DE3781103T2

DE3781103T2 - Klimageraet und verfahren zur regelung der entfeuchtung.

Info

Publication number: DE3781103T2
Application number: DE8787310309T
Authority: DE
Inventors: Russell Estcourt Prof Luxton; Allan Dr Shaw
Original assignee: LUXTON RUSSELL ESTOCURT; Luminis Pty Ltd
Current assignee: LUXTON RUSSELL ESTOCURT; Luminis Pty Ltd
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1987-11-23
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2007-11-24
Also published as: ES2035085T3; IN168827B; ATE79459T1; CN87105963A; JPS63279035A; CN1011814B; NZ222656A; KR880006515A; CA1298470C; JPH081319B2; EP0269399B1; EP0269399A2; DE3781103D1; AU597757B2; US4876858A; US4942740A; KR930002466B1; AU8194687A; EP0269399A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Klimagerät und ein neuartiges, umfassendes Verfahren zur Klimasteuerung, bei dem ein Feuchtigkeitsabscheider über sich ändernde Lastbedingungen gesteuert wird, um fühlbaren bzw. Eigenwärmelasten sowie auch latenten bzw. Umwandlungswärmelasten sowohl unter Spitzenlast- als auch unter Teillastbedingungen Genüge zu leisten. Hauptvorteile sind dabei geringer Energieverbrauch und verbesserte Leistung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Sowohl bei Systemen mit konstantem Luftvolumen als auch bei Systemen mit variablem Luftvolumen haben die Bemühungen zur Reduzierung der Energiekosten, zur Reduzierung der Kapitalkosten von Installationen sowie zur Reduzierung des Platzbedarfs für die Klimasysteme zu zahlreichen Problemen geführt. Einige dieser Probleme konnten zwar erfolgreich gelöst werden, doch andere wurden durch Mittel gelöst, die die ursprünglich geplanten Ziele zu einem großen Teil zunichte gemacht haben und häufig die Leistung auf ein nicht akzeptables Niveau verschlechtert haben.
Insbesondere die folgenden Parameter bedürfen der Beachtung:

(i) Kühlmittelströmungsrate bzw. -geschwindigkeit

Die Strömungsrate von Kühlmittel beeinflußt die Leistung unter Teillast bei Wetterbedingungen in Grenzbereichen. Je höher die Kühlmittelgeschwindigkeit in den Rohren des Feuchtigkeitsabscheiders bei Konstanthaltung aller anderen Parameter ist, desto steiler ist die Rohrschlangenbetriebskurve in einem psychometrischen Digramm; d. h. desto größer ist das Verhältnis von Verdunstungskühlung (Feuchtigkeitsentzug) zu Eigenkühlung.
Herkömmlicherweise ist es unabhängig davon, ob es sich bei dem Klimasystem um ein System mit konstantem Luftvolumen oder um ein System mit variablem Luftvolumen handelt, allgemein üblich, eine Steuerung durch Reduzieren des Volumendurchflusses von Kühlmittel durch die Rohre der Feuchtigkeitsabscheider-Rohrschlange vorzunehmen, wenn die Eigenkühlung reduziert werden muß. Dadurch wird die Kühlkapazität der Rohrschlange reduziert, doch gleichzeitig wird durch Reduzieren des Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Seite des Kühlmittels auch die Rate vermindert, mit der Wärme auf das Kühlmittel übertragen werden kann.
Bei Teillast-Wetterbedingungen nimmt die Übertragung von Eigenwärme in die behandelte Zone ab oder kann tatsächlich sogar negativ werden und dadurch einen Teil der inneren Eigenwärmelast aufheben. Die gleichzeitig mit und parallel zu dem Eigenwärme-Transfer stattfindende Addition von latenter Wärme bzw. Umwandlungswärme (von Menschen, Infiltration und andere Quellen) bleibt üblicherweise gleich oder kann zunehmen. Es ist recht häufig der Fall, daß man eine Teillastbedingung hat, bei der die Umgebungstemperatur am Trockenthermometer bzw. die Trockentemperatur niedriger und die Taupunkttemperatur höher als bei Auslegungs-Spitzenbedingungen ist. Dann sind eine reduzierte Eigenwärmelast und eine erhöhte Umwandlungswärmelast bzw. Verdunstungskältelast vorhanden. Der Feuchtigkeitsabscheider muß dann mit einem neuen Verhältnis von Umwandlung zu Eigenwärmeübertragung arbeiten, und daher muß die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve steiler sein.

(a) Herkömmliche Kühlmittelströmungsrate für Systeme mit konstantem Luftvolumen

Bei Systemen mit konstantem Luftvolumen erfolgt bei Laständerung keine Änderung der in die Frontseite der Feuchtigkeitsabscheider-Rohrschlange eintretenden herkömmlichen Luftstromgeschwindigkeit, die im folgenden als "Anstrom- Geschwindigkeit" bezeichnet wird. Eine verminderte Last wird kompensiert durch Drosseln des Kühlmittelflusses zu dem Feuchtigkeitsabscheider. Als Ergebnis hiervon steigt die Temperatur an der Oberfläche des Feuchtigkeitsabscheiders an, was dazu führt, daß die Temperatur der den Feuchtigkeitsabscheider verlassenden Luft höher als bei uneingeschränktem Kühlmittelfluß ist. Dies kann nur dann ein zufriedenstellendes Mittel sein, reduzierten Lastbedingungen Rechnung zu tragen, wenn die Umwandlungswärmebzw. Verdunstungskältelasten in der Zone unwesentlich sind und die Umgebungstemperatur bei Teillast trocken ist, wobei derartige Bedingungen jedoch sehr ungewöhnlich sind. Der reduzierte Kühlmittelfluß verursacht ein Ansteigen der Oberflächentemperatur als Folge der Reduzierung des Wärmeübertragungskoeffizienten seitens des Kühlmittels, was wiederum zu einer derartigen Abnahme der Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve führt, daß das Verhältnis von Umwandlungswärme- zu Eigenwärmeübertragung unter das bei Vollast absinkt. Bei fortschreitender Drosselung des Kühlmittels ergibt sich ein immer höher werdender Feuchtigkeitsanteil. Man hat jedoch bereits festgestellt, daß bei Teillast eine steilere Rohrschlangenbetriebskurve erforderlich ist, um dem gesteigerten Verhältnis von Umwandlungswärme- zu Eigenwärmelast Rechnung zu tragen.

(b) Kühlmittelströmungsrate und Systeme mit variablem Luftvolumen

Im Fall eines Systems mit variablem Luftvolumen wird die Temperatur der austretenden Zuluft im allgemeinen konstant gehalten, und die Strömungsrate der Luft wird in dem Maße reduziert, in dem die Gesamtlast abnimmt. Wie bei den Systemen mit konstantem Luftvolumen wird die Kühlmittelströmung zum Konstanthalten der zuluft-Temperatur bei sinkender Last gedrosselt, wobei dies wiederum die Tendenz zum Reduzieren der Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve hat. Unter der Voraussetzung, daß die Rohrschlangen-Oberflächentemperatur unter der Taupunkttemperatur der Luft bleibt, wird dieser Effekt teilweise kompensiert durch die Reduzierung in der Luftströmungsrate, da die Luft eine längere Zeit zum Passieren der Rohrschlange benötigt und ein größerer Anteil derselben ausreichend gekühlt wird, daß eine Kondensation stattfindet. Das kombinierte Ergebnis dieser beiden gegensätzlichen Einflüsse besteht darin, daß eine Drosselung der Kühlmittelströmungsrate bei Teillast bei einem System mit variablem Luftvolumen zwar zu einer Reduzierung der Kurvensteilheit der Betriebskurve führt, dies jedoch in einem viel weniger ausgeprägten Ausmaß als bei einem System mit konstantem Luftvolumen erfolgt. Reduzieren des Kühlmittel-Temperaturanstiegs und/oder Absenken der Kühlmittel-