-
Klimaanlage für Schienenfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage
für Schienenfahrzeuge, insbesondere Reisezugwagen, mit einem luftbeaufschlagten
Heiz- und Kühlaggregat zur Erzeugung eines den Fahrgasträumen ständig zuströmenden,
auf einen vorbestimmten Besetzungsgrad der Fahrgasträume bemessenen Grundanteiles
an temperierter Luft, einem die Außeneinflüsse auf die Temperatur im Wageninneren
erfassenden, die Leistung des Heiz- und Kühlaggregates in Abhängigkeit von den Außeneinflüssen
steuernden Außenklimafühler und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines den Fahrgasträumen
mittels in jedem Abteil vorhandener Raumthermostaten mit Innentemperaturfühler getrennt
zuteilbaren Wärme- Zusatzanteiles zum Ausgleich von Wäremebedarfsdifferenzen in
den einzelnen Fahrgasträumen.
-
Es sind zahlreiche Ausführungen solcher Klimaanlagen bekannt, bei
welchen die den Fahrgasträumen über einen Verteilkanal als Grundanteil ständig zugeführte
Heiz- bzw. Kühlleistung so bemessen ist, daß sie unter Zugrundlegung eines vorbestimmten
Besetzungsgrades, und zwar in der Regel der Vollbesetzung sämtlicher Abteile, den
Heiz- bzw. Kühlbedarf ausschließlich für diesen Besetzungsgrad deckt. Nicht voll
besetzten Abteilen wird die zur Einhaltung der vorgesehenen Solltemperatur benötigte
zusätzliche Wärme über den Zusatzanteil zugeführt, wobei Je nach Bauart der Klimaanlage
entweder ein zweiter Verteilkanal für den Zusatsanteil vorgesehen list, welcher
in Jedem Abteil vom Raumthermostaten gesteuerte
Auslässe besitzt,
oder aber in Jedem Abteil ein vom Raumthermostaten einschaltbarer Zusatzheizkörper
vorhanden ist.
-
Obwohl diese bekannten Klimaanlagen vom regeltechnischen Standpunkt
aus durchaus befriedigen, sind sie in energiewirtschaftlicher Beziehung insoferne
verbesserungsbedürftig, als sie vor allem im Kühlbetrieb zufolge des sehr häufigen
Bedarfes an zusätzlicher Wärme einen relativ hohen Energieverbrauch haben und Je
Wagen nur eine begrenzte elektrische Leistung verfügbar ist. Bei Einkanal-Klimaanlagen
mit Zusatzheizkörpern in den einzelnen Abteilen kommt noch der Umstand hinzu, daß
durch die häufigenEinschaltstromstöße bei Inbetriebnahme der Zusatzheizkörper elektrische
Energie auf unwirtschaftliche Weise verbraucht wird. Bei Zweikanal-Elimaanlagen,
bei welchen dem Zusatzkanal in der Regel eine eigene Heizeinrichtung zugeordnet
ist, besteht hingegen der Nachteil, daß sowohl die Heizleistung als auch der Luftdurchsatz
entsprechend dem Maximalbedarf an zusätzlicher Wärme, der sich bei sehr geringer
Besetzung des Wagens ergibt, bemessen werden müssen, wobei diese Heizleistung stets
verfügbar sein muß, um plötzlich auftretende Bedarfsspitzen an zusätzlicher Wärme,
z.B. beim Aussteigen zahlreicher Reisender in größeren Bahnhöfen, jederzeit decken
zu können. Neben dem erhöhten Energieverbrauch ergeben sich verhältnismäßig große
Querschnitte für den Zusatzkanal und entsprechend große Abmessungen für die Heizeinrichtung
zur Erzeugung des Zusatzanteiles.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage der
eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen wesentlich verringerten
Energieverbrauch auszeichnet und dennoch denßelben Komfort und Behaglichkeitsgrad
wie die bekannten Anlagen für die Reisenden bietet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß jeweils einer der Fahrgasträume mit vom vorbestimmten Besetzungsgrad
abweichender Besetzung, vorzugsweise der am stärksten besetzte Fahrgastraum, als
Steuerabteil geschaltet ist, das ein seinem Besetzungsgrad entsprechendes, in den
vom Außenkiimafühler
gesteuerten Stromkreis des Reiz- und Kühlaggregates
einsteuerbares Korrektursignal liefert, das die Leistung des Grundanteils auf einen
dem Besetzungsgrad des Steuerabteils entsprechenden Wert korrigiert.
