der Betrieb der Klimaanlage aufrechterhalten werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Schaltskizze der erfindungsgemäßen Versorgungsanlage mit einem Warmwasser- und einem Kaltwasscr-Kreislauf. die ubeT einen Wärmepumpen-Kreislauf und einen Kompensationswasser-Krcislauf sowohl auf der Kaltemittelseite als auch auf der Wasserscite voll intcg. icrt sind, und

Fig. 2 die Veranschaulichung der vorteilhaften Wirkungsweise der Klimaanlage von Fig. 1 an Hand der Prozeßlinien der Luft hinsichtlich des Luftkühlers im Kaltwasser-Kreislauf in einem Mollier-Diagramm.

In Fig. 1 sind mit 1 der Kaltwasser-Krcislauf.mit 2 der Warmwasscr-Krcislauf. mit 3 der Wärmepumpen-Kreislauf und mit 4 der Kompcnsationswasser-Kreislauf bezeichnet. Der Kaltwasser-Kreislauf 1 und der Warmwasser-Krcislauf 2 sind zum Wärmepumpen-Kreislauf 3 im Gegcnstromprin/ip geschallet.

wobei die eingezeichneten Pfeile die Strömungsrichtung der Strömungsmedien veranschaulichen.

In dem Kaltwasser-Kreislauf 1 befindet sich ein von der Hallenluft und/oder von der Luft der Nebenräume beaufschlagter Wärmeübertrager 5 als Luftkühler sowie eine Umwälzpumpe 6. Zwischen dem Wassereintritt 5' und dem Wasseraustritt 5" des Luftkühlers 5 ist eine Bypass-Leitung 7 sowie ein Dreiwege-Ventil V_x vorgesehen, von denen letzteres in Abhängigkeil

ίο vom Sollwert der relativen Luftfeuchtigkeit der Schwimmhalle über einen Hygrostaten 8 zu Öffnen bzw. zu schließen ist. Der Sollwert der Hallenluft kann dabei z.B. 55% relative Feuchte und 28° C betragen. In der Bypass-Leitung 7 ist ein Wärmeübertrager 9 zur Aufnahme von Wärme aus dem Abwasser der Duschräume, aus Grundwasser oder einer anderen Wärmequelle angeordnet.

Im vorliegenden Fall besteht der Verdampferteil und der Kondensatorteil des Wärmepumpen-Kreislaufsaus zwei Verdampfern Vd_x, Vd_n und zwei Kondensatoren Kd_x, Kd_1x, die jeweils wasserseitig hinteieinander und kältemittelseitig parallel geschaltet sind. Die beiden Kompressoren ·Κ_Χ und K₁₁ des Wärmepumpen-Kreislaufs 3 sind über einen im Rücklauf des Kaltwasser-Kreislaufs 1 befindlichen Thermostaten 10 ein- und aussehaitbar. Die Druckreduzierventile der beiden Wärmepumpen-Kreisläufe sind mit D₁ und D₁₁ bezeichnet.

In dem Warmwasser-Kreislauf 2 sind ein Luf terhitzer 11 für die Schwimmhallenluft und ein weiterer Lufterhitzer 12 für die Luft der Nebenräume, wie Duschräume, Umkleideräume u.dgl. parallel zueinander angeordnet. Der Wassereintritt der Lufterhitzer 11,12 ist jeweils mit 11' bzw. 12' und der Wasseraustritt mit 11" bzw. 12" bezeichnet. Hinter dem Wasseraustritt 11", 12" eines jeden Lufterhitzers 11. 12 ist je ein Dreiwege-Ventil V₂, V₃ angeordnet. Bei sämtlichen Regelvcntilen F₁ bis V_t weist stets der Eintrittsweg den Buchstaben a, der Austrittsweg den Buchstaben h und der Regelleitungsanschluß den Buchstaben c auf. Die Regelleitungsanschlüsse r der Dreiwege-Ventile V₂ und V_} sind an die Austrittsleitung 13" einer Bypass-Strecke 13 angeschlossen, deren Eintrittsleitung 13' mit der Druckseite der Umwälzpumpe 14 für den Warmwasser-Kreislauf 2 verbu"leu ist. Die B\pass-Streckc 13 besteht aus einer Hauptbypass-Leitung 15 und einer Nebenbypass-1.ellung 16, wobei in der Hauptbypass-Leitung 15 ein Wärmeübertrager I fur die Erwärmung des Duschwassers angeordnet ist. von dessen Wasseraustritt I" die Nebenbypass-Leitung 16 abzweigt und über einen zweiten, mit dem Filter-Kreislauf 17 des Bekkenwassers in Wärmeübertragung stehenden Wärmeübertragers II mit einem Dreiwege-Ventil K₄ verbunden ist. dessen Austrittsvveg b die Austrittsleitung der Bypass-Strecke 13 bildet.

