DE29808861U1

DE29808861U1 - Turbokühlturm

Info

Publication number: DE29808861U1
Application number: DE29808861U
Authority: DE
Original assignee: DITTRICH CLEMENS
Current assignee: DITTRICH CLEMENS
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2008-05-19

Description

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BESCHREIBUNG

Kühleinrichtung für Zuluft von Räumen

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für die Zuluft von Räumen die üblicherweise mir einem Kälteerzeuger, einem Wärmetauscher und einem Ventilator ausgeführt wird.

Derartige Kühleinrichtungen sind in vielfältiger Art Stand der Technik. Diese zeichnen sich dadurch aus, daß Sie üblicherweise mit einem Kälteerzeuger arbeiten, der ein Kältemittel in einem Kreislauf über eine Kompressions- und Kondensationsstufe umwälzt. Die dabei angewendeten Kältemittel werden heute als bedenklich eingestuft.

Ebenso sind kältemittelfreie Zuluftkühler, die mit sogenannten Luftwäschern (Düsenstockbefeuchter) arbeiten, Stand der Technik. Diese Systeme arbeiten in einer vielfältigen Weise.
Die einfachsten Systeme verwenden die Zuluft, die über die adiabate Feuchteaufnahme der Luft die Zuluft abkühlen. Hierbei besteht die Problematik, daß die Zuluft feuchter als die Außenluft ist. Des weiteren sind Anlagenzusammenstellungen bekannt, die die Abluft Uhtetf ÜbefsättSglihg abkühlen uhd elfte Wälrmejrückgewihhühg übejr-dfe· Nachverdampfung durchführen. Auch dieses System hat die Problematik, daß die Zuluft für ein behagliches Klima im zu belüftenden Raum zu feucht ist und zur Verwendung in Lüftungsanlagen eine zusätzliche Entfeuchtungsanlage installiert werden muß die mit sehr hohen Energieaufwand eine Zuluftqualität für ein behagliches Raumklima erzeugt.

Die vorliegende Erfindung zeigt hierfür eine bessere Lösungsmöglichkeit auf.

Der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kühleinrichtung zu schaffen, die ohne Kältemittel funktioniert und bei der adiabaten Kühlung durch Luftwäscher (Düsenstockbefeuchter) eine ausreichende Kühlleistung mit einer regelbaren Konditionierung der Zuluft erzielt. Dabei wird eine Zuluftqualität zu erreicht, die einen behaglichen Raumzustand ermöglicht. Dies bedeutet, daß eine Entfeuchtung der Zuluft, ähnlich wie bei herkömmlichen Kühleinrichtungen mit Kältemitteln, stattfindet.

Dabei ist wichtig, daß der Energieeinsatz nicht größer als bei den Kühlanlagen mit Kältemittel ist.

Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung arbeitet ausschließlich mit Wasser das verdunstet und an die Umgebung abgegeben wird. Der Energieeinsatz ist gering.

Die Anlage ist deshalb besonders Umweltschonend, da keine Kältemittel verwendet werden.

Die Gesamtanlage ist in einem Kompaktgeräteaufbau wie bei bekannten Lüftungsanlagen für Zu- und Abluft untergebracht. Eine andere Aufstellweise ist ebenfalls denkbar.

Die Anlage ist in feinen Abstufungen regelbar und somit den Anforderungen der Lüftungstechnik über den Jahresgang angepaßt.

Die Anlage ist sowohl irn Sommer: als auch iri der Übergangszeit und im:

Winter als sogenannte freie Kühlung zu betreiben.

Der Energieeinsatz besteht ausschließlich in der Pumpenenergie für die Befeuchter, die Energie für einen zusätzlichen Ventilator und eventuelle Antriebsenergien für die Wärmerückgewinnungssysteme. Insgesamt ist ein geringerer Energieaufwand als bei herkömmlichen Systemen notwendig.

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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 und erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: Eine schematische Darstellung für die

Kühleinrichtung

Figur 2: Ein hx - Diagramm der stattfindenden

Prozesse

In der Figur 1 ist ein Schema der Kühlvorrichtung dargestellt, die zur Kühlung bzw. Klimatisierung der Zuluft von Räumen vorgesehen ist. Die Temperatur und Feuchte der Zuluft ist regelbar.

Die dem Raum entnommene Abluft (20) wird über ein Kanalnetz mit Hilfe eines Ventilators (17) oder dergleichen abgezogen und durch die erste Kühlvorrichtung mittels eines Wärmetauschers (12) transportiert. Dieser Wärmetauscher (12) dient als Vorkühleinrichtung, der bewirkt, daß die Abluft (20) so weit als möglich abgekühlt wird. Diese Vorkühleinrichtung (12) kann vielfältig ausgebildet werden. Vorzugsweise wird diese wie im Ausführungsbeispiel als Kältererzeuger (11) mit Ventilator (18) und Wärmetauscher (12) ausgestattet. Vorzugsweise ist hier Außenluft (22) zu verwenden. Es kann jedoch auch jede andere zur Verfügung stehende Luft verwenden, wobei gilt, je geringer die Enthalpie der Luft ist, desto besser ist die Wirkungsweise. Die Außenluft (22) wird in dem Kälteerzeuger (11) adiabat (Enthalpie konstant) oder annähern adiabat abgekühlt. Dabei wird vorzugsweise eine Übersättigung den Luft erreicht: Dies bewirkt eine möglichst große: Temperaturdifferenz für den Wärmetauscher (12) um die Abluft (20) des

Raumes so weit wie möglich vorzukühlen. Die Luft wird anschließend über einen geeigneten Ventilator (19) ins Freie transportiert.

In der vorstehend beschriebenen Vorkühleinrichtung (12) wird die Abluft

(20) des Raumes bis annähernd der Sättigungslinie bei gleichbleibenden Wassergehalt der Luft abgekühlt.

Anschließend wird diese Luft dem Kälteerzeuger (13) zugeführt, wobei hier eine weitere Abkühlung verbunden mit einer Befeuchtung stattfindet. Dabei ifijndiet efrie ejiiebföche ÜbejrsäWgiuhg d^Lu? stjatK; Anschließend wird die Luft einem weiteren Wärmetauscher (14) zugeführt, der die eigentliche Außenluft (22) des Raumes auf die gewünschte Temperatur abkühlt.

Hierbei erfährt die als Zuluft für den Raum gedachte Luft keine Befeuchtung, sondern auf Grund des inzwischen niedrigen Temperaturniveaus der Luft (5) findet eine Kondensation der Außenluft im Wärmetauscher statt, was zu einer Entfeuchtung führt. Dies begründet sich darin, daß die Temperatur bei (5) unter der Taupunkttemperatur von

(8) liegt.

Anschließend kann die Luft (9) in einem Nacherhitzer (15) wieder erwärmt werden, wodurch die relative Feuchte gesenkt wird, und über einen Ventilator (16) oder ähnliches und einem optionalen Kanalnetz dem Raum zugeführt werden.

Vorzugsweise auszuführende Geräteeigenschaften:

Die Kühleinrichtungen (11) (13) sind vorzugsweise als adiabate Luftbefeuchter ausgebildet, die eine Befeuchtung über die Sättigungslinie hinaus erreichen. Insbesondere sind dies Kaltdampfgeneratoren. Bei diesen Generatoren wird die eintretende Luft zunächst durch zwei Schwingkammern geführt, in denen die Luftströmung in Schwingung

versetzt wird, die im Infraschallbereich liegen. Aus speziell ausgeführten Düsen wird Wasser feinst zerstäubt und im Luftstrom verteilt. In der Kammer die von der Luft durchströmt wird, vermischt sich das entstehende Luft - Wasser - Gemisch zu einer kalten Verdampfung. In einem nachgeschalteten Reaktionsraum wird die eigentliche Sättigung der Luft erreicht Hier ist eine erhebliche Übersättigung den Luft zu realisieren^

Die Wärmetauscher (12) (14) sind vorzugsweise als Wärmerückgewinnungssysteme ohne Feuchteaustausch ausgebildet. Diese Systeme werden als rekuperative Wärmerückgewinner bezeichnet. Pie Wärmetjajusche haben vorzugsweise ejjne Übejijragjungsliefistjuhg der Wärme von mindestens 70 %. Eine Ausführung ist in vielfältigen Varianten denkbar. Als Beispiel zählen hier Kreuzstrom-Wärmetauscher oder Wärmeräder ohne Feuchteübertragung. Wichtig für die Funktionsweise ist äabejü dßjß due Übejiragjungßfljäphen von dßf: kühjjejreh Luftschicht so jwejjt; abgekühlt werden, daß eine Kondensation an der anderen Luftschicht ermöglicht wird und die verschiedenen Luftströmungen nicht miteinander verbunden werden. Dadurch würde dann eine Feuchteübertragung zwischen den Luftströmungen ermöglicht werden, was nicht erwünscht ist. Dies gilt des weiteren für das gesamte System der Luftströmungen.

Für die vorzugsweise benutzte Systemzusammenstellung sind die ablaufenden thermodynamischen Prozesse in der Figur 2 im hx-Diagramm beispielhaft dargestellt. Hier wurde gemäß den einschlägigen Vorgaben als Jahresmaximum für die Berechnung der Kühllast der Wert für die Außenluft (22) mit 32 Grad Celsius und 40 % relative Feuchte angesetzt. Die Abluft (20) des Raumes wurde ebenfalls gemäß den einschlägigen Vorgaben mit 26 Grad Celsius und 50 % relative Feuchte festgelegt. Die Temperaturdifferenz zwischen der Abluft (20) und der Zuluft (21) des

Raumes begründet sich in der fiktiven, jedoch in der Praxis üblichen Größe der abzuführenden Kühllast des Raumes.

Diese Darstellung ist nur beispielhaft und hat ebenso entsprechende Gültigkeit für andere auftretende Luftzustände.

Die dargestellten Wirkungsweisen und Leistungen sind nur beispielhaft und können je nach Ausführungsvariante von den dargestellten Werten abweichen.

Diese Prozesse nehmen Bezug auf die Ziffer (1) bis (10) in dem Schema aus Figur 1.

Die angesaugte Außenluft (22) (1) wird dem ersten Kälteerzeuger (11) zugeführt. Dabei wird die Luft entsprechen der vorstehend ausgeführten Art und Weise adiabat gekühlt. Dabei wird die Außenluft (22) auf ca. 12 Grad Celsius abgekühlt; Hier, tritt beispielsweise eine Übersättigung der Luft von ca. 3 bis 4 Gramm pro Kg trockene Luft auf. Die dabei entstandene abgekühlte Luft (2) wird dem Vorkühler (12) zugeführt. Dabei wird die Luft (3) erwärmt und der Abluft (20) des Raumes im gleichen Maße Wärme entzogen. Die so erwärmte Luft (3) wird über eine Ventilator

(18) ist Freie transportiert und als Fortluft (19) der Umwelt zugeführt.

Die dem Raum entnommene Abluft (20) (7) wird über einen Ventilator (17) der Vorkühleinrichtung (12) zugeführt. Dabei wird der Luft Wärme wie vorstehend beschrieben entzogen. Die so vorgekühlte Luft (6) wird der zweiten Kühlvorrichtung (13) zugeführt, die vorzugsweise wie vorstehend beschrieben ausgeführt werden sollte.

Dadurch daß die Luft inzwischen vorgekühlt wurde, ist durch weitere adiabate Kühlung über die Sättigungslinie hinaus eine Lufttemperatur von jcaä 6 Gjrad CjeEsqus möggc^ Dabei tritt beispielsweise ejjie Übersättigung der Luft von ca. 3 bis 4 Gramm pro Kg trockene Luft ein. Diese abgekühlte Luft (5) wird einem weiteren Wärmeübertragungssystem (14) zugeführt.

Durch die sehr niedrigen Lufttemperaturen ist es nun möglich, daß in diesem Wärmetauscher (14) nicht nur Wärme sondern auch Feuchte dem anderen Medium entzogen wird, wenn die Taupunkttemperatur der angesaugten Außenluft (22) über der Temperatur der Wärme entziehenden Luftströmung (5) liegt. Die so erwärmte Luft (4) wird der Umwelt als Fortluft (23) zugeführt.

Die für die Belüftung des Raumes benötigte Außenluft (22) (8) wird dem Wärmetauscher (14) zugeführt und dort abgekühlt und entfeuchtet. Die dabei entstehende Luft (9) hat somit eine geringer absolute Feucht als die Außenluft (22).

Um dem Raum eine Luft mit einer geringeren relativen Feuchte zuzuführen, kann diese über einen Nacherhitzer (15) erwärmt werden. Für diese Nacherhitzer (15) gibt es vielfältige Ausführungsvarianten. Diese können zum Beispiel Erhitzer mit Pumpenwarmwasser, elektrischem Strom oder ähnlichem betrieben sein. Die Ausführungsvariante ist für die Funktion der Erfindung nicht ausschlaggebend.

Ebenso kann dieser Nacherhitzer (15) entfallen, wenn dieser für den gewünschten Raumzustand nicht notwendig ist.

Die so für den Raum aufbereitete Luft (10) kann nun über einen Ventilator

(16) dem Raum als Zuluft (21) zugeführt werden.

Für die Funktion der Erfindung können einige Komponenten auch an anderen Stellen platziert werden. Diese sind der Nacherhitzer (15) und die Ventilatoren (19) (20) (21).

Die Außenluft (22), Fortluft (19) (23), Abluft (20) und Zuluft (21) werden üblicherweise über ein geeignetes Luftkanalsystem und entsprechende Gitter transportiert.

Die Leistungsregulierung der Erfindung kann auf vielfältige Art und Weise erfolgen.

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Vorzugsweise ist eine Regulierung der Leistung der Kältererzeuger vorgesehen. Die dazu notwendigen Meßdaten können an den in den mit Ziffer (1) bis (10) dargestellten Punkten erfolgen. Für eine entsprechende Regulierung müssen nicht alle Meßdaten notwendig sein. Des weiteren ist vorzugsweise eine Abschaltung der Komponenten (11) und / oder (18) für den Schwachlastbetrieb vorgesehen. Die Auswertung der notwendigen Regulierungsmaßnahmen erfolgt vorzugsweise über einen Rechner. Des weiteren können beispielsweise Umgehungen der Wärmetauscher (12) und (14) vorgesehen werden. Ebenso ist eine Leistungsregulierung des Ventilators (18) möglich um die Kälteerzeugung zu beeinflussen. Für den Winterbetrieb ist vorzugsweise eine Entleerung des Kälteerzeugers (11) vorgesehen, sofern nicht andere Frostschutzmaßnahmen getroffen werden.

Zu der dargestellten Ausführungsvariante sind verschiedene Abwandlungen möglich. Zum Beispiel können die dargestellten Kälteerzeuger in verschiedenen Varianten ausgeführt werden . Die Kaltdampfgeneratoren stellen nur eine Ausführungsvariante dar, die die gewünschte Leistung erbringen. Dies kann auch durch andere Kälteerzeuger erfolgen. Ferner kann der Prozeß mit Ziffer (1) bis (3) und die Komponenten (11) (12) (18) auch durch eine Kältemaschine ersetzt werden, die dann in dem Prozeß zwischen (7) und (8) eingesetzt wird. Die Ventilatoren (19) (20) (21) können auch durch andere geeignete Beschleunigungsverfahren für Luft ersetzt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

Generator

Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Luftzustand im hx-Diagramm Kälteerzeuger, Düsenstockbefeuchter, Kaltdampf-Wärmetauscher

Kälteerzeuger, Düsenstockbefeuchter, Kaltdampf-Wärmetauscher Nacherhitzer Zuluftventilator Abluftventilator Ventilator Fortluft ins Freie Abluft aus dem Raum Zuluft in den Raum Außenluft Fortluft ins Freie

Claims

-1 - SCHUTZANSPRÜCHE;

1. Kühleinrichtung für die Zuluft von Räumen, mit Kälteerzeuger^ mindestens einem Wärmetauscher und Ventilatoren, wobei in einer Abluft (20) eines Raumes eine Vorkühleinrichtung (12) angeordnet ist, die die Abluft (20) bis annähernd an die Sättigungsline vorkühlt, danach in der Abluft (20) ein Wärmetauscher eingebaut ist, der der Zuluft (21) des Raumes Wärme entzieht und der Abluft (20) des Raumes zuführt.

2. Kühleinrichtung nach Schutzanspruch 1
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorkühleinrichtung (12) aus einem Kälteerzeuger (11) und einem Wärmetauscher (12) besteht, durch den Außenluft transportiert wird.

3. Kühleinrichtung nach Schutzanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,

daß die Kälteerzeuger aus Kaltdampfgenertoren bestehen, die adiabatisch Luft befeuchten und kühlen

4. Kühleinrichtung nach Schutzanspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet,

daß die Wärmetauscher als Kreuzstromplattenwärmetauscher ausgebildet sind, die ohne Feuchteaustausch zwischen den Luftschichten arbeiten.

5. Kühleinrichtung nach Schutzanspruch 1, 2, 3 oder dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorkühleinrichtung (12) Außenluft verwendet wird.

6. Kühleinrichtung nach Schutzanspruch 1, 2, 3, 4, oder dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Zuluftkonditionierung ein Nacherhitzer (15) verwendet wird.