-
Auf diese Weise wird also die Bemessungsgrundlage für den Grundanteil
von einem willkürlich angenommenen, theoretischen Besetzungsgrad des Wagens, insbesondere
der Vollbesetzung, entsprechend den tatsächlich gegebenen Besetsungsverhältnissen
abgeändert, und zwar in der Absicht, einen möglichst großen Anteil der zur Klimatisierung
des gesamten Wagens benötigten Heiz- bzw. Kühlleistung allein mittels des den Fahrgasträumen
ständig zuströmenden Grundanteiles zu decken. Da als Bemessungsgrundlage für den
Grundanteil nunmehr der Besetzungsgrad des jeweils als Steuerabteil fungierenden,
vorzugsweise am stärksten besetzten Fahrgastraumes maßgeblich ist, tritt in den
übrigen, weniger stark besetzten Fahrgasträumen ein weitaus geringerer Bedarf an
Zusatswärme auf, als dies bei Bemessung des Grundanteiles für einen vollbesetzten
Wagen der Fall ist.
-
Infolgedessen ergibt sich im Heisbetrieb eine Verlagerung der insgesamt
benötigten Heizenergie zum Grundanteil hin, was den Vorteil einer weitaus wirtschaftlicheren
Erzeugung des überwiegenden Teiles der insgesamt benötigten Heizleistung in dem
zentralen, ständig luftbeaufschlagten Heizaggregat für den Grundanteil bietet. Wegen
des verrringerten Bedarfes an zusätzlicher Wärme in den übrigen, weniger stark besetzten
Fahrgasträumen ergibt sich eine weitaus kürzere Einschaltdauer des Zusatzanteiles
in den minder besetzten Abteilen.
-
Noch wesentlich größere Energieersparnisse ergeben sich im Kühlbetrieb
der Klimaanlage, weil die über den Grundanteil zugeführte Killilleistung nicht auf
die volle Besetzung des Wagens, sondern vielmehr auf den geringeren Besetzungsgrad
des jeweiligen Steuerabteils abgestimmt ist, so daß den Fahrgasträumen,in denen
sich weniger Personen als im Steuerabteil befinden, über den Zusatzanteil nur sehr
geringe Wärmemengen sugerührt werden «Essen, um die vorgesehene Raumtemperatur
auch
in diesen Räumen aufrecht zu erhalten. Die erhebliche Ersparnis an Heizenergie gegenüber
den bekannten Klimaanlagen zeigt sich besonders deutlich für den angenommenen Fall
der Besetzung nur eines einzigen Abteils des Wagens, z.B. mit einer Person. Bei
der Bemessung des Grundanteiles an Eühlenergie auf Vollbesetzung des Wagens müßten
bei den bekannten Klimaanlagen sämtliche Pahrgastraume maximal gekühlt, zugleich
aber auch zusätzlich beheizt werden, um die fehlende Besetzung durch entsprechende
Wärme zufuhr zu kompensieren und die vorgeschriebene Raumtemperatur in keinem der
Abteile zu unterschreiten. Bei einer Klimaanlage nach der Erfindung würde das mit
nur einer Person besetzte Abteil als Steuerabteil fungieren, so daß die Kühlleistung
des Grundanteils auf den stark verringerten Kühlbedarf im Steuerabteil reduziert
wäre. Den unbesetzten Abteilen würden dabei nur Jene geringen, zur Kompensation
der Wärmeabgabe Jeweils eines Reisenden dienenden Wärmemengen über den Zusatzanteil
zufließen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Bestimmung und Inbetriebsetzung
des jeweiligen Steuerabteils in Jedem Fahrgstraum ein elektronisches Speicherglied
vorgesehen,welches die dem Fahrgastraum über den Zusatzanteil während vorbestimmter
Zeitintervalle zugeführte Wärmemenge registriert und das eine dieser Wärmemenge
proportionale Steuerspannung abgibt, und ist die kleinste dieser Steuerspannungen
über eine die Ausgänge sämtlicher Speicherglieder verbindende Steuerleitung dem
zweiten Eingang eines in den Steuerstromkreis des Heiz- und Kühlaggregates eingeschalteten
.Differenzverstärkers als Korrektursignal zugeführt. Somit erfolgt die Wahl des
Steuerabteils selbsttätig auf elektronischem Wege, desgleichen die Erzeugung und
Verarbeitung des Korrektursignales, welches über den Differenzverstärker in den
Regelkreis des Heiz- und Kühlaggregates korrigierend eingreift. Die vom Außenklimafühler
abhängige Steuerung der Heiz- und Kühlleistung entsprechend den Jeweiligen AuBenverhältnissen
bleibt durch diese Maßnahme unberührt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Speicherglied
zur Erfassung der dem Fahrgastraum über den
Zusatzanteil zugeführten
Wärmemenge vom Raumthermostaten des betreffenden Fahrgastraumes gesteuert sein.
Bei dieser Ausführung werden nur wenige zusätzliche elektronische Elemente benötigt.
-
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Zweikanal-Klimaanlage,
wie sie beispielsweise in der OE-PS 313 356 beschrieben ist, und Fig. 2 das Prinzipschaltbild
einer Klimaanlage nach der Erfindung, mit Beschränkung auf den elektronischen Steuerungsteil
für den Grundanteil an Heiz- bzw. Kühlleistung.
-
Bei der nur als Anwendungsbeispiel der Erfindung gezeigten Zweikanal-Klimaanlage
nach Fig. 1 gelangt durch eine steuerbare Umluftklappe 1 wahlweise Frischluft oder
Umluft zu einem Gebläse 2, welches die Luft durch einen Filter 3 in das eigentliche
Klimaaggregat 4 fördert. Hinter dem Filter 3 teilt sich der Luftstrom in einen Grund-
und einen Zusatzanteil. Der Grundanteil strömt durch den Verdampfer 5 und anschließend
durch den Lufterhitzer 6 und gelangt von dort in den zu den Fahrgasträumen führenden
Grundluftkanal 8.
-
Der für den Zusatzanteil verbleibende Luftstrom wird durch einen oberhalb
des Verdampfers 5 verlaufenden schmalen Kanal einem getrennt ein- und abschaltbarem
Lufterhitzer 7 zugeführt und gelangt sodann in den zu den Fahrgasträumen führenden
weiteren, im folgenden als ZusatzlufRanal 9 bezeichneten Verteilkanal.
-
Die Klimaanlage ist beispielsweise für einen Reisezugwagen mit zehn
Abteilen bestimmt, von denen in der Zeichnung nur die Abteile 10, 10' und 10" dargestellt
sind. In jedem dieser Abteile befinden sich Auslässe für den Grundluftkanal 8 und
den Zusatzluftkanal 9. Den Auslaß für den Grundanteil bildet ein an den Grundluftkanal
8 angeschlossener, vertikaler Luftschacht 11, der an der Wagenseitenwand im Bereich
unterhalb des Abteilfensters 12 angeordnet ist. Über diesem,
im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ständig offenen Luftschacht 11 gelangt
die Je nach den Außenverhältnissen im Verdampfer 5 gekühlte bzw. im Lufterhitzer
6 erwärmte Luft im Aufwärtsstrom in das Abteil 10, 10' bzw. 10". Die Temperatur
dieses Grundanteiles ist mit Hilfe eines Außenklimafühlers so geregelt, daß der
Wärme- bzw. Kühlbedarf der einzelnen Abteile 10, 10', 1011 bei einem vorbestimmten
Besetzungsgrad der Fahrgasträume allein durch den Grundanteil gedeckt wird.
-
Die Auslässe 13 für den Zusatzanteil befinden sich im dargestellten
Fall unter den querverlaufend angeordneten Sitzen 14. Sie sind über drehmagnetbetätigte
Klappen 15 an den Zusatzluftkanal 9 angeschlossen. Die Steuerung der Klappen 15
erfolgt in bekannter Weise mittels Raumthermostaten 171, 172, und 173 in Abhängigkeit
von der jeweiligen Temperatur in den Abteilen 10, 10, 10". Über die Öffnungen 16
des Luftschachtes 11 kann in nicht näher dargestellter Weise auch dem Abteil entnommene
Raumluft zusammen mit dem aufsteigenden Luftstrom des Grundanteiles erneut umgewälzt
werden.
-
Bei Klimaanlagen für Reisezugwagen erfolgt die Steuerung der Heiz-
bzw. Kühlleistung des Grundanteiles, d.h. also die Ein- und Abschaltung des Lufterhitzers
6 bzw. des Verdampfers 5 unter Zugrundelegung des vorbestimmten Besetzungsgrades,
meist der Vollbesetzung des Wagens, in Abhängigkeit von den Außeneinflüssen auf
die Temperatur im Wageninneren. Zu diesem Zweck ist am Dach des Reisezugwagens der
nur in Fig. 2 eingezeichnete Außenklimafühler 18 vorgesehen, welcher die Außeneinflüsse
auf die Temperatur im Wageninneren, insbesondere die Außentemperatur, die Sonneneinstrahlung
und den Fahrtwind erfaß.t. Ein weiterer Temperaturfühler 19 ist im Grundluftkanal
8 angeordnet.
-
Die Fühler 18 und 19 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, an die Eingänge
eines Regelverstärkers 20 geschaltet, dessen Ausgang mit dem ersten Eingang eines
nachgeschalteten Differenzverstärkers 21 verbunden ist. Das digitale Spannungssignal
UH, im Falle Heizung ein"+ bzw. "aus" 0, ausgelöst z.B.
-
vom Innentemperaturfühler 173, wird über ein beispielsweise aktives
Glättungsglied G in ein analoges Signal UG (z.B. 4 V) umgesetzt. Dieses Glättungsglied
enthält bei elektronischen Regelungen, wie an sich bekannt, außer dem Widerstand
und der Kapazität, auch ein aktives Glied in Form eines Verstärkers. Das analoge
Signal UG wird über eine Verbindungsleitung S, deren Spannung U5 wegen des vorliegenden
Gatters aus allen Dioden D stets gleich der kleinsten Spannung aus allen tb'..10ist,
weitergegeben an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers 21 und veranlaßt eine
Verschiebung der vom Regelverstärker 20 vorgegebenen Regelcharakteristik, die in
den ersten Eingang des Differenzverstärkers 21 eingeht.
-
Die den Dioden D jeweils nachgeordneten großen Kondensatoren C haben
lediglich die Aufgabe, eine Rückbeeinflussung der Diodenanordnung durch von Starkstromleitungen
in der Verbindungsleitung S induzierte Spannungsspitzen zu verhindern.
-
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 21 wird im dargestellten
Falle einem Trigger 22 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Stellglied 23 für die Ein-
und Abschaltung des Lufterhitzers 6 bzw. des Verdampfers 5 verbunden ist.
-
An die Stelle des Triggers 22 könnte auch ein anderes Steuerglied
zur stetigen Regelung der Heiz- bzw. Kühlleistung des Klimaaggregates für den Grundanteil
treten.
-
Patentansrüche: