DE2543200A1

DE2543200A1 - Luftverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE2543200A1
Application number: DE19752543200
Authority: DE
Inventors: Theodore Carl Gilles
Original assignee: Lennox Industries Inc
Current assignee: Lennox Industries Inc
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-09-27
Publication date: 1976-04-08
Also published as: SE7511117L; FR2287018A1; US3927713A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verarbeitung einer Innenluftmenge in einer Umhüllung oder Anlage, die wenigstens eine erste und zweite thermische Zone aufweist, wobei die Innenluft in der ersten und zweiten thermischen Zone eine erste und zweite Temperatur hat und die !Temperatur der ersten Zone höher ist als die Temperatur der zweiten Zone.

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Luftverarbeitungseinrichtung und insbesondere eine solohe Luftverarbeitungseinriohtung, die eine Vielzonen-Erwärmungs-, -Ventilations- und -Kliraatisierungseinheit verwendet, bei der die Betriebsweise der Vielzoneneinheit von Temperatur- und Energie-Überlegungen abhängt.

Die Temperaturen und thermischen Belastungen innerhalb einer

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Dr.E./B.

Vielzonen-Anlage oder -Einrichtung ändern sich kontinuierlich. Die Paktoren, die die Versorgungsluft-Temperaturerfordernisse der verschiedenen Temperaturzonen innerhalb der Anlage bestimmen, umfassen Solareffekt-, Raum- und lichtVeränderungen und Umgebungsbedingungen wie Wind, usw.

Zwei Grundsysteme sind verwendet worden, um diese diversen Wärme- und Kühlungserfordernisse einer Vielzonenanlage zu erfüllen« Das eine Grundsystem verwendet eine Vielzahl von einzelnen Zonenerwärmungs- und Kühlungseinheiten. Jede getrennte Zone wird durch eine Erwärmungs- und Kühleinheit bedient.

Das andere Grundsystem verwendet eine Vielzonen-Erwämungs-Ventilationsund-Klimatisierungseinheit, allgemein als HVAC-Einheit bezeichnet«, Die HVAC-Einheit hat eine Kapazität und Leistungsfähigkeit, verschiedene Zonenbereiche innerhalb der Anlage gleichzeitig zu erwärmen und zu kühlen.

Obgleich funktionsfähig, haben die gegenwärtig bekannten Einrichtungen, sowohl die Einzonen-als auch die Vielzonen-Einrichtung unwirksame, unwirtschaftliche Energienutzungscbarakteristiken bzw. Energienutzungseigenschaften. D.h., beim Betrieb der so entworfenen Anlage wirken ungünstige Einflüsse auf die Energienutzung.

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Die Aufgabe der νorlegenden Erfindung beatent nun darin, die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durcb die im Anspruch 1 gekennzeichnete technische Lehre.

Unter einem Hauptgesichtspunkt ist die vorliegende Erfindung eine Luftverarbeitungseinricbtung für eine mit wenigstens zwei Temperaturzonenbereichen versehene Anlage. Die Einrichtung weist eine Vielzonenerwärmungs-, -Ventilations- und Klimatisierungseinheit mit einer Grundenergie-Wärmequelle, einem Luftkühler und einem geeigneten Kanalwerk auf. Der Luftkühler weist einen Verdampfer und einen Wärmerückgewinnungskondensor auf. Grundenergie-Wärmequelle und -flückgewinnungskondensor sind innerhalb der heißen Oberseite der Vielzoneneinheit angeordnet.

Die Vielzonenerwärmungs-, -Ventilations- und -Klimatisierungseinheit weist außerdem die Eigenschaft oder Leistungsfähigkeit eines Economiser-Kreises auf. Die hier verwendeten Ausdrücke "Economiser", "Economiser-Kreis" und einleuchtende Modifikationen davon sind definiert als Klimatisierung oder Kühlung, wobei Außenluft im maximal möglichen Ausmaß verwendet wird mit oder ohne mechanischer Abkühlung (Kälteerzeugung).

Die Einrichtung weist außerdem eine Steuervorrichtung auf,

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die kontinuierlich die Temperaturen der Zonen innerhalb der Anlage, die der Grund-Energiewärmequelle zugeführte leistung (Eingangsleistung) und die Enthalpie der in die Anlage eingesaugten luft überwacht. Wenn die Eingangsieistung und die Enthalpie der Außenluft geringer sind als ein vorbestimmter Leistungsschwellwert (-Ansprechwert) und ein Enthalpieschwellwert tritt die Vielzonenerwärmungs-, Ventilations- und -Klimatisierungseinrichtung als Reaktion auf die Steuereinrichtung in der Economiser- oder Sparbetriebeart in Funktion. Wenn ein Zustand, d.h. Leistung und Enthalpie nicht erreicht wird, aktiviert die Steuervorrichtung den Luftkühler, wodurch eine mechanische Kühlung und Rückgewinn-Erwärmung in der kalten bzw. der heißen Oberseite der Vielzoneneinheit auftritt. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, daß eine wirksame und leistungsfähige Luftverarbeitungseinrichtung für eine VieIzoneη-AnIage geschaffen ist.

Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Luftverarbeitungseinrichtung angegeben, die eine Vielzonenerwärmungs-, -Ventilations- und -Klimatisierungseinheit vorgeschlagen, in der der Betrieb der Vielzoneneinheit und die Betriebszustände innerhalb der Anlage kontinuierlich durch eine Steuervorrichtung überwacht werden, um den wirksamsten und leistungsfähigsten Betriebszustand der Vielzoneneinheit zu bestimmen und zustande zu bringen.

