DE2601127A1 - Air conditioning system with waste heat recovery - has heat exchangers in air vent and outside air conduits linked with refrigerating compressor - Google Patents
Air conditioning system with waste heat recovery - has heat exchangers in air vent and outside air conduits linked with refrigerating compressorInfo
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Abstract
Description
Klimasystem mit Wärmetauschern, insbesondere zur Rückge-Air conditioning system with heat exchangers, especially for return
winnung der Fortluftwärme.extraction of exhaust air heat.
Die Erfindung betrifft ein Klimasystem mit Wärmetauschern, insbesondere zur Rückgewinnung von Fortluftwärme.The invention relates to an air conditioning system with heat exchangers, in particular for the recovery of exhaust air heat.
Zur Ausnutzung der Abwärme, die in der Fortluft beliebiger Räume enthalten ist, werden bereits regenerative oder rekuperative Systeme eingesetzt.To utilize the waste heat contained in the exhaust air from any room regenerative or recuperative systems are already being used.
Bei einem bekannten regenerativen Wärmetauscher wird durch besondere Luftführung die Fortluftwärme in einem fein gewellten Asbestpappegeflecht gespeichert und aus diesem an die eingezogene Außenluft abgegeben. Der Wärmeträger ist luftdurchlässig mit einem relativ hohen luftseitigen Xliderstand von 15 bis 20 mm rS. Fortluftkanal und Außenluftkanal müssen direkt aneinander vorbei geführt werden; die TtTärmeträgermasse ist auf einem Rad aufgebracht, das langsam gedreht wird und damit die gespeicherte Wärme aus dem Fortluftkanal auf der anderen Seite an den Außenluftkanal wieder abgibt (Heizung-Lüf-tung-Haustechnik 1969, S. 110-112).In a known regenerative heat exchanger, special Air duct the exhaust air heat is stored in a finely corrugated asbestos cardboard mesh and released from it to the outside air drawn in. The heat transfer medium is permeable to air with a relatively high air-side resistance of 15 to 20 mm rS. Exhaust air duct and outside air duct must be led directly past each other; the Tt heat carrier mass is applied to a wheel that is rotated slowly and thus the stored Releases heat from the exhaust air duct on the other side to the outside air duct (Heating-Ventilation-Haustechnik 1969, pp. 110-112).
Nachteile dieses regenerativen Systems, das sowohl fühlbare als auch latente Wärme (d.h. Luftfeuchte) zu übertragen imstande ist, sind die Gefahr der Bakterienübertragung durch die feuchte Luft, die Anlagerung von Keimen in dem hygroskopischen Material, die Geruchsübertragung bei geruchsintensiven Fortluftströmen sowie der Abrieb der Wärmespeichermasse, der bei etisa 200 Fasern je cbm Luft liegt.Disadvantages of this regenerative system, which is both tactile and latent heat (i.e. air humidity) is able to transfer, are the danger of Bacteria transfer through the humid air, the accumulation of germs in the hygroscopic Material, the odor transmission in odor-intensive exhaust air flows as well as the Abrasion of the heat storage mass, which is 200 fibers per cbm of air with etisa.
Mit diesen Nachteilen ist der Einsatz dieser sonst sehr wirtschaftlichen Wärmetauscher nicht möglich bei besonderen hygienischen Anforderungen an die Qualität der Außenluft oder bei geruchsintensiver Fortluft, wie z. B. bei Küchen, Speisesälen, Hähnchen- oder Pommes-Frites-Bratereien u.ä.With these disadvantages, the use of these is otherwise very economical Heat exchanger not possible with special hygienic requirements on quality the outside air or with odor-intensive exhaust air, such as B. in kitchens, dining rooms, Chicken or French fries roasters, etc.
