DE2754257A1

DE2754257A1 - Vorrichtung zum austausch von waerme zwischen zuluft und abluft in einem raum

Info

Publication number: DE2754257A1
Application number: DE19772754257
Authority: DE
Inventors: Hans Hedbom
Original assignee: Carl Munters AB
Current assignee: Carl Munters AB
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1978-06-29
Also published as: US4200147A; DE2754257C3; CA1097337A; DE2754257B2; SE7614240L

Description

Patentanwalt· 2 7 5 A 2 5 7 DIpI. Ing. H. Heuck Dip!. Phys. W. Schmitz Dipl. Ing. E. Graatfs DIpI. Ing. W. VVohnert Dipl. Phys. W. Carstens Dr.-Ing. W. Döring

AKTIEBOLÄGET CARL MUNTERS MowtetreBe 23

80OO München 2

Industrivägen 2

S-191 47 SOLLENTUNA/Schweden

München, 6. Dezember 1977 Anwaltsakte: M-4458

Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Zuluft und Abluft in einem Raum.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen zu einem Raum strömender und aus ihm austretender Luft, sog. Zuluft und Abluft, und zusammengesetzt aus zwei Wärmeaustauschern mit jeweils voneinander getrennten, jedoch in wärmeaustauschender Verbindung miteinander stehenden Gruppen von Durchlässen, von denen die eine Gruppe von einer durch Leitungen zwischen den beiden Austauschern umgewälzten Flüssigkeit durchströmt wird, während die andere Gruppe von je einem der beiden Luftströme durchstrichen wird. Ein Lüftungsaustauscher dieser Art hat meistens einen schlechteren Wirkungsgrad als ein Austauscher der regenerativen Bauart, dessen Rotor durch die beiden Luftströme durchstrichen wird und dabei Wärme zwischen diesen überführt. Der Vorteil einer Vorrichtung mit voneinander getrennten Wärmeaustauscheinheiten besteht u.a. darin, dass, während der regenerative Austauscher voraussetzt, dass die Luftkanäle für die beiden Luftströme zu ihn gezogen werden müssen, die getrennten Einheiten dort eingebaut werden können, wo für sie im Gebäude Pltz ist, z.B. im Keller und Bodenraum einer Villa. Die verbindenden FlUssigkeitsleitungen benötigen einen wesentlich kleineren Querschnitt als der Luft-

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kanal des regenerativen Austauschers und lassen sich daher leichter im Gebäude verlegen. Dies gilt insbesondere dann, wenn man die Wärmewirkschaftlichkeit in einem vorhandenen Gebäude durch Einbau von Lüftungsaustauschern verbessern will.

Das Bedürfnis, den Wärmegehalt der entweichenden Lüftungsluft weitestmöglich zurückzugewinnen, ist im Winter besonders gross, und demzufolge ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung die Sicherstellung eines Abtauens der Abluftaustauscher, in denen die entweichende Luft durch Wärmeabgabe an die umgewälzte Flüssigkeit oft einen relativen Feuchtigkeitsgehalt von 100 % und eine so niedrige Temperatur erreicht, dass sich Feuchtigkeit kondensiert und einen Eisbelag auf den Wänden der Luftdurchlässe bildet. Dieses Abtauen soll gernäss der Erfindung so durchführbar sein, dass sich die Temperatur hinter dem Zuluftaustauscher nicht nennenswert ändert. Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in einem Flüssigkeit von dem Abluftaustauscher zu dem Zuluftaustauscher fördernden Leitungsteil ein Gefäss zum Speichern einer Menge der in dem Abluftaustauscher erwärmten Flüssigkeit vorgesehen ist, und dass der Abluftaustauscher mittels eines Ventilglieds und einer querverlaufenden Leitung umgehbar ist, derart, dass eine Umwälzung der warmen Flüssigkeit zwischen dem Gefäss und dem Zuluftaustauscher aufrecht erhalten wird, während ein Abtauen des Abluftaustauschers mit Hilfe der Abluft stattfindet.

Die Wärmeaustauschereinheiten v/erden oft verschieden hoch eingebaut, und dann ist es ein weiterer Zweck der Erfindung, den Flüssigkeitsdruck in der unteren Wärmeaustauscheinheit auf einem niedrigen Viert zu halten, was die Ausformung und den Betrieb der Wärmeaustauscher vorteilhaft beeinflusst. Hierzu ist in wenigstens einer der im Umwälzkreis enthaltenen Leitungen, vorzugsweise der Leitung mit abwärts gerichteter Strömung der Flüssigkeit, ein Gefäss vorgesehen zwecks Speicherung eines Flüssigkeitsvolumens unter wesentlich niedrigerem Druck als dem, der dem Druck der oberhalb des Gefässes stehenden Flüssigkeitssäule entspricht. Hierbei kann das Speichergefäss

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mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung stehen.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf zwei auf den anliegenden Zeichnungen beispielsweise dargestellte Ausführungsformen näher beschrieben werden. Beide Ausführungsformen sind in den Fig. 1 und 2 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Dieselben Bezeichnungen sind in den beiden Figuren für dieselben bzw. einander entsprechende Teile benutzt worden.

In den Zeichnungsfiguren sind die beiden Wärmeaustauscher mit 10 und 12 bezeichnet. Sie können beide dieselbe Ausgestaltung aufweisen und z.B. so ausgeführt sein, wie aus der US-PS 3 256 930 hervorgeht. Sie sind mittels Schichten in Durchlässe für die Luft abwechselnd mit Durchlässen für eine umgewälzte Flüssigkeit aufgeteilt. Die spalteriförmigen Durchlässe für die Luft sind an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Seiten offen, während die dazwischenliegenden Flüssigkeitsdurchlässe geschlossen und an einem gemeinsamen Einlass und Auslass angeschlossen sind. In den Zeichnungsfiguren wird die eintretende Zuluft oder Frischluft gemäss dem Pfeil IU dem Wärmeaustauscher 10 zugeführt, während die entweichende Abluft, d.h. die verbrauchte Raumluft,aus dem Raum gemäss dem Pfeil 16 durch den Wärmeaustauscher 12 austritt. Die Luft- und Flüssigkeitsströme können gegeneinander oder quer zueinander strömen.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 hat der Zuluftaustauscher 10 im Raum oder Gebäude eine höhere Lage als der Abluftaustauscher 12. Von letzterem führt eine Leitung 18, für die erwärmte Flüssigkeit zu dem Zuluftaustauscher 10, wobei in dieser Leitung eine Pumpe 20 und ein Gefäss 22 angebracht sind. Dieses Gefäss nimmt ein so grosses Flüssigkeitsvolumen auf, dass ein Wärmepuffer erhalten wird, wie weiter unten näher erklärt werden soll. Die Leitung 19 kann bis über den Wärmeaustauscher 10 hinaus hochgezogen sein, um hier in einen Ueberlaufauslass 24 zu münden.

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Nachdem die Flüssigkeit Wärme an die Zuluft abgegeben hat, läuft sie abgekühlt durch eine Leitung 26 zu einem Expansionsgefäss 28. Dieses steht durch eine Leitung 30 an seinem Oberteil in Verbindung mit der Aussenatmosphäre, was bedeutet, dass die Verbindungsleitung 32 zwischen dem Gefäss 28 und dem unteren Wärmeaustauscher 12 eine Flüssigkeitssäule enthält, die wesentlich kleiner ist als ein im höher Unterschied zwischen dem Wärmeaustauschern 10 und 12 entsprechende Flüssigkeitssäule. Ein Rückschlagventil 33 kann in der Leitung 18 z.B. zwischen der Pumpe 20 und dem Gefäss 22 vorgesehen sein, sodass der Flüssigkeitsdruck auch dann, wenn die Pumpe aufhören sollte zu arbeiten, nicht in der ganzen Höhe des Systems wirken kann. Die Schichten in dem Wärmeaustauscher, die die Flüssigkeitsdurchlässe bilden, werden somit nur einem niedrigen Flüssigkeitsdruck ausgesetzt. Dies erleichtert die Wahl des Werkstoffs und die Stärke der Schichten, was seinerseits vorteilhaft auf den Wirkungsgrad und die Herstellungskosten für die Wärmeaustauscher einwirkt. Zwischen den beiden Umwälzleitungen für die Flüssigkeit ist eine Querleitung 34 vorgesehen, die an die abwärts führende Leitung 32 über ein Dreiwegeventil 36 angeschlossen ist. Die Leitung 34 ist an die Steigleitung 18, 19 unterhalb der Pumpe 20 angeschlossen.

Bei regelmässigem Betrieb nimmt das Ventil 36 eine Lage ein, bei der eine Umwälzung der Flüssigkeit zwischen den beiden Wärmeaustauschern stattfindet, wobei der Flüssigkeit in dem Austauscher 12 Wärme aus der Abluft zugeführt wird. Diese Wärme geht dann in dem Austauscher 10 in die eintretende Zuluft über. Die hierbei abgekühlte Flüssigkeit geht über die Leitung 26, das Expansionsgefäss 28 und die Leitung 32 zu dem Wärmeaustauscher 12 zurück.

Wenn nun im Winter die Aussentemperatur z.B. -20 C beträgt und in dem Raum eine Temperatur von +20⁰C gehalten wird, werden den Wärmeaustauschern Luftströme von diesen Temperaturen zugeführt. Die Temperatur der Abluft kann, wenn der Wirkungsgrad der Austauscher mit 6 0 % angenommen wird und keine Abgabe von Feuchtigkeit zu dem Abluftaustauscher stattfindet, beim Austritt

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aus dem Austauscher 12 -4°C betragen, während die Zuluft von -2 0°C auf +U⁰C erwärmt wird. Die Flüssigkeit wird in dem Steigschenkel 18 einschliesslich des Wärmepuffers 22 eine Temperatur von +12⁰C aufweisen, während die Temperatur in der Flüssigkeit in der absteigende Leitung -12°C beträgt. Deswegen muss die Flüssigkeit, wenn sie beispielsweise Wasser ist, ein Gefrierschutzmittel wie Glykol enthalten. Die eintretende Luft kann z.B. mit Hilfe eines Heizkörpers auf eine höhere Temperatur erwärmt werden, bevor sie mit der Luft in den verschiedenen Räumen eines Gebäudes vermischt wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass die Temperatur in dem Abluftaustauscher 12 auf der FlUssigkeitsseite im Winter auf unter 0 C absinken kann. Andererseits kann der Feuchtigkeitsgehalt der Abluft verhältnismMssig hoch sein, derart, dass während der Abkühlung der Abluft im Austauscher der Taupunkt erreicht wird. Dies hat zur Folge, dass sich Feuchtigkeit in fester Form auf den Wänden der Luftdurchlässe niederschlägt. Um zu verhindern dass diese verstopft werden, muss daher die Austauscher gelegentlich abgetaut werden. Dies erfolgt dadurch, dass der Flüssigkeitsstrom zu dem Austauscher 12 unterbrochen wird, sodass durch den Austauscher nur die verhältnismässig warme Abluft hindurchgeht, wobei der Eisniederschlag schmilzt und aus den lotrechten Durchlässen im Austauscher abrinnt. Gemäss der Erfindung wird dieses Abtauen dadurch erzielt, dass das Ventil 36 in eine Lage umgeschaltet wird, bei der ein geschlossene Kreis durch die Leitung 34 unter Umgehung des Abluftaustauschers 12 gebildet wird. Hierdurch wird eine fortgesetzte Umwälzung der Flüssigkeit durch den Zuluftaustauscher 10 über die Leitung 34 aufrechterhalten, wobei die verhältnismässig warme Flüssigkeit weiterhin von dem Wärmepuffer 22 zu dem Zuluftaustauscher 10 und von dort über die Leitung 26, das Expansionsgefäss 28 und das Ventil zu der Leitung 34 zurückströmt. Die Zuluft wird also auch jetzt erwärmt, sodass sie beim Austritt aus dem Zuluftaustauscher keine beschwerlich niedrige Temperatur aufweist.

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Der Värmepuffer 22 hat hierbei ein so grosses Volumen, dass die gespeicherte Wärme ausreicht, um die Temperatur der Zuluft während des Abtauens des anderen Austauschers 12 nicht auf einen unzulässiq niedriqen Wert absinken zu lassen. Wenn danach das Dreiwegeventil 36 in seine normale Betriebslage zurückgeführt wird, geht die Flüssigkeitsumwälzung erneut zwischen den beiden Austauschern vor sich, so dass die Flüssigkeit von der Abluft erwärmt wird. Ein Gleichgewichtszustand tritt nach kurzer Zeit erneut ein. Das Expansionsgefäss 28 kann ein wesentlich kleineres Volumen haben als der Wärmepuffer 22.