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Weitere Torteile und Merkmale sind den ünteransprücben zu entnehmen.

Die Erfindungs soll nun anhand der beigefügten Zeichnung, in der Ausführungsbeispfele gezeigt sind, näher erläutert werden*

Es zeigen

Figo 1 eine vereinfachte scheraatische Zeichnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,

Pig. 2 eine detallierte schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform gem. fig. 1, die die strukturellen Merkmale mit Bezug auf eine einzige Zone darstellt,

fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Klimagerätes oder einer luftkühleinrichtung zur Verwendung in der bevorzugten, in der Pig. 1 gezeigten Ausführungsform,

Pig. 4 eine graphische Darstellung, die den temperaturabhängigen Enthalpieschwellwert einer Enthalpiesteuereinrichtung darstellt, die in der Pig. 1 gezeigten bevorzugten Ausfübaungsform verwendet wird,

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Pig. 5 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung zur Vervendung in der in der Pig. 1 gezeigten bevorzugten Ausfühnungsform.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vereinfacht und schematisch in der Pig· 1 als eine Luftverarbeitungseinrichtung 10 dargestellt. Die Einrichtung verarbeitet und konditioniert die luft in einer Anlage 12 mit einer Reihe thermischer Zonen oder OJemperaturzonen 14» 16, 18. Obgleich drei Zonen 14» 16, 18 in der Pig. 1 dargestellt sind, versteht es sich, daß das System 10 in der Lage ist, eine Anlage 12 mit zwei oder mehr thermischen Zonen zu bedienen.

Wie gezeigt, ist die Einrichtung 10 eine dachförmige Einrichtung, die in einem allgemein mit 20 bezeichneten Plenum arbeitet. Dies ist wiederum einfach erläutert an einer einzelnen Anwendung der vorliegenden Erfindung.

Unter Bezug auf die Pig. 1 und 2 weist die Einrichtung 10 eine Erwärmungs-Ventilations- und -Klimatisierungseinrichtung 22 (nachfolgend als BYAC 22 bezeichnet), eine Außenluftleitung 24, eine Rückflußluftleitung 26, eine Versorgungsluftleitung 28, einen Thermostaten 30 und eine Steuereinrichtung 32 auf. Wie gezeigt, liefern die Außenluftleitung und die Riickflußluftleitung 26 Außen- und Innenluftmengen

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zum Plenum 20 und HVAC 22. Die Außenluft strömt durch einen Iiufteinlaß 34 und wird reguliert durch eine Außenluftdrössel 36, die innerhalb der Außenluftleitung 24 angeordnet ist. Auf ähnliche Art und Weise strömt die Innenluft durch luftdurchlassende leichte Haltevorrichtungen 38 oder andere Vorrichtungen beispielsweise Gitter, in die Zonen 14, 16, 18 und wird reguliert durch eine Innenluftdrossel 40. Die Außenluft und Innenluft wird in einem Ansaugbereich gemischt, der allgemein mit 42 bezeichnet ist, um einen Ansaugluftstrom für HVAG 22 zu erzeugen. Die Dämpfer oder Drosseln 36, 40 werden betätigt und eingestellt durch die Steuereinrichtung 32 über einen Motor

Die Außenluftdrossel 36 ist normalerweise betätigbar in einer Schließstellung oder einem Schließzustand. In dieser Anmeldung difinieren die Ausdrücke "geschlossen", "geschlossene Stellung bzw. Schließstellung" und "geschlossener Zustand" mit Bezug auf die Außenluftdrossel 36 einen minimalen Sollwert (oder Ansprechpunkt) im Gegensatz zu bzw. gegenüber einer wahren geschlossenen Stellung. D.h., daß die Außenluftdrossel 36 beim minimalen Sollwert eine vorbestimmte Menge an Außenluft, z.B. 10 56, in das Plenum 20 zu Ventilationszwecken läßt.

HVAC 22 weist von oben nach unten einen (von stromaufwärts nach stromabwärts) einen Luftfilter 46, eine Luftbehandlungseinrichtung oder ein Gebläse 48 auf, das durch einen Motor 50 angetrieben wird, ferner einen Lufterhitzer 52 und einen

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luftkühler oder eine Luftkonditioniereinrichtung, die allgemein mit 54 bezeichnet ist. HVAC 22 »eist ferner eine innere Trennwand 56 auf, -4-i«-, die den HVAG 22 physikalisch sozusagen in ein kaltes Oberdeck 58 und ein heißes Unterdeck 60 trennt. Wie gezeigt, arbeitet das Luftgebläse 48 sobald Ansaugluft durch den Luftfilter 46 angesaugt "wird, um zwei Luftströme zu erzeugen, die mit den Pfeilen 62, 64 bezeichnet sind. Die Luftströme 62, 64 fließen auf die kalte Oberseite 58 bzw. heiße Oberseite 60.

Der Lufterhitzer 52 ist eine Basis-Wärmequelle, beispielsweise als Naturgas, direkte elektrische Elementenhitze oder heiße Wasserschlange . Bei dieser bevorzugten Ausführungsform und zu Zwecken der Illustration wird ein zweistufiger direkter elektrischer Elementenerhitzer 52 verwendet. Der Lufterhitzer ist innerhalb der heißen Oberseite 60 angeordnet und steht in direkter Verbindung mit dem Luftstrom 64.

Der Luftkühler 54 weist einen Verdampfer 66, einen Kompressor 68, einen ersten oder Wärme-Rückgewinnungskondensor 70 und einen zweiten Kondensor 72 auf. Wie gezeigt, ist der Verdampfer 66 vorzugsweise im oberen kalten Deck 58 angeordnet, während die erste oder Wärmerückgewinnungsspule bzw. Schlage 70 innerhalb des unteren heißen Decks 60 des HVAC 22 angeordnet ist. Der Verdampfer kann jedoch zwischen dem Luftfilter 46 und dem

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Gebläse 48 liegen. Der Kondensor 72 steht direkt mit der Außenluft in Verbindung zwecks maximaler Hitzeabweisung bei Außenkons truktions bedingungen.

Der luftkühler 54 ist in größeren Einzelheiten in der Fig. 3 gezeigt. Wie gezeigt, weist der Luftkühler 54 den Verdampfer 66, eine Reihe von Kompressoren 68a, 68b, 68c, (schematisch bei in der Pig_e 2 gezeigt), den ersten oder Wärmerückgewinnungskondensor 70, eine Reihe von zweiten Kondensoren 72a, 72b, 72c (schematisch bei 72 in der Pig« 2 gezeigt), einen Akkumulator 74 und ein Expansionsventilnetzwerk 76 auf, die miteinander, wie dargestellt, durch eine Reihe von Kühleittelleitungskreisen miteinander verbunden sind, die allgemein mit 78 bezeichnet sind (in der Pig. 2 aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt).

Der Kompressor 68a oder Mhrungskompressor, ist ein Zweigeschwind igkeits-Mengenregler, während die verbleibenden Kompressoren 68b, 68c Kompressoren fester Fördermenge bzw. fester Leistungsfähigkeit sind. Im Betrieb werden die Kompressoren 68a, 68b, 68c "ein-" und "ausgeschaltet", "hoch-" und "heruntergeschaltet" durch die Steuereinrichtung 32, um die notwendige Kühlung zu erzeugen.

Wie gezeigt, liegt des Expansionsventilnetzwerk 76 zwischen

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der ersten oder Wärmerückgewinnungsspule 70 und dem Verdampfer 66, Die Regelung des Expansionsventilnetzwerkes 76 steuert wirksam die Betriebsweise der ersten oder Wärmerückgewinnungsspule 70 bzw. der Schlange 70. Das bedeutet, daß die wirksame Menge an Kühlmittel in dem System derart beschaffen ist, daß lediglich flüssiges Kühlmittel den zweiten Kondensor 72 verläßt, wenn der zweite Kondensor 72 und das Expansionsventilnetzwerk 76 normal arbeiten» Daher tritt jeglicher Wärmeübergang in dem ersten oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 in einer minimalen Menge auf, die der Unterkühlung des flüssigen Kühlmittels gleich ist.

Um maximale Wärme in dem ersten oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 zu erzeugen, wird der zweite Kondensor 72 im Gegensatz dazu entaktiviert, indem z.B. der Kondensorfächer oder Lüfter, der allgemein mit 79 in der Pig. 3 bezeichnet ist, außer Betrieb gesetzt wird. Zusätzlich bewirkt das Expansionsventilnetzwerk 76 eine Ansammlung bzw. Speicherung von Kühlmittel im Akkumulator 74-. Der kombinierte Effekt aus der Endaktivierung des zweiten Kondensors 72 und der Reduzierung der wirksamen Menge des Kühlmittels in dem System bewirkt, daß die Hauptkondensierung und der resultierende Wärmeübergang im ersten oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 auftritt.

Unter Bezug auf Eig. 2 erstrecken sich das kalte und heiße

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Deck 58, 60 des HFAG 22 in die Versorgungsluftleitung bzw. in den Versorgungsluftkanal 28. Die IJeitung 28 führt verarbeitete Versorgungsluft in die Zone 14 der Anlage 12, wie durch den Pfeil 80 gezeigt ist. Aus Gründen der Klarheit ist das Versorgungsleitungswerk: 28 nur für die Zone 14 gezeigt. Es versteht sich jedoch, daß ähnliche Konstruktionen für jede weitere Zone 16, 18 exixtieren.

Wir gezeigt, weist die Versorgungsluftleitung 28 zwei Yersorgungsluf tdätspf er bzw. Drosseln 81, 82 auf. Die Drosseln 81, 82, die koordiniert durch einen Motor 84 in Abhängigkeit von der Steuereinrichtung 32 angetrieben werden, regulieren und steuern den Inhalt und die Temperatur des Versorgungsluftstromes 80. D.h., daß die Versorgungsluftdrosseln 81, 82 in Abhängigkeit von den Temperatürbedingungen der Zone 14 so eingestellt werden, daß lediglich erwärmte luft vom heißen Deck 60, lediglich gekühlte luft vom kalten Deck 58 oder eine Mischung dieser zugeführt wird.

Die Einrichtung 10 weist ferner eine leistungsanzeigeeinrichtung oder Meßvorrichtung 86 auf, beispielsweise einen Wattmesser oder ein stromempfindliches Relais (nachfolgend als leistungsmesser 86 bezeichnet) mit zugeordneten Schaltkontakten 87 und einer Enthalpie-Überwachungseinrichtung oder Steuereinrichtung 88 mit Sohaltkontakten 89. Die Schaltkontakte 87, 89 sind in der Pig. 5 gezeigt. Der leistungsmesser

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überwacht kontinuierlich die Eingangsleistung zuta Lufterwärmer 52, um festzustellen, ob die Eingangsleistung einen vorbestimmten Leistungsschwellwert übersteigt. Die Schaltkontakte 87 sind normalerweise offen und schließen immer dann, wenn die Eingangsleistung die Leistungsschwelle übersteigt. Die Leistungsschwelle des Leistungsmessers 86 ist, wie in Einzelheiten weiter unten diskutiert, im wesentlichen gleich der EingangsIeistung, die notwendig ist, um die Luftkühleinrichtung 54 zu betätigen. Wenn eine andere Wärmequelle 52 verwendet wird, wie oben diskutiert, muß ebenfalls eine andere Leistungsüberwachungseinrichtung 86 verwendet werden.

Auf ähnliche Art und Weise überwacht die Enthalpie-Steuereinrichtung 88 stetig die Enthalpie der durch den Lufteinlaß angesaugten Außenluft, um festzustellen, ob ein vorbestimmter temperaturabhängiger Enthaitpfescbwellwert überschritten wird. Die normalerweise geschlossenen Schaltkontakte 89 öffnen immer dann, wenn der Enthalpieschwllwert überschritten wird.

Die Fig. 4 stellt graphisch den zulässigen Bereich der Außenluft-Zustände bzw. Bedingungen dar, wie sie durch die Enthalpiesteuereinrichtung 88 festgestellt werden. D.h., daß Außenluft mit einer Temperatur und Feuchtigkeit innerhalb des schraffieten Bereiches der Fig. 4 eine Enthalpie aufweist, die geringer ist, als der temperaturabhängige Schwellwert der Enthalpiesteuereinrichtung 88.

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Unter Bezug auf Pig. 5 weist die Steuereinrichtung 32 einen logischen Schaltkreis auf, der schematisch bei 90 gezeigt ist, ferner einen Transformator 92, erste, zweite und dritte Wärmeschalter 94, 96, 98, einen Kälteschalter 100, ein Relais 102 mit normalerweise geschlossenen Kontakten 104, ein Relais 106 mit normalerweise offenen Kontakten 108, ein Relais 110 mit normalerweise offenen Kontakten 112, ein Relais 116 mit normalerweise offenen Kontakten 118, ein Relais 120 mit normalerweise offenen Kontakten 122 und normalerweise geschlossenen Kontakten 123, ein Relais 124 mit normalerweise offenen Kontakten 126 und eine allgemein mit 128 bezeichnete Energieversorgungseinrichtung, die, wie gezeigt, geschaltet sind. Die Energieversorgungsquelle 128 ist eine herkömmliche 120 V Spannungsquelle mit einer Frequenz von 60 Hz. Der Transformator 92 reduziert die Versorgungsspannung auf 24 V Wechselspannung.

Der logische Schaltkreis 90 empfängt Wärme- und KäUtebedarfssignale vom Thermostaten 30 in den Zonen 14, 16, 18. Als Reaktion darauf paßt der logische Schaltkreis stetig die Temperatur des kalten Becks 58 und des heißen Decks 60 des HVAC den heißesten und kältesten Zonentemperaturen an. Der logische Schaltkreis 90 ist erhältlich bei Ranco Controls Devision of Columbus, Ohio, unter dem Handelsnamen EA3 "Load Analyzer Control Module". Die Ranco-Steuereinheit ist außerdem ausführlich in den US-Patentschriften 3788386 und 3820713 beschrieben. Der Ranco-Iiogikschaltkreis 90 arbeitet bei 24 Volt Wecbsel-

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spannung, die durch die Sekundärwicklung des Transformators 92 geliefert wird.

Der Thermostat 30 insbesondere, der den größten Wärmebedarf hat, bewirkt, daß die Wärmeschlater 94, 96, 93 entsprechend dem Bedarf zunehmend schließen. Das Schließen des Wärmeschalters 94, das den niedrigsten Wärmebedarf anzeigt, speist die Relais 102, 106, die die Kontakte 104 öffnen und die Kontakte 108 schließen. Als Resultat beendet der zweite Kondensorlüfter 79 den Betrieb und der erste oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 wird aktiviert, um den Luftstrom 64 zu verarbeiten, vorausgesetzt, daß der Lüftkühler 54 arbeitet. Wenn der Luftkühler 54 nicht arbeitet oder wenn zusätzliche Wärme erforderlich ist, schließen die Wärmeschlater 96, 98 zunehmend, wodurch die Relais 110, 116 entsprechend erregt oder gespeist werden und dadurch die ersten und zweiten Stufen des Lufterwärmers 52 aktivieren.

In Abhängigkeit vom bzw· als Reaktion auf den Thermostaten 30, der die größte Kühlung fordert, öffnet die Steuereinrichtung 32 über den Motor 44 in. veränderlicher Art und Weise die Außenluftdrossel 36, vorausgesetzt, die Schaltkontakte 87, 89 sind offen bzw. geschlossen. Dies wird bewerkstelligt durch Anordnung eines Btentials über den Befehlsanschlüssen 130 des logischen Schaltkreises 90. Zusätzliche Kühlbedarfsanforderungen

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bewirken, daß sich der Kühlscblater 100 schließt, wodurch der Luftkühler 54 erregt bzw. gespeist wird. Wenn Wärme gleichzeitig gefordert wird, wird der erste oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 und falls notwendig der Lufterwärmer 52 tätig werden.

Das Schließen der Schaltkontakte 87 oder das Öffnen der Schaltkontakte 89 beendet wirksam die Außenluftkühlung, d.h., den Economizer-Kreis. Das Öffnen der Schaltkontakte 89 trennt den Motor 44 von den Befehlsanschlüssen 130. Das Schließen der Schaltkontakte 87 erregt bzw. speist das Relais 120, das die Kontakte 123 öffnet. In jedem Falle ist die Außenluftdrossel 36 geschlossen.

Weiterhin bewirkt das Schließen der Schaltkontakte 87,daß sich die Kontakte 122 schließen, wodurch das Relais 120 im erregten Zustand gehalten wird, bis sich die Kontakte 108 öffnen. Auf diese, Weise wird die Außenluftdrossel 36 verriegelt in einer Schließstellung bis sämtlicher Wärmebedarf erfüllt ist, d.h., bis das Relais 106 entregt wird durch Öffnen der Wäroekontakte 94- Daher wird das System 10 trotz der Tatsache, daß der Leistungsschwellwert des Leistungsmessers 86 die Eingangsleistung zum Lufterwärmer 52 übersteigt, nicht in den Economizer-Zyklus zurückkehren, bis nicht die Wärmeerfordernisse erfüllt sind. Dieser Verriegelungs- bzw. Sperrschaltkreis vermeidet im wesentlichen ein schnelles Durchlaufen von periodischen

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Arbeitsgängen und Wecbseluberbeanspmchungen des Luftkühlers

Bei geschlossenen Schaltkontakten 87 oder offenen Schaltkontakten 89 schließt sich der Kühlschalter 100 als Reaktion auf ein Signal vom Thermostaten 30 für Kühlbedarf. Wenn außerdem Erwärmung gefordert wird, wird der erste oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 betätigt. So arbeitet die Einrichtung 10 in einer "Bootstrap"-Wärmepumpbetriebsart bis die Nachfrage nach Kühlung beendet ist oder der Wärmebedarf im heißen luftdeck 60 im wesentlichen auf Hull abfällt.

Wie schematisch in der Pig. 2 dargestellt, reagiert die Steuereinrichtung 32 auf die Thermostäte 30, den leistungsmesser und die Enthalpie-Steuereinrichtung 88 und steuert oder reguliert den HVAC 22, einschließlich den lufterwärmer 52 und Luftkühler 54, die Außenluftdrossel 36, die Rückluftdrossel und die Versorgungsluftdrosseln 81, 82. Die Betriebszustände der SteueieLnrichtung 32 sind in der Tabelle zusammengefaßt:

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Zustand	Be trie bs bed indungen
1.	a) Kühlbedarf
	b) Enthalpie übersteigt
	Enthalpie-Schwellwert
2.	a) Kühlbedarf
	b) EingangsIeistung übersteigt
	Iieistungs-Scbwellwert
3.	a) Kühlbedarf
	b) Enthalpie-Schwellwert
	übersteigt Enthalpie
	c) leistungs-Schwellwert
	übersteigt Eingangsleistung

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In den ersten und zweiten Betriebszustanden und unter der Annahme, daß ein Thermostat 30 Wärme anfordert, befindet sich der luftkühler 54 in Betrieb, derart, daß der Verdampfer 66 den Luftstrom 62 kühlt und der erste oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 den Luftstrom 64 erwärmt. Zusätzliche Erwärmung wird, falls notwendig, durch den Lufterwärmer 52 bewirkt, d.h., daß der Lufterwärmer 52 mit dem ersten Kondensor 70 zusammenwirkt und den Luftstrom 64 vom heißen Deck verarbeitet, beziehungsweise aufbereitet. Im dritten Betriebszustand wird die Kühlung bewirkt durch Verwendqng von Außenluft, während die Erwärmung durch den Lufterwärmer 52 allein hervorgerufen wird.

Wenn kein Wärmebedarf während des Betriebs der Steuereinrichtung 32 im ersten und zweiten Betriebszustand vorhanden ist, arbeitet der zweite Kondensor 72 normal, wodurch der erste oder Wärmerückgewinnungskondensor 70 entaktiviert wird. Hierdurch wird im wesentlichen das Problem des "Überwischens", das bei den gegenwärtig bekannten Vielzonen-Luftaufbereitungssystemen auftritt. D.h., daß auf das kalte Deck 58 oder die kalte Oberseite 58 einströmende Luft, wie in der Fig. 2 gezeigt ist, die Oberfläche der heißen Oberfläche oder des heißen Decks 60 berührt. Bei den früheren Systemen erhöhte dieses "Überwischen" die Temperatur des Luftstromes 62, wodurch zusätzliche Kühlung auf dem kalten Deck bzw. der kalten Oberseite 58 erforderlich

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war. Bei der vorliegenden Erfindung ist der erste oder Wärmerückgew innungs kondensor 70 außer Betrieb, d.h. entaktiviert, immer dann, wenn Wärmebedarf voll befriedigt ist und der Wärmeschalter 94 offen ist. Auf diese Weise wird ein Wärmeübergang im wesentlichen vermieden.

Wie oben diskutiert, ist der Leistungsschwellwert des Leistungsmessers 86 vorzugsweise im wesentlichen äqualent der minimalen Betriebseingangsleistung des Luftkühlers 54o Das Umschalten von der Außenluftkühlung zu der mechanischen Kühlung erfolgt vorzugsweise bei diesem Leistungsniveau, weil die mechanische Kühlung^Kälteerzeugung)sowohl Kühlung als Bückgewinnungswärme erzeugt, wobei Wärmeanforderungen verringert werden durch Verwendung eines Minimums an Außenluft.

Die Verwendung von Vielfachkompressoren 68 einschließlich eines Zweigeschwindigkeitsteführungskompressors 28a zur Mengenregelung erleichtert das Verfolgen der Kühllast beträchtlich. Der Bruchteil einer Pferdestärke bzw. einer Leistung wird ebenfalls wesentlich reduziert, wodurch der relative Wirkungsgrad der Einrichtung 10 als Ganzes erhöht wird. Zusätzlich erlaubt die Anordnung des Verdampfers 66 auf der kalten Oberfläche 58 bzw. auf dem kalten Deck 58 des HVAG 22, daß die Wärme vom Luftgebläsemotor 50 als maschinenempfindliche Last behandelt wird.

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Die Bedeutung oder Wichtigkeit der Fähigkeit der Einrichtung zu wählen oder zu unterscheiden, d.h. die Fähigkeit wirksam zu wählen zwischen mechanischer Außenluftkühlung, sekundärer Erwärmung und mechanischer Kübl-Rückgewinnungserwärmung, ist theoretisch in der Tabelle 1 geaigt. Für jede Außenlufttemperatur vergleicht der Fall Nr. 1 eine Vielzoneneinheit, die Außenluft zum Kühlen verwendet, mit einer Vielzoneneinheit, die Kälteerzeugung verwendet und Wärmerückgewinnung in einer wärmedominierenden Situation. Fall Nr. 2 stellt einen ähnlichen Vergleich in einer kältedominierenden Betriebsweise an.

Außenlufttemperaturen in einem mittleren Bereich von 45° bis 60° Fahrenheit wurden aus drei Grunderwägungen heraus analysiert, Die gegenwärtig bekannten Systeme sind erstens, allgemein gesprochen, meistens unwirksam in diesem Bereich. Zweitens treten in diesem Bereich die verschiedensten inneren Anforderungen an die Raumtemperatur auf. Und drittens treten die Außenlufttemperaturen in dem Mittelbereich in geographischen Bereichen auf, in denen Erwärmungseinrichtungen und Klimatisierungseinrichtungen verwendet werden.

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TABELLE

Vergleictasenergie (KW) mit minimaler Außenluft und Economizer-Kreis

Außenluft- Pail Wärme- und temperatur Küblanforderungen

Energie

min. Economizer Außenluft

45⁰J¹ (7,2OC)	I	8000 cfm at 80° (226 m³/min) (27,7OC) 2000 cfm at 63° ( 57 m3/min) (17,2<>O)	29.77	43.04
550p (12,8OC)	II	2000 cfm at 68O ( 57 m3/min) (200C) 8000 cfm at 58° (226 m3/min) (14,4⁰C)	8.21	6.33
65⁰I¹ (18,30c)	I	4000 cfm at 72o (113 m3/min) (22,2Oc) 6000 cfm at 62° (170 m3/min) (16,7⁰C)	4.21	12.66
	II	2000 cfm at 68° ( 57 m3/min) (20oc) 8000 cfm at 57° (226 m3/min) (13,9⁰C)	9.94	6,96
I	4000 cfm at 71° (113 m3/min) (21,7⁰C) 6000 cfm at 580 (170 m3/min) (14,4⁰C)	8.75	13.43
II	2000 ofm at 71° ( 57 m3/min) (21,7⁰C) 8000 cfm at 56° (226 m³/min) (13,3⁰C)	11.66	7.78

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Wie gezeigt, hängt die wirksamste Betriebsart des Systems 10, d.h. der Economizer-Zyklus oder minimale Außenluft mit mechanischer Kälteerzeugung, von der dominierenden oder vorherrschenden Anforderung der Anlage 12 ab. Daher bewirkt die Verwendung einer Kühlung durch Kälteerzeugung im kalten Deck 58 und Wärmerückgewinnung im heißen Deck 60 die wirksamste Energieausnutzung, wenn die Anlage 12 vorherrschend eine Erwärmung erfordert. Wenn andererseits vorherrschend eine Kühlung erforderlich ist, ist der Economizer-Zyklus der wirksamste* Die Einrichtung 10 optimiert den Wirkungsgrad durch stetige Überwachung der Energie, die durch den Lufterhitzer 52 der Oberseite verbraucht wird, und der Enthalpie der Außenluft und durch Auswahl der vorteilhaftesten Betriebsart des HYAC

Durch Simulation mit Hilfe eines Computers wurde die Einrichtung 10 hinsichtlich Energieverbrauch mit verschiedenen anderen Systemen verglichen, einschließlich mit vielfachen Einzelzone neinhei ten, mit und ohne Economizer-Kreisen, mit einer dämpferlosen bzw. drossellosen Vielzoneneinheit und einer Durcbsaug-Vielzoneneinheit, mit und ohne Economizer-Kreis. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gegeben.

Es ist ganz offensichtlich, daß die Einrichtung 10 für jeden willkürlich ausgewählten Testpunkt Leistungsvorteile wiederspiegelt. Es sind daher bei Verwendung der Einrichtung 10 wesentliche Energieeinsparungen möglich.