Dei Warmwasser-Krcislauf 2 weist ein geschlossenes Expansionsgefaß 18 sowie ein dahintcrgeschaltetes Überdruck-Sicherheitsventil 18' zum Druckausgleich auf. Zusätzlich ist ir. dem Warmwasser-Kreislauf 2 unmittelbar hinter dem Kondensatorteil A'rf, ηοΰι ein Pressostat 19 vorgesehen, durch den bei Unterschreitung eines voreingestelltcn Druck-Sollwerts das Alarmsignal ausgelost und oder die gesamt«.·

«5 Stromversorgung der Anlage abgeschaltet wird Dies ist 7 B bei Undichtigkeiten des Warmwasser-Krcislaufs 2 der Fall.

l'nmittelbai \ητ «Κτη Komknsalork il Kd, tU s

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Warmwasser-Kreislaufs 2 ist eine Fußbodenheizung 20 zur Erwärmung der Schwimmhalle und der Nebenräume angeschlossen. Dabei erweist sich die vorgesehene Anschlußstelle als besonders vorteilhaft, da hier in jeder Jahreszeit das gewünschte Temperaturniveau für die Fußbodenheizung 20, das im Sommer entsprechend niedrig und im Winter entsprechend hoch sein soll, abgreifbar ist.

Der Kaltwasser-Kreislauf 1 und der Warmwasser-Kreislauf 2 sind über den Kompensationswasser-Kreislauf 4 miteinander verbunden, dessen Vorlaufanschluß 4' und dessen Rucklaiufanschluß 4" bezüglich des Kaltwasser-Kreislaufs 1 unmittelbar vor dessen Verdampferteil Vd₁ und dessen Vorlaufanschluß 4" und Rücklaufanschluß 4^1V hinsichtlich des Warmv.asser-Kreislaufs 2 unmittelbar vor und hinter dem Wärmeübertrager II in die Nebenbypass-Leitung 16 einmünden. Vor der Einmündung des Vorlaufs 4" des Kompensationswasser-Kreislaufs 4 in die Nebenbypass-Leitung 16 ist ein lediglich in Vorlaufrichtung öffnendes Rückschlagventil 21 vorgesehen, während zwischen der Einmündung der Vorlaufleitung 4" in die Nebenbypass-Leitung 16 und den Wärmeübertrager 1 fur das Duschwasser ein in Richtung auf diesen tente und sens.ible Wärme, die am Luftkühler 5 der feuchtwarmen Hallenluft entzogen wurde, wird alsdann von dem Kaltwassersatz des Kaltwasser-Kreislaufs 1 durch das Dreiwege-Venlil F₁ zu den Verdampfern Vd₁ und Fd₁₁ geleitet und dort an den Wärmepumpen-Kreislauf 3 abgegeben.

In der Bypass-Leitung 7 des Kaltwasser-Kreislaufs 1 befindet sich der Wärmeübertrager 9, der mit dem warmen Abwasser der Duschräume oder mit ίο Grundwasser oder einer anderen beliebigen Wärmequelle in Wärmeübertragungs-Verbindung steht. Sobald die vom Luftkühler 5 aufgenommene latente und sensible Warme nicht mehr ausreicht, um den Wärmebedarf der Hallenluft und der Raumluft fur die Nebenräume an den Erhitzern 11 und 12 zu decken, öffnet das Ventil F₁ seinen Weg c, so daß über die Bypass-Leitung 7 dem Wärmeübertrager 9 zusätzliche Wärme entnommen und dem Verdampferteil Fd₁, Fd₁₁ zugeführt werden kann.

Sobald das an den Wärmeübertrager 9 angeschlossene Wärmereservoir erschöpft ist, sei es, daß kein warmes Abwasser von den Duschen zur Verfügung steht oder sei es, daß kein Grundwasser oder keine andere Wärmequelle vorhanden ist, so wird der Kom-

in der Nebenbypass-Leitung 16 angebracht ist.

Die drei Wege a. b und c der Ventile V₂ und F, sind in Abhängigkeit vo.n Sollwert der Raumlufttemperaturen fur die Schwimmhalle und die Nebenräume über je einen Thermostaten 23, 24 regelbar, wobei der Thermostat 23 für die Hallenluft vorrangig vor dem Thermostaten 24 füt die Luft der Nebenräume geschaltet ist. Das Dreiwege-Ventil F₂ für den Erhitzer 11 der Hallenluft steht mit einem Endstellungsgeber 25 in Verbindung, der einerseits den Weg a des Dreiwege-Ventils F₄ in Richtung zu dem Wärmeübertrager I schließt und zugleich den Weg c des Ventils F₄ in Richtung auf den Wärmeübertrager II öffnet und der andererseits die Pumpe 4^V des Kompensationswasser-Kreislaufs 4 in Betrieb setzt, wenn die Schwimmhallenluft vor dem Erhitzer 11 nur unzureichend zu erhitzen ist.

Die vorbeschriebene Versorgungsanlage arbeitet folgendermaßen: Von den Verdampfern Vd₁ und Vd_n des Wärmepumpen-Kreislaufs 3 wird der Waiseibatz des Kaltwasser-Kreislaufs 1 auf eine Temperatur von z.B. 5° C heruntergekühlt und von der Umwälzpumpe 6 in den Luftkuhler 5 gedruckt. Bei dieser Kaltwassertemperatur stellt sich eine mittlere Oberflächentemperatur am Austritt des Luftkuhlers 5 vrm z.B. 9° C ein, wie sie im Mollicr-Diagramm im Punkt C angenommen wurde. Der mit einer großen äußeren Wärmeaustauschfläche versehene Luftkühler 5 wird von der feuchten, warmen Hallenluft und oder der Luft der Nebenräumc mit einem Zustand von z.B. 55% relativer Feuchte von 28° C angeströmt. Die Temperatur der Luft in dem Luftkühler wird am Eintritt mit t_tl und am Austritt mit /,. bezeichnet. Die mittlere Oberflächentemperatur des Luftkühlers 5 am Luftaustritt sei i_{K 2} = 9° C. Da diese Kühltemperatur von 9° C des Luftkühlers 5 erheblich unter der Taupunkttemperatur der Hallenluft vom Zustand 55% relativer Feuchte und 28' C liegt, wird diese Hallenluft wirksam heruntergekühlt und entfeuchtet. Diese am Luftkühler 5 heruntergekühlte und entfeuchtete Luft wird anschließend durch die Erhitzer 11 und 12 des Warmwasser-Kreislaufs 2 auf das erforderliche Temperaturniveau erhitzt. Die la beschriebenen Weise eingeschaltet.

Die an den Verdampferteil abgegebene Wärmemenge von niedrigem Temperaturniveau wird durch den Kompressorteil K₁, K_n durch Zuführung einer relativ kleinen Menge elektrischer Energie auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und über den Kondensatorteil Kd₁. Kd_n an den Warmwasser-Kreislauf 2 abgegeben. Das Wasser im Warmwasser-Kreislauf 2 verläßt den Kondensatorteil Kd₁, Kd_n mit einer Temperatur von beispielsweise 48° C und wird von der Umwälzpumpe 14 in die Erhitzer 11 und I^ gedruckt. Dort wird die Luft fur die Schwimmhalle und die Luft für die Nebenräume auf eine Temperatur von z.B. 42° C erhitzt, wahrend das warme Wasser die Lufterhitzer 11 und 12 mit einer Temperatur von etwa 40° C verläßt. Hiernach strömt das heruntergekühlte Wasser des Warmwasser-Kreislaufs 2 durch die Regelventile F, und F, in den Rücklauf, ein Teil durchströmt die Fußbodenheizung 20 und gelangt als-45 dann zur Wiedererwärmung mit einer Temperatur von etwa 38° C /u dem Kondensatorteil Kd₁ und Kd_n-Fur den Fall, daß die Thermostate 23 und 24 ein Ansteigen der Lufttemperaluren über den eingestellten Sollwert anzeigen, offnen die Regelventil F- und 50 ihren Weg r.so daß ein Teil des warmen zu den Erhitzern 11 und 12 stromenden Vorlaufwassers zur By pass-Strecke 13 abgezweigt wird. In diesem Fall ist der Weg c des Regelventils F₄ geschlossen, wahrend die Wege α und b geöffnet sind. Dadurch strömt ein 55 Teil des waimcn Vorlaufwassers des Warmwasser-Kreislaufs 2 über den Wärmeübertrager I durch die Hauptbvpass-Leitung 15 durch das Regelventil W und wird an der Austnttsleitung 13 der Bypass-Strecke zum Zufluß auf die Ventile F, und F₁ aufge-60 teilt Die am Wärmeübertrager I aufgenommene Wärmemenge dient zur Erwärmung des Duschwassers. Sobald der Wärmebedarf fur das Duschwasser über den Wärmeübertrager I gedeckt ist. wird von dem Thermostaten 26, der die Vorlauftemperatur des 65 Duschwassers abfuhlt, das Dreiwege-Ventil F₄ an seinem Eintrittsweg α gedrosselt und sein Weg c ein wenig geöffnet, so daß ein Teil der Wärmemenge nach Verlassen des Wärmeübertragers I in den Warme-

übertrager II und von dort ins Schwimmbeckenwasser als Abfallkorb gelangt, wodurch die Rücklauftemperatur des Warmwasser-Kreislaufs 2 gesenkt wird.

Wenn umgekehrt die vom Kaltwasser-Kreislauf 1 über den Wärmepumpen-Kreislauf 3 an den Warmwasser-Kreislauf 2 übertragene Wärmemenge nicht ausreicht, um die Luft für die Schwimmhalle und/oder die Luft für die Nebenräume hinreichend zu erhitzen, so schaltet der Endstellungsgeber 25 des Dreiwege-Ventils V₂ die Pumpe 4^V für den Kompensationswasser-Kreislauf 4 ein und schließt zugleich die Wege a und c des Dreiwege-Ventils K₄. Da der Wärmeübertrager II in den Filter-Kreislauf des Schwimmbeckenwassers geschaltet ist und standig von diesem warmen Schwimmbeckenwasser überflute' wird, gibt er sodann über die Nebenbypass-Leilung 16 an den Kompensationswasser-Kreislauf 4 Wärme ab. Dabei drückt der Kompensationswasser-Kreislauf mit seinem Vorlauf 4'" über das Rückschlagventil 21 in den Wärmeübertrager II und verläßt diesen mit seinem Rücklauf 4^IV zum Vorlauf 4' des Kaltwasser-Kreislaufs 1. Dadurch wird die Rücklauf temperatur des Kaltwasser-Kreislaufs 1 in Richtung auf den Verdampferteil Vd₁, Vd_n erhöht, so daß über den Wärmepumpen-Kreislauf 3 dem Kondensatorteil Kd_x, Kd_n im Warmwasser-Kreislauf 2 eine größere Wärmemenge zugeführt werden kann. Dabei ist wesentlich, daß mit dieser Versorgungsanlage sowohl der Eintrittszustand der Luft in den Luftkühler 5 als auch die Oberflächentemperatur t_Kl des Luftkühlers 5 an seinem Austritt konstant gehalten werden können, wodurch neben einer äußerst raschen und flexiblen Regelung der gesamten Anlage in Abhängigkeit jahreszeitlicher und nutzungsmäßiger Bedarfsschwankungen eine optimale Leistungsziffer des Wärmepumpen-Kreislaufs 3 erzielt werden kann.

Dies soll an Hand des Mollier-Diagramms der Fig. 2 aufgezeigt werden:

Im Mollier-Diagramm ist mit dem Zustandspunkt A die Luft am Kuhlereintritt bezeichnet, die im vorliegenden Fall eine relative Luftfeuchte von 55"% und eine Temperatur t_L , von 28° C aufweisen soll. Der Punkt C veranschaulicht die Temperatur t_{k 2} der Kuhleroberfläche am Luftaustritt bei Sättigung der Luft. Dieser Punkt C stellt sich im stationären Zustand auf der Sättigungslinie auf eine Temperatur ein, die zwar oberhalb der Temperatur des Kaltwasser-Kreislaufs 1 von z.B. 5° C (siehe Punkt E), aber unterhalb der Taupunkttemperatur des Zustandspunktes ß, bei z.B. F liegt und im vorliegenden Fall zwischen den Punkten E und F bei C" mit 9° C angenommen wurde. Der Punkt B_x stellt den Luftzustand am Kühleraustritt bei Vollast des Wärmepumpen-Kreislaufs dar und soll im vorliegenden Fall durch eine relative Feuchte von etwa 85% und eine Temperatur von 15° C gekennzeichnet sein. Die zwischen den Punkten A und B₁ liegenden Punkte B₁ und B₁ kennzeichnen die Luftzustände am Luftkühleraustritt bei Halblast bzw. Drittellast des Wärmepumpen-Kreislaufs. Wie aus der F ig. 2 hervorgeht, bleibt bei Vollast und bei Teillast stets der Tangens des Winkels α im Mollier-Diagramm konstant, der durch den Quotienten der Strecke A-D und D-B_x gebildet wird. Dabei bedeutet die Strecke A-D die Menge des am Luftkühler ausgeschiedenen absoluten Feuchtigkeitsgehalts, während die Strecke D-D_x die Temperaturdifferenz der Luft am Kuhlereintritt und der Luft am Kühleraustritt darstellt.

Bei den bisher bekannten Klimaanlagen der eingangs genannten Art verlaufen die Kihlerlinien derartig, daß mit abnehmender Kühllast der Tangens der Winkel α stetig abnimmt. Das führt dazu, daß die Kühlerlinien der vorbekannten Anlagen um den Punkt A im Gegenuhrzeigersinn auf die Taupunktlinie zuschwenken. Dies rührt daher, daß die mittlere Oberflächentemperatur des Luftkühlers am Luftaustritt (siehe Zustandspunkt C) nicht konstant gehalten werden kann, sondern auf der Sättigungslinie stetig nach oben wandert. Dadurch wird in gleichem Maße die vom Luftkühler aufgenommene latente Wärme der feuchten, warmen Hallenluft erheblich vermindert, wodurch wiederum der Prozeßwirkungsgrad des vorbekannten Systems gegen Null strebt.

Im Gegensatz dazu wird bei der erfindungsgemäßen Versorgungsanlage der Zustandspunkt A der Luft am Luftkühlereintritt und die Oberflächentemperatur r_KJ des Luftkühlers am Luftaustritt (siehe Punkt C) konslant gehalten. Dadurch liegen die Zustandspunkte A und C fest. Das bedeutet wiederum, daß mit abnehmender Teillast der Zustandspunkt B der Luft am Luftkühlcraustritt auf der Kühlerlinie C-A nach oben wandert, wobei der Tangens des Winkels η konstant

no bleibt. Das aber wiederum hat zur Folge, daß nicht nur bei Vollast, sondern auch bei jeder Teillast zwischen den Punkten B_} und A die gesamte Versorgungsanlage bei optimalem Wirkungsgrad arbeitet, was mit den vorbekannten Klimaanlagen der eingangs genannten Art gar nicht möglich ist. Es versteht sich, daß der Vorlauf 4 und der Rücklauf 4" des Kompensationswasser-Kreislaufs 4 nicht nur wie dargestellt, sondern auch zwischen dem Wärmeübertrager 9 und dem Ventil K₁ an die Bypass-Leitung 7 des Kaltwasser-Kreislaufs 1 angeschlossen werden kann. Ein solcher Anschluß hätte den Vorzug, daß dann der Vorlauf 4' und der Rücklauf 4" ohne zusätzlichen Regelaufwand vom Ventil V₁ geregelt werden könnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Klimaanlage zur Entfeuchtung und Beheizung von Hallenbädern mit Duschräumen, Umkleideräumen u.dgl. mittels eines Wärmepumpen-Kreislaufs, dessen Verdampferteil mit der zu kühlenden und zu entfeuchtenden Luft, insbesondere der Hallenluft, über einen Kaltwasser-Kreislauf mit einem darin geschalteten Luftkühler und dessen Kondensatorteil mit der anschließend wieder zu erwärmenden Luft, insbesondere der Luft für die Schwimmhalle, über einen Warmwasser-Kreislauf mit mindestens einem darin geschalteten Lufterhitzer in Wärmeübertragung stehen, wobei in den Warmwasser-Kreislauf neben dem Lufterhitzer für die Schwimmhallenluft ein weiterer Lufterhitzer für die Luft der Nebenräume parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Wasseraustritt (H", 12") eines jeden Lufterhitzers (11,12) je ein Dreiwege-Ventil ( V-,, K₃) angeordnet ist, deren Regelleitungsanschlüsse (c) an die Austrittsleitung (13") einer Bypass-Strecke (13) angeschlossen sind, deren Eintrittsleitung (13') mit der Druckseite der Umwälzpumpe (14) für den Warmwasser-Kreislauf (2) verbunden ist, wobei die Bypass-Strecke (13) aus einer Hauptbypass-Leitung (15) und einer Nebenbypass-Leitung (16) besteht, und in der Hauptbypass-Leitung (15) em Wärmeübertrager (I) für die Erwärmung des Duschwassers angeordnet ist, und dessen Wasseraustritt (I") die Nebenbypass-Leitung (16) abzweigt und über einen zweiten, mit dem Filter-Krtiislauf (17) des Bekkenwassers in Wärmeübertragung stehenden Wärmeübertrager (II) mit einem Dreiwege-Ventil (K₄) verbunden ist, dessen Austrittsweg (£>) die Austrittsleitung (13") der Bypass-Strecke (13) bildet, wobei die Lufterhitzer (11, 12) vorrangig vor dem Wärmeübertrager (I) fur dar. Duschwasser und dieser wiederum vorrangig vor dem Wärmeübertrager (II) für das Beckenwasser von dem Warmwasser zu beaufschlagen sind.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kaltwasser-Kreislauf (1) zwischen dem Wassereintritt (S') und dem Wasseraustritt (5") des Luftkühlers (5) eine Bypass-Leitung (7) und ein Dreiwege-Ventil (K₁) vorgesehen sind, von denen letzteres ( K₁) in Abhängigkeit vom Sollwert der relativen Luftfeuchtigkeit der Schwimmhalle über einen Hygrostatcn (8) zu öffnen bzw. zu schließen ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypass-Leitung (7) ein Wärmeübertrager (9) zur Aufnahme von Wärme aus dem Abwasser der Duschräume, aus Grundwasser oder einer anderen Wärmequelle angeordnet ist.

4. Klimaanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwasser-Kreislauf (1) und der Warmwasser-Kreislauf (2) über einen Kompensationswasser-Kreislauf (4) miteinander verbunden sind, dessen Vorlauf (4') und Rücklauf (4") bezüglich des Kaltwasser-Kreislaufs (1) unmittelbar vor dessen Verdampferteil ( Vd₁) angeschlossen sind und dessen Vorlauf (4'") und Rücklauf (4^IV) hinsichtlich des Warmwasser-Kreislaufs (2) linimittelbar vor und

hinter dem mit dem Filter-Kririslauf fur das Bekkenwasser in Verbindung stehenden Wärmeübertrager an die Nebenbypass-Leitung (16) angeschlossen sind.

5. Klimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einmunaung des Vorlaufs (4") des Kompensationswasser-Kreislaufs (4) in die Nebenbypass-Leitung (16) ein Ruckschlagventil (21) vorgesehen ist und daß zwischen der Einmündung und dem Wärmeübertrager (I) für das Duschwasser ein in Richtung auf diesen Wärmeübertrager (I) schließendes Rückschlagventil (22) in der Nebenbypass-Leitung (16) angebracht ist.

6. Klimaanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Wege (α, b, c) der Dreiwege-Ventile ( K₂ und K₃) in Abhängigkeit vom Sollwert der Raumlufttemperaturen für die Schwimmhalle und die Nebenräume über je einen rhermostaten(23,24) regelbar sind, wobei der Thermostat (23) für die Hallenluft vorrangig vor dem Thermostaten (24) fur die Luft der Nebenräume geschaltet ist.

7. Klimaanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dreiwege-Ventil ( K₂) fur den Erhitzer (11) der Hallenluft mit einem Endstellungsgeber (25) in Verbindung steht, der einerseits den Zufluß zum Dreiwegeventil ( K₄) aus Richtung (a) von dem Wärmeübertrager (I) schließt sowie zugleich den Zufluß aus Richtung (c) vom Wärmeübertrager (II) öffnet und der andererseits die Pumpe (4^V) des Kompensationswasser-Kreislaufs (4) in Betrieb setzt, wenn die ausreichende Wärmezufuhr zum Erhitzer (11) für die Schwimmhallenluft gefährdet ist.

8. Klimaanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferteil und der Kondensatorteil des Wärmepumpen-Kreislaufs (3) aus mindestens zwei Verdampfern ( Vd₁, Vd_n) und zwei Kondensatoren (Kd₁, Kd_n) bestehen, die jeweils wasserseitig hintereinander und kältemittelseitig in zwei getrennten Kreisläufen geschaltet sind.