Da außerdem Fortluft- und Außenluftstrom direkt aneinander vorbeigeführt werden müssen, was insbesondere bei Krankenhäusern und für Großküchen häufig räumlich und aus Gründen der Vermischungsgefahr zwischen Außenluft und Fortluft nicht zulässig ist, kann der regenerative Wärmetauscher bei diesen Anlagen nicht verwendet werden.In addition, because the exhaust air and outside air flows directly past each other have to be, which is often spatial, especially in hospitals and large kitchens and not permitted due to the risk of mixing between outside air and exhaust air the regenerative heat exchanger cannot be used in these systems.
Bei einem bekannten rekuperativen Wärmetauscher dienen Glas-oder Metallplatten oder -rohre zum Wärmetausch zwischen Außenluft und Fortluft. Hierbei ist zwar die Außenluft von der Fortluft getrennt, die Energieausnutzung ist jedoch besonders bei kleineren Temperaturdifferenzen zwischen Außenluft und Fortluft gering (System Fröhlich).In a known recuperative heat exchanger, glass or metal plates are used or pipes for heat exchange between outside air and exhaust air. Here is the Outside air is separated from the exhaust air, but the use of energy is special with smaller temperature differences between outside air and exhaust air low (system Happy).
Auch hier müssen wegen des erforderlichen direkten Wärmekontaktes Auß enluftkanal und Fortluftkanal nebeneinander hergeführt werden, mit den gleichen Schwierigkeiten wie oben geschildert.Here, too, must because of the necessary direct thermal contact The outside air duct and the exhaust air duct are run side by side with the same Difficulties as described above.
Beide Systeme benötigen wenig Energie zu ihrem trieb; sie verlangen jedoch konventionelle Heizungs- und Kühlanlagen und müssen bei der Betrachtung ihrer VEirtschattlichkeit mit den mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizanlagen und den Kühlanlagen, meist mit Kolbenkaltwassersätzen, Kaltwasserkreislauf und Kühlwasserkreislauf sowie Rückkühltürmen mit offenem Wasserkreislauf, Frischwasserverlust und der Wärme- und Feuchtebelastung der Umwelt im Zusammenhang gesehen werden.Both systems require little energy for theirs drove; However, they require conventional heating and cooling systems and, when considering their viability, must be related to the fossil fuel-operated heating systems and the cooling systems, mostly with piston chillers, cold water circuits and cooling water circuits as well as recooling towers with an open water circuit, fresh water loss and the heat and moisture pollution of the environment be seen.
Bei Räumen mit hohem Schadstoffanteil (Operationssäle, Küchen, Hähnchen- und Pommes-Frites-Bratereien, Batterieräume u.a.) wird durch Richtlinien und Normen (DIN 1946, Bl. 4) meist reiner Außenluftbetrieb ganzjährig oder eine hohe Außenluftrate für die Lüftungs- bzw. Klimaanlage gefordert. Die Aufwärmung der großen Luftmengen im Winter und ebenso die Kühlung dieser Luftmengen im Sommer erfordert einen enormen Energieaufwand. Wegen der besonderen hygienischen Anforderungen können die bekannten Wärmerückgewinnungssysteme in diesen Anlagen nicht zum Einsatz kommen.In rooms with a high proportion of pollutants (operating theaters, kitchens, chicken and French fries fryers, battery rooms, etc.) is supported by guidelines and standards (DIN 1946, sheet 4) mostly pure outdoor air operation all year round or a high outdoor air rate required for the ventilation or air conditioning system. The warming up of the large amounts of air in winter and also the cooling of this amount of air in summer requires an enormous Energy expenditure. Because of the special hygienic requirements, the known Heat recovery systems are not used in these systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klimasystem der eingangs genannten Art zur hygienisch einwandfreien Ausnutzung der Fortluftwärme von Räumen mit verschmutzter Fortluft oder Räumen mit besonderen hygienischen Ansprüchen an die Außenluft zu schaffen, das einen Sommer-/\Jinter-Betrieb ermöglicht, in seinem Energieaufwand den beschriebenen Systemen mindestens gleichwertig ist, einfach zu warten ist und eine getrennte Führung von Fortluft- und Außenluftkanälen ermöglicht.The invention is based on the object of providing an air conditioning system of the initially introduced named type for the hygienically perfect utilization of the exhaust air heat from rooms with polluted exhaust air or rooms with special hygienic requirements to create the outside air that enables summer / \ Jinter operation in his Energy expenditure is at least equivalent to the systems described, simply to waiting and allows separate routing of exhaust air and outside air ducts.
Diese'Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß im Fortluftkanal und im Außenluftkanal je ein Kältmittel-Luft-Wärmetauscher angeordnet ist und die beiden Wärmetauscher durch einen in seiner Strömungsrichtung umkehrbaren Kältemittel-Kreislauf verbunden sind, in den/Kälte-Kompressor ein eingeschaltet ist. Der Wärmetransport geht nur über einen Kältekreislauf mit Direktverdampfer und Kondensator, beide als Kälteinittel-Luft-Wännetauscher. Wärmeträgermedium ist ein Kältemittel, z.B.This task is solved according to the invention in such a way that in the exhaust air duct and a refrigerant-air heat exchanger is arranged in the outside air duct and the two heat exchangers through a reversible refrigerant circuit in its flow direction connected to the / refrigeration compressor is switched on. Of the Heat is only transported via a refrigeration circuit with a direct evaporator and condenser, both as refrigerant-air heat exchangers. The heat transfer medium is a refrigerant e.g.
Frigen 22 oder Frigen 12. Ein weiterer Wärmeträger, wie Wasser oder Sole mit den unvermeidlichen Verlusten an den Wärmeübertragern ist nicht erforderlich. In an sich bekannter Weise können Direktverdampfer und Kondensator im Kältekreislauf durch Ventile umgeschaltet werden, so daß der Kompressor entweder die Außenluft erwärmt und dabei die Fortluft abkühlt (Xfinterschaltung) oder umgekehrt (Sommerschaltung). Das System arbeitet mit der bei Wärmepumpen üblichen Leistungsziffer von 4 bis 5, d.h. daß zur Übertragung von 1 KW Energie aus der Fortluft zur Erwärmung der Außenluft nur eine Antriebsleistung des Kompressors von 250 bzw. 200 Watt erforderlich ist.Frigen 22 or Frigen 12. Another heat transfer medium, such as water or Brine with the inevitable losses at the heat exchangers is not required. In a manner known per se, direct evaporator and condenser can be used in the refrigeration circuit can be switched by valves, so that the compressor either the outside air and the exhaust air cools down (Xfinter switch) or vice versa (summer switch). The system works with the usual coefficient of performance of 4 to 5 for heat pumps, i.e. that for the transfer of 1 KW of energy from the exhaust air to heat the outside air only a drive power of the compressor of 250 or 200 watts is required.
Im Sommerbetrieb wird der Verdampfer in die Außenluft geschaltet, so daß diese vorgekühlt in die Räume eintritt.In summer operation, the evaporator is switched to the outside air, so that it enters the rooms pre-cooled.
Der Kondensator wird in diesen Fällen in die Fortluft geschaltet und erwärmt diese ebenso wie bei üblichen luftgekühlten Kondensatoren ohne Anreicherung der Feuchte der Fortluft. Ein Kontakt zwischen der Außenluft und der Fortluft findet'bei dieser Kombination an keiner Stelle statt.In these cases, the condenser is switched to the exhaust air and heats them up just like with conventional air-cooled condensers without enrichment the humidity of the exhaust air. There is contact between the outside air and the exhaust air this combination does not take place at any point.
Während der Außenluft-Wärmetauscher zusammen mit allen anderen erforderlichen Elementen der Zuluftaufbereitung und der Wärmepumpenschaltung, wie Wetterschutzgitter, tJalousieklappe, Zuluftfilter, Vorerhitzer und Zuluftventilator sowie den Kältekompressoren als kompaktes Gerät in einer Einheit werksgeprüft geliefert und eingebaut werden kann, wird der Fortluft-Wärmetauscher in einem Fortluftgerät zusammen mit dem Fortluftventilator und entsprechenden Stellklappen oder Schutzgittern an beliebiger anderer Stelle im Gebäude, die für den Fortluftausblas günstig ist, in einer Entfernung bis zu 50 m angeordnet.While the outside air heat exchanger along with all the other required Elements of the supply air preparation and the heat pump circuit, such as weather protection grille, tLouvre damper, supply air filter, preheater and supply air fan as well as the refrigeration compressors can be delivered and installed as a compact device in a factory-tested unit the exhaust air heat exchanger is in an exhaust air device together with the exhaust air fan and corresponding flaps or protective grilles at any other point in the building that is favorable for exhaust air discharge at a distance arranged up to 50 m.
Die Wärmetauscher für Außenluft und Portluft werden je nach hygienischen Anforderungen aus den T.;7erkstoffen Kupfer, Aluminium, Kupfer-Aluminium mit Kunststoffbeschichtung, Kupfer-Kupfer, stahlverzinkt oder nichtrostendem Edelstahl ausgeführt. Falls erforderlich, kann ohne Denlontage eine Spülung in beliebigen Zeitabständen als automatische Intervallreinigung durchgeführt werden, wodurch z.B. bei geruchsbelasteter Fortluft auch Geruchsstoffe, die die Umwelt belasten würden, ausgewaschen werden können. Auswechselbare Fliltergestricke in reinigbarer Ausführung oder als Wegwerffilter können zum entfetten und Entferuchten der Fortluft eingeschaltet werden.The heat exchangers for outside air and port air are depending on the hygienic Requirements from the T.; 7 materials copper, aluminum, copper-aluminum with plastic coating, Made of copper-copper, galvanized steel or stainless steel. If required, can flush at any time as an automatic interval cleaning without disassembly carried out, whereby e.g. odorous substances, that would pollute the environment can be washed out. Interchangeable flilter knitted fabrics in a cleanable version or as a disposable filter, can be used for degreasing and removal the exhaust air can be switched on.
Die erfindungsgemäße Anordnung erhöht die Wirtschaftlichkeit der reinen Außenluftanlagen oder der Anlagen mit hohem Aueßnluftanteil bei gleichzeitig hohen hygienischen Anforderungen erheblich durch den Fortfall verschiedener Wärmeträgermedien sowie der entsprechenden Nebenantriebe und der Ausnutzung der hohen Leistungsziffer an sich bekannter Wärmepumpen.The arrangement according to the invention increases the economy of the pure Outside air systems or the systems with a high proportion of outside air with a high proportion of outside air at the same time hygienic requirements considerably due to the elimination of various heat transfer media as well as the corresponding power take-offs and the utilization of the high performance figure known heat pumps.
Im folgenden wird die Erfindung an einer Wärmerückgewinnungsanlage für eine Großküche erläutert.In the following the invention is applied to a heat recovery system explained for a large kitchen.
Die Zeichnung zeigt eine komplette Lüftungsanlage für eine Küche bei reinem Außenluftbetrieb. Zur Wärmerückgewinnung bei Einhaltung der entsprechenden- hygienischen Forderungen ist die Anlage als Wärmepumpenschaltung aufgebaut.The drawing shows a complete ventilation system for a kitchen pure outdoor air operation. For heat recovery if the corresponding In accordance with hygienic requirements, the system is designed as a heat pump circuit.
Die Außenluft wird an günstiger Stelle an der Gebäudeseitenwand über das Wetterschutzgitter1und die Jalousieklappe2sowie den Filter3angesaugt.The outside air is at a convenient point on the side wall of the building the weather protection grille 1 and the louvre flap 2 as well as the filter 3 sucked in.
Ein Vorerhitzer für Tjarmwasser 4 dient zur Spitzenlastdeckung bei sehr -tiefen Außentemperaturen. Der Wärmetauscher 5 ist an den Kältemittelkreislauf angeschlossen; er dient im Winter als Erhitzer (Kondensator), im Sommer als Kühler (Verdampfer).A preheater for Tjarmwasser 4 is used to cover peak loads very low outside temperatures. The heat exchanger 5 is connected to the refrigerant circuit connected; it serves as a heater (condenser) in winter and as a cooler in summer (Evaporator).
Der Wärmetauscher 5a gehört zu dem zweiten Kältekreislauf, der nicht ausführlich gezeichnet ist.Die Luft strömt über den Tropfenabscheider 6 und den Zuluftventilator 7 durch den Außenluftkanal in die Zuluftdecke für die Küche. Der Kompressor 8, 8a mit Kältemittelsammler wird in Wärmepumpenschaltung betrieben.The heat exchanger 5a belongs to the second refrigeration cycle, which is not The air flows over the droplet separator 6 and the Supply air fan 7 through the outside air duct into the supply air ceiling for the kitchen. Of the Compressor 8, 8a with refrigerant collector is operated in a heat pump circuit.
In der Küche 9 befindet sich der Temperaturfühler für die Temperaturregeleinrichtung.The temperature sensor for the temperature control device is located in the kitchen 9.
Das Fortluftgerät kann in beliebiger Entfernung bis zu 50 m von dem Auf3enluftgerät entfernt an günstiger Stelle für den Ausblas in schwingungsfreier Aufstellung im Gebäude angeordnet werden. Es enthält den Fortluftventilator 10, der vor dem Wärmetauscher 11 bzw. 11a angeordnet ist, damit auch seine Wärmeabgabe noch mit ausgenützt wird. über die Jalousieklappe 12 und das Wetterschutzgitter 13 wird die Fortluft ins Freie gefördert, so daß keine Vermischung mit der Außenluft stattfinden kann.The exhaust air device can be installed at any distance up to 50 m from the Open air device removed in a convenient place for the blow-out in vibration-free Be arranged in the building. It contains the exhaust air fan 10, which is arranged in front of the heat exchanger 11 or 11a, so that its heat dissipation as well is still being exploited. via the louvre flap 12 and the weather protection grille 13 the exhaust air is conveyed into the open air so that it does not mix with the outside air can take place.
Im Sommerbetrieb drückt der Kompressor 8 über die Stellung I/II des Umschaltventils 15 ein gasförmiges Kältemittel in den armetauscher 11 in dem Fortluftkanal, wo dieses kondensiert und dabei Wärme abgibt. Das unter Druck stehende flüssige Kältemittel wird über das Expansionsventil 16 in den Wärmetauscher 5 hineineypandiert, wobei es verdampft und der Außenluft Wärme entzieht. Das unter niederem Druck stehende gasförmige Kältemittel wird nun über die Stellung IV/III des Umschaltventils 15 wieder vom Kompressor angesaugt.In summer operation, the compressor 8 pushes through the position I / II of the Switching valve 15 a gaseous refrigerant in the exchanger 11 in the exhaust air duct, where this condenses and gives off heat. The pressurized liquid Refrigerant is pumped into the heat exchanger 5 via the expansion valve 16, whereby it evaporates and removes heat from the outside air. That which is under low pressure Gaseous refrigerant is now released via position IV / III of the switchover valve 15 sucked in again by the compressor.
Im @interbetireb ist das Umschaltventil 15 entsprechend I/ IV, II/III geschaltet, so daß die Fortluft abgekühlt und die Außenluft aufgeheizt wird. Der Regler 14 steuert die entsprechenden Vorgänge und schaltet den Vorerhitzer 4 mit ein, wenn die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht, da diese aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig auf den Kälteleistungsbedarf und damit auch etwa auf den Heizleistungsbedarf bei -3°C Außentemperatur dimensioniert ist.In @interbetireb the switching valve 15 is according to I / IV, II / III switched so that the exhaust air is cooled and the outside air is heated. Of the Controller 14 controls the corresponding processes and switches the preheater 4 with it on if the heat pump's heating output is insufficient, as this is economical Reasons expediently on the cooling capacity requirement and thus also on the heating capacity requirement is dimensioned at an outside temperature of -3 ° C.
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