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T A B E L L E II

Vergleich der Leistungsaufnahme (KW) von 1OOOO cfm (283 nr/min) Systemen unter typischen Bedingungen

Außenlufttemperatur

Erwärmung Kühlung Mehrfaoh- Einzel-

cfm op ofm op _Zone _ftVlv,_ö

(■5/-la)(O0)(»5/._ln)(O0) _Eo^_omi_zer „Ä,.,

Dämpfer- Durch- ohne vorfreie gang- Econo- liegende (Drossel-) vielfach- mizer Erfin-Vielfachzone zone mit dung ohne Economizer Economizer

cn CO / η 2Oc)	8000 80 (226) (27,7)	2000 67 (19,4)	31.64	31.75	31.75	32.91	31.84	31.^4
si	6000 80 (170) (27,7)	4000 63 (17,2)	23.73	25.68	25.68	32.28	22.90	19.98
O ■ ISJ	4000 80 (113) (27,7)	6000 58 (14,4)	15.82	21.98	21.98	27.85	10.26	6.16
550p (12,8⁰C)	8000 76 (226) (24,4) 6000 76 (170) (24,4)	2000 67 (19,4) 4000 62 (16,7)	18.99 14.24	19.31 17.05	19.31 17.05	22.78 26.58	19.65 13.03	18.36 8.82
	4000 76 (113) (24,4)	6000 57 (13,9)	9.49	16.95	16.95	24.05	12.42	7.45
(18,3⁰C)	6000 73 (170) (22,8) 4000 73 (113) (22,8)	4000 67 (19,4) 6000 62 (16,7)	6.65 6.37	7.73 9.29	7.73 9.29	11.39 7.65	6.18 8.10	4.86F^ OJ) ro
	2000 73 ( 57) (22,8)	8000 56 (13,3)	9.99	13.88	13.88	9.72	14.58

Bei der Analyse und dem Vergleich der getesteten Systeme soll vermerkt werden, daß die vielfältigen Einzelzoneneinheiten in der Vergangenheit allgemein als überlegene Systeme angesehen -wurden. Die vorliegende Erfindung jedoch hat die Fähigkeit, Wärme auszunutzen, die e von Zonen abgewiesen ist, die Kühlung in Zonen erfordern, die Wärmebedarf haben. Dies ist exakt charakterisiert als "freie Wärme". Per Definition fehlt den vielfältigen Einzelzoneneinheiten diese "freie Wärme"-Fähigkeit. Außerdem haben die gegenwärtig bekannten Vielfach-Einzelzoneneinheiten Fähigkeit zum Wärmeaustausch, d.h., einen Verdampfer auf der kalten Oberseite bzw. dem kalten Deck und einen zugeordneten Wärmerückgewinnungskondensor in dem warmen Deck. Es ist gut bekannt, daß die dämpferlose bzw. droisellose Vielzoneneinheit, die eine einzelne Grundenergie-Wärmequelle und einen Verdampfer für jede Zone enthält, nicht allgemein einen Econoraizer-Kreis aufweist. Daher leitet sich der Leistungsvorteil der vorliegenden Erfindung bezüglich der dämpferlosen Vielzoneneinheit von der Fähigkeit her, Außenluft für die Kühlung zu verwenden ohne oder mit mechanischer Kälteerzeugung. Darüber hinaus fehlt der drosselfreien Vielzoneneinheit die oben diskutierte Wärmeaustauschfähigkeit.

Bei der Durchsaug-Vielzoneneinheit wird Ansaugluft vor der Trennung in heiße und kalte Deckluftströme durch den Verdampfer hindurchgesaugt. Bei der vorliegenden Erfindung ist

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jedoch der Verdampfer 66 nahe des kalten Decks 58 bzw. in der kalten Oberseite des HVAC 22 angeordnet, derart, daß
lediglich in die zur Konditionierung der Zonen 14» 16, 18 der Anlage 12 benötigte luftmenge mechanisch gekühlt wird.

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Claims

Patentansprüche

M. !Einrichtung zur Aufbereitung von Außenluft in einer Anlage, die wenigstens eine erste und zweite thermische Zone aufweist, wobei die Außenluft in der ersten und zweiten thermischen Zone eine erste und zweite Zonentemperatur aufweist und die erste Zonentemperatur die zweite Zonentemperatur übersteigt, gekennzeichnet durch einen Shermostaten zum Abtasten der ersten und der zweiten Zonentemperaturen, wobei der Thermostat einen vorbestimmten KühlschwsLlwert und einen vorbestimmten Wärmeschwellwert aufweist, ferner durch eine Vielzonenluftaufbereitungseinrichtung zum Erzeugen eines ersten Stromes kühlender Verso^ungsluft mit einer ersten Stromtemperatur und eines zweiten Stromes wärmender Versorgungsluft mit einer zweiten Stromtemperatur, wobei

die Vielzonen-Luftaufbereitungseinrichtung eine Lufterwärmungsein

einrichtung mit einem Leistungsgang aufweist und eine Luftkühleinrichtung mit einer Verdampfereinriohtung, ferner einen Kompressor und einen ersten Kondensor, wobei die Lufterwärmungseinrichtung und der erste Kondensor direkt mit dem zweiten Strom in Verbindung stehen und der Thermostat die ersten und zweiten Luftstromtemperaturen entsprechend den ersten und zweiten Zonentemperaturen regelt, durch eine Außenluftleitung bzw. einen Außenluftkanal zum Zuführen einer

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ersten Menge an eine Enthalpie aufweisende Außenluft zur Vielzonen-Luftaufberextungseinrichtung, wobei die Außenluftleitung Außenluftdämpfer bzw. Außenluftdrosseln zur Regulierung der ersten Menge aufweist, durch eine Rückström-Iiuftleitung zum Zuführen einer zweiten Menge an Innenluft zu der Vielzonen-Luftaufbereitungseinrichtung, wobei die Rücfcströmluftleitung Rückstromluftdämpfer bzw. eine Ruckströmluftdrossel zum Regulieren der zweiten Menge aufweist, durch eine erste Einrichtung zur Überwachung der Enthalpie der Außenluft, die einen vorbestimmen Enthalpie-Schwellwert aufweist, durch eine zweite Einrichtung zur Überwachung der Eingangsleistung zur Lufterwärmungseinrichtung, wobei die Überwachungseinrichtung einen vorbestimmten Leistungsschwellwert aufweist, und durch eine Einrichtung zum Steuern der Vielzonen-Luftaufbereitungseinrichtung, der Außenluftdrossel und der Rückströmluftdrossel in Abhängigkeit vom Thermostaten, wobei die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung zur Überwachung, die Außenluftleitung und die Rückströmluftleitung zusammenwirkend eine Einrichtung bilden zum Zuführen einer Ansaugluftmenge zu der Vielzonen-Luftaufbereitungseinrichtung, wobei die Ansaugluft eine Mischung aus der Außenluft und der Rückströmluft ist und eine vorbestimmte Ansaugbzw. Einlaßtemperatur aufweist, wobei die Steuereinrichtung in einem ersten Zustand immer dann arbeitet, wenn die erste Zonentemperatur die Kühlschwelle und die Enthalpie den

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Enthalpieschwellwert überschreiten, immer dann in einem zweiten Zustand arbeitet, wenn die erste Zonentemperatur den Kühlsohwellwert und die Eingangsleistung den Leistungsschwellwert überschreiten, und wenigstens immer in einem dritten Zustand arbeitet, wenn die erste Zonentemperatur den Kühlschwellwert übersteigt, der Enthalpieschwellwert höher ist als die Enthalpie und der Leistungsschwellwert die Eingangsleistung übersteigt, wobei die Luftkühleinrichtung, die Außenluftdrossel und die Innenluftdrossel in dem ersten Betriebszustand jeweils im Betrieb, geschlossen und offen sind, wobei die Lufterwärmungseinrichtung mit dem ersten Kondensor im ersten Betriebszustand zusammenwirkt, um den zweiten Strom aufzubereiten, wobei die Luftkühleinrichtung, die Außenluftdrossel und die Eückströmluftdrossel im zweiten Betriebszustand jeweils im Betrieb, geschlossen und offen sind, wobei die Lufterwärmungseinrichtung mit dem Kondensor in dem zweiten Betriebszustand zusammenwirkt, um den zweiten Strom aufzubereiten, und wobei die Luftkühleinrichtung die Außenluftdrossel, die Rückströmungsluftdrossel und Lufterwärmungseinrichtung in dem dritten Betriebszustand jeweils außer Betrieb bzw. veränderlich offen, und im Betrieb sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkühleinrichtung einen zweiten Kondensor und ein Expansionsventil aufweist, die zwischen dem ersten und zweiten

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Kondensor angeordnet sind, wobei der zweite Kondensor und das Expansionsventil miteinander zusammenwirken und eine Einrichtung zur Endaktivierung des ersten Kondensors bilden.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung immer in einem vierten Betriebszustand betriebsfähig ist, wenn die Luftkühleinrichtung in Betrieb ist und die zweite Zonentemperatur den Wärmeschwellwert übersteigt, und in einem fünften Betriebszustand, wenn die Luftkühleinrichtung betriebsbereit ist und der Wärmeschwellwert die zweite Zonentemperatur übersteigt, wobei die Endaktivierungseinrichtung im vierten und fünften Betriebszustand in Betrieb ist bzw. außer Betrieb ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage eine dritte Zone mit einer dritten Zonentemperatur aufweist, die zwischen den ersten und zweiten Zonentemperaturen liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzonen-Luftaufbereitungseinrichtung eine Yersorgungsluftleitung zum Zuführen der ersten und zweiten Ströme zu den ersten und zweiten Zonen aufweist.
6. Einrichtung nach Anbruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Versorgungsluftleitung ferner Versorgungsluftdrosseln zum Mischen der ersten und zweiten Ströme aufweist, um einen dritten Versorgungsluftstrom zu erzeugen, wobei die Versorgungsluftleitung den dritten Strom der dritten Zone zuführt.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkühleinrichtung eine minimale Betriebseingangsleistung aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Betriehseingangsleistung und der Leistungsschwellwert einander im üsentlichen gleich sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ferner Relais enthält, die die Steuereinrichtung im zweiten Zustand hält, wenn immer die Eingangsleistung unter den Leistungsschwellwert fällt, bis die zweite Zonentemperatur im wesentlichen gleich dem Wärmeschwellwert ist, wodurch im wesentlichen eine Überdrehung der Luftkühleinrichtung vermieden wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer direkt mit dem ersten Strom in der Vielzonenluftaufbereitungseinrichtung in Verbindung steht.

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