Die Ausführungsform gemäss der Fig. 2 unterscheidet sich von der gemäss Fig. 1 dadurch, dass der Abluftaustauscher 12 höher gelegen ist als der Zuluftaustauscher 10. Der Wärmepuffer 22, der zugleich als Expansionsgefäss dienen kann, ist in diesem Fall in der abwärts gehenden Leitung 26, durch die die in dem Abluftaustauscher erwärmte Flüssigkeit hindurchgeht, angebracht. Das Innere des Wärmepuffers 2 2 steht unter atmosphärischem Druck und hat daher einen als Ueberlauf ausgebildeten Auslass 30. Der Abluftaustauscher 12 wird zwecks Abtauens dadurch ausgeschaltet, dass man das Dreiwegeventil 36 umstellt, derart, dass die Umwälzung stattdessen über die Leitung 34 verläuft. Die in dem Wärmepuffer 22 gespeicherte Wärme kommt während dieser Umwälzung dem Zuluftaustauscher zu gute.

Das Volumen des Wärmepuffers 22 kann so abgewogen sein, dass sich die Temperatur der Zuluft bei dem Abtauvorgang nur um einige wenige Grade ändert.

In der Steigleitung 19 und in der Sturzleitung 26 können, wie aus den Zeichnungsfiguren ersichtlich, Absperrventile 35 bzw. 37 vorgesehen sein.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt, sondern l-jsst sich in weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrundeliegenden Leitgedankens abwandeln. Anfang und Ende des Abtauintervalls lassen sich mit Hilfe geeigneter Mittel regeln, z.B. eines Geräts, das auf den Druckabfall auf der Abluftseite im Abluftaustauscher anspricht.

Patentansprüche

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Leersei te

Claims

Patentansprüche

(ij Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen zu einem Raum hin und aus ihm entweichender Luft, sog. Zuluft und Abluft, und zusammengesetzt aus zwei Wärmeaustauschern mit jeweils voneinander getrennten, jedoch in wärmeaustauschender Verbindung miteinander stehenden Gruppen von Durchlässen, von denen die eine Gruppe von einer durch Leitungen zwischen den beiden Austaüschern umgewälzten Flüssigkeit durchströmt wird, während die andere Gruppe von je einem der beiden Luftströme durchstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Flüssigkeit von dem AbIuftaustauscher zu dem Zuluftaustauscher (10; 12) fördernden Leitungsteil (18, 19; 26, 32) ein Gefäss (22) zum Speichern einer Menge der in dem Abluftaustauscher (12) erwärmten Flüssigkeit vorgesehen ist, und dass der AbIuftaustauscher mittels eines Ventilglieds (36) und einer querverlaufenden Leitung (34) umgehbar ist, derart, dass eine Umwälzung der warmen Flüssigkeit zwischen dem Gefäss (22) und dem ZuIuftaustauscher (10) aufrecht erhalten wird, während ein Abtauen des AbIuftaustauschers (12) mit Hilfe der Abluft stattfindet.
2. Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen zu einem Raum hin und aus ihm austretender Luft, sog. Zuluft und Abluft, und zusammengesetzt aus zwei Wärmeaustauschern mit jeweils voneinander getrennten, jedoch in wärmeaustauschender Verbindung stehenden Gruppen von Durchlässen, von denen die eine von einer durch Leitungen zwischen den beiden verschieden hoch gelegenen Austauschern umgewälzt wird, während die andere Gruppe von je einem der beiden Luftströme durchstrichen wird, beispielsweise nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h net, dass in wenigstens einer (26, 32) der im Umwälzkreis enthaltenen Leitungen,

ORiGlNAL INSPECTED 809826/0600

vorz ugswei se der Leitung mit abwärts gerichteter Strömung der Flüssigkeit, ein Gefäss (28) vorgesehen ist zwecks
Speicherung eines Flüssigkeitsvolumens unter wesentlich
niedrigerem Druck als dem, der dem Druck der oberhalb
des Gefässes (28) stehenden Flüssigkeitssäule entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e
kennzei chnet, dass das Speichergefäss (28) mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht.

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