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Oberbegriff des Ansprücher
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Der oder die Wärmetauscher solcher Ventiltorkonvektoren werden von
der Klimazentrale aus mit wärmem und kaltem Wasser zum Heizen bzw. Kühlen der sie
durchströmenden Luft beschickt, wobei es sich bei dieser Luft um Umluft des betreffenden
Gebäuderaumes handelt, die der Ventilatorkonvektor aus diesem Raum ansaugt und in
ihn zurück bläst. Bei dem Raum handelt es sich normalerweise um dem Aufenthalt von
Personen dienenden Räume von Gebäuden, Schiffen oder dergl..
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Die Ventilatoren derartiger Ventilatorkonvektoren sind normalwerweise
Radialventilatoren oder Querstromgebläse, doch kommen auch andere Ventilatortypen
gegebenenfalls infrage. Bei wasserseitiger Steuerung des oder der Wärmetauscher
findet die Steuerung mittels ihren Wärmeträgerdurchfluß steuernden Ventilen statt.
Bei luftseitiger Steuerung ihrer Wärme- oder Kälteleistung ist der Luftdurchsatz
durch die Wärmetauscher mittels Klappen zwischen abgesperrt und maximal verstellbar.
Die Klappen werden vorzugsweise durch mindestens einen pneumatischen Arbeitszylinder
gesteuert, dessen Arbeitsdruck proportional zur
Raumtemperatur verstellt
wird. Bei derartigen Ventilatorkonvektoren ist es meist üblich, und die Erfindung
bezieht sich vorzugsweise auf solche Ventilatorkonvektoren, zu dem jeweils heizenden
oder kühlenden Wärmetauscher einen Bypass vorzusehen, durch den der Ventilator ebenfalls
Umluft ansaugt, die jedoch nicht gekühlt oder enÆkut wird. Diessr Bypass enthält
bei luftseitiger Steuerung.der Wärmetauscher des Ventilatorkonvektors normalerweise
keinen Wärmetauscher, jedenfalls dann nicht, wenn die Wärmetauscher ständig von
kaltem bzw. warmem Wärmeträgermedium durchströmt sind.
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Bei wasserseitiger Steuerung der Wärmetauscher oder bei luftseitiger
Steuerung mit alternativer wasserseitiger Absperrung der Wärmetauscher kann man
auch vorsehen, daß der Bypass durch den wasserseitig abgesperrten Wärmetauscher
gebildet ist, der also dann die ihn durchströmende Luft nicht kühlt und nicht beheizt.
Der Bypass ist im neutralen Zwischenbereich, der einem Raumtemperaturdifferenzbereich
von meist 0,3 bis 1 0c entspricht, geöffnet. Wenn der Ventilatorkonvektor nur einen
einzeigen Wärmetauscher mit wasserseitiger Steuerung- aufweist, ist kein Bypass
nötig. Im neutralen Zwischenbereich bildet der Wärmetauscher jedoch weiterhin einen
Umluftetnlaß. Zwischen dem Heizbereich und dem Kühlbereich von Vent£atorkonvektoren,
auf die sich die Erfindung besieht, befindet sich also stets ein neutraler Bereich,
in welchem der Ventilator bisher eingeschaltet blieb. Auch in diesem Bereich wurde
folglich ständig elektrische Energie zum Antrieb des Ventilators verbraucht.
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Diese Energie verursacht in der Gesamtbilanz nicht unerhebliche Betriebskosten,
und wirkt sich auch in der Erwärmung der den Ventilator durchströmenden Luft aus,
so daß entsprechend früher mit dem Kühlen begonnen werden muß und hierdurch noch
zusätzlicher Energiemehrverbrauch
entsteht. Es ist jedoch erwünscht,
den Energieverbrauch derartiger Ventilatorkonvektoren möglichst gering zu halten.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, den Energieverbrauch derartiger
Ventilatorkonvektoren auf einfache Weise zu senken.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 angegebene Maßnahme gelöst.
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Indem der Ventilator in dem neutralen Zwischenbereich zwischen den
beiden Leistungsbereichen Heizen und Kühlen selbsttätig ausgeschaltet ist, läßt
sich in der Gesamtenergiebilanz erheblich Energie für den Betrieb des Ventilators
einsparen. Zusätzlich wird Energie noch dadurch eingespart, daß der Beginn des Kühlens
wegen des abgeschalteten Ventilators hinausgeschoben wird.
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Im einfachsten Fall kann vorgesehen sein, daß der Ventilator nur eine
einzige Drehzahl hat.
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Es ist jedoch noch energiesparender, vorzusehen, daß der Ventilator
mit zwei unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden kann, was bspw. mittels
eines polumschaltbaren Asynchronmotors oder auf andere bekannte Weise stattfinden
kann. Das Verhältnis der beiden Drehzahlen kann oft zweckmäßig 2:1 betragen oder
es können auch andere geeignete Drehzahlverhältnisse, oft vorteilhaft auch mehr
als zwei Drehzahlen, vorgesehen sein .- Es ist besonders zweckmäßig, vorzusehen,
daß die höchste Drehzahl des Ventilators nur bei hohen Kühlleistungen eingeschaltet
wird und in dem übrigen Kühlleistungsbereich und in dem gesamten Heizleistungsbereich
nur die niedrigere oder die niedrigeren Drehzahlen
des Ventilators
selbsttätig in vorbestimmter Weise eingeschaltet werden. Hierdurch wird besonders
viel Antriebsenergie für den Ventilator eingespart. Und zwar ist die spezifische
Flächenkühlleistung des kühlenden Wärmetauschers infolge der geringen Temperaturdifferenz
zwischen der Temperatur des Kühlmediums und der Raumluft erheblich niedriger als
die spezifische Flächenheizleistung des heizenden Wärmetauschers, so daß man zweckmäßig
die Wärmetauscher so auslegen kann, daß die höchste Ventilatordrehzahl nur bei hohen
Kühlleistungen benötigt wird.
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Bei dem den oder die Wärmetauscher durchströmenden Kühlmedium und
Heizmedium handelt es sich normalerweise um Wasser, das Von zentralen Aufbereitungsstellen
kommt.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung, die zu noch höheren Energieeinsparungen
für den Ventilatorantrieb führen kann, besteht darin, daß man im Heiz- und Kühlbereich
stetige Verstellung der Ventilatordrehzahl vorsieht, wobei die Drehzahl mit zunehmender
Heizleistung und Kühlleistung jeweils stetig erhöht wird. Zu diesem Zweck kann der
Antriebsmotor des Ventilators bspw. ein drehzahlsteuerbarer Gleichstrommotor sein.
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Da die Steuerung des Heizen und des Kühlens mittels eines oder mehreren
Stellmotoren erfolgt, kann man vorsehen, daß das Ein- und Ausschalten des Ventilators
bzw. dessen stufenweise oder stetige Drehzahlverstellung mittels einer elektrischen
Schaltvorrichtung und/oder einer Drehzahlstellvo£richtung erfolgt, die durch den
oder die Stellmotoren direkt oder über von ihm bzw. ihnen angetriebenen Teilen mitbetätigt
wird.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische, teilgeschnittene Seitenansicht eines Ventilatorkonvektors
einer nicht in näheren Einzelheiten dargestellten Klimaanlage, Fig. 2 ein Diagramm,
dessen Abszisse der Rauntemperatur T im Proportionalbereich eines nicht dargestellten,
den Ventilatorkonvektor nach Fig. 1 steuernden Raumtemperaturreglers und dessen
Ordinate der Drehzahl U des Ventilators dieses Ventilatorkonvektors entspricht.
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Der in Fig. 1 dargestellte Ventilatorkonvektor 10 ist mit Ausnahme
der Drehzahlsteuerung seines Ventilators 11 von bekannter Bauart, desgleichen der
seinen mindestens einen nicht targestellten Stellmotor steuernde, ebenfalls nicht
dargestellte Temperaturregler.
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Dieser Ventilatorkonvektor 10 ist in einer Nische 12 unterhalb eines
nicht dargestellten Fensters eingebaut und weist ein Blechgehäuse 13 auf, an dessen
Vorderseite übereinander ein Wärmetauscher 14 für Heizen und ein Wärmetauscher 15
für Kühlen angeordnet sind. Oberhalb des Wärmetauschers 15 beginnt ein Bypass 16
für Umluft, der keinen -Wärmetauscher enthält. Stromabwärts der beiden Wärmetauscher
14,15 befindet sich im Gehäuseinneren der Einlaß 17 eines nach oben führenden Luftschachtes
18,in dem der Ventilator 11 zum Fördern der Luft angeordnet ist, der bspw.
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vin Querstromgebläse sein kann. Dieser Ventilator 11 bläst die von
ihm aus dem betreffenden Raum 9 angesaugte Umluft durch den Auslaß 20 des Gehäuses
13 und den Durchbruch 21
in der Decke19 der Nische 12 in den Raum
9 zurück.
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Die beiden Wärmetauscher 14,15 seien in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ständig von Kühlwasser bzw. Heißwasser durchströmt und werden luftseitig durch je
eine Klappe 22,23 gesteuert. In der dargestellten Stellung befindet sich die dem
Heizen dienenden Wärmetauscher 14 zugeordnete Klappe 22 in einer Mittelstellung,
in der der Ventilator 11 etwa zur Hälfte Luft durch den Wärmetauscher 14 hindurch
und zur anderen Hälfte durch den Bypass 16 hindurch ansaugt, so daß sich die erwärmte
Luft mit der unerwärmten Bypass-Luft mischt. Der Wärmetauscher 15 ist dabei durch
die Klappe 23 abgesperrt. Die Klappen 22,23 steuern die Heizleistung bzw. Kühlleistung
wie üblich stetig.
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Im Diagramm nach Fig. 2 entspricht die Abszisse der Raumtemperatur
T und ein nicht dargestellter Raumtemperaturregler regelt die Temperatur des Raumes
9 durch Verschwenken mittels mild. eines Stellmotors der Klappe 22 und der Klappe
23/infolge der hierdurch bewirkten Leistungssteuerung des Ventilatorkonvektors 10.
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Der Temperaturregler hat einen Proportionalbereich von bspw. 2 bis
4°C Temperaturdifferenz. Die Raumtemperatur T ist bei maximaler Heizleistung am
niedrigsten, was der Stelle VH im Diagramm nach Fig. 2 entspricht. In diesem Diagramm
ist der Bereich von OH bis OK der neutrale Bereich, in welchem weder geheizt noch
gekühlt wird, also beide Klappen 22 und 23 sich in ihren die Wärmetauscher 14,15
absperrenden Stellungen befinden. Der Kühlbereich reicht von OK bis VK. Bei VK (
maximale. Kühlleistung)befindet sich die Klappe 23 in ihrer strichpunktiert dargestellten
Stellung, in der sie den Bypass 16 absperrt und maximalen Luftdurchsatz durch den
Wärmetauscher 15 zuläßt.
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Die Steuerung der Heizleistung erfolgt durch Verschwenken der Klappe
22. Wenn die Klappe 22 in ihrer unteren Grenzstellung auf einer Stufe 29 im Gehäuse
13 aufliegt, ist der Wärmetauscher 14 luftseitig abgesperrt und der Bypass 16 voll
geöffnet Die Klappe 22 betätigt in dieser Stellung einen Endschalter 27. Wenn die
Klappe 22bis in ihre obere Grenzstellung verschwenkt ist, in der sie an einem Anschlag
30 anliegt, liegt maximales Heizen (VK, Fig. 2) vor. Der Bypass 16 ist dann abgesperrt.
Wenn die Klappe in ihrer unteren Grenzstellung ankommt, entspricht dies der Stelle
OH in Fig. 2. Mit weiter ansteigender Raumtemperatur wird dann der neutrale Bereich
von OH bis OK durchlaufen und ab Raumtemperatur OK aufwärts findet dann Kühlen statt.
Hierzu wird die Klappe 23 aus ihrer dargestellten Absperrstellung verschwenkt. In
ihrer voll ausgezogen dargestellten Absperrstellung betätigt die Klappe 23 ebenfalls
einen Endschalter 31.
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Es sei nun die Steuerung des Ventilators 11 an einigen bevorzugten
Beispielen an Hand der Fig. 2 näher erläutert.
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Im neutralen Bereich ist der Ventilator 11 stets ausgeschaltet. Dies
wird durch die Endschalter 27 und 31 bewirkt.
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Solange der Endschalter 27 nicht gedrückt ist, also die Klappe 22
sich nicht in ihrer untersten Stellung befindet ist Ebenfalls ist der aer Schalter
27 geschlossen und der Ventilator 11 eingeschaltet. / Ventilator 11 stets eingeschaltet,
solange der Endschalter 31 durch die Klappe 23 nicht betätigt und damit geschlossen
ist. Zu diesem Zweck können diese beiden Endschalter 27,31 wie in Fig. 1 strichpunktiert
angedeutet, in zwei zueinander parallel geschalteten Stromzuleitungen zu dem Ventilator
11 liegen,
32 die beide an dieselbe Stromquelle/angeschlossen sind.
Wenn beide Schalter 27,31 geöffnet sind, sich also beide Klappen 22,23 in ihren
die Wärmetauscher 14,15 absperrenden Stellungen befinden (neutraler Bereich OH-OH),ist
Ventilatormotor 11 also stets abgeschaltet und im von Vfl bis OH reichenden Heizbereich
und im von OK bis VK reichenden Kühlbereich ist er stets eingeschaltet. Wenn der
Ventilator eine einzige Drehzahl hat, entspricht dies der punktierten Kurve 37 in
Fig. 2 Wenn der Ventilator 11 einen Antriebsmotor hat, der ihn mit zwei unterschiedlichen
Drehzahlen antreiben kann, also bspw. die in Fig. 2 mit 11111 und "" bezeichneten
beiden Drehzahlstufen hat, dann kann die in Fig. 2 durch die voll ausgezogene Kurve
40 dargestellte Drehzahlsteuerung stattfinden, indem man bspw. zusätzlich zu den
beiden Schaltern 27 und 31 noch einen weiteren Endschalter anordnet, der dem Einschalten
der höheren Drehzahl dient und bspw. von der Klappe 23 betätigt ist, solange sich
diese Klappe in dem in Fig. 2 eingezeichneten, von a bis VK reichenden Bereich hoher
Kühlleistungen befindet, so daß im Bereich von a bis VK bis zur maximalen Kühlleistung
VK der Ventilator stets mit der höheren Drehzahl läuft. In dem übrigen Kühlleistungsbexeich
wie auch im gesamten Heizleistungsbereich ist bei der Kurve 40 stets die niedrigere
Drehzahl des Ventilators eingeschaltet. Im neutralen Bereich OH - OK ist der Ventilator
11 ständig ausgeschaltet.
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Wenn eine stetige Drehzahlverstellung des Ventilators 11 vorgesehen
ist, kann bspw.die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Drehzahlkurve des Ventilators
11 vorgesehen sein.
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Wenn beispielsweise die Drehzahl des Ventilators 11 mittels Widerständen
stetig verstellbar ist, können diese Widerstände durch den oder die die Klappen
22,23 verstellenden Stellmotoren in der erforderlichen Weise mitverstellt werden.
Zum Ein- und Ausschalten des Ventilators 11 können die Endschalter 27,31 dienen.
In diesem zweckmäßigen gemäß der gestrichelten Kurve 41 so Ausführungsbeispiel ist
die stetige Drehzahlverstellung / getroffen, daß die bei voller Heizleistung VH
vorliegende Drehzahl des Ventilators 11, die der höchsten Drehzahl im Heizleistungsbereich
zu z le is entspricht, erheblich kleiner als die höchste Drehzahl im Kühlleistungsbereich
bei maximaler Kühlleistung an der Stelle VK ist. Die Drehzahl wird sowohl im Heizleistungsbereich
als auch im Kühlleistungsbereich von unteren Grenzwerten, die an den Stellen OH
bzw. OK bei beginnendem Heizen bzw. beginnendem Xühlen eingeschaltet werden, stetig
in Richtung auf die maximale Heizleistung bzw. maximale Kühlleistung zu erhöht.
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Die beschriebenen elektrischen Schalt- und Drehzahlstellvorrichtungen
sind natürlich nur bspw. und es sind zahlreiche andere Schalt- und Drehzahlstellvorrichtungen
zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten bzw. zur selbsttätigen Drehzahlverstellung
des Ventilators 11 möglich.
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L e e r s e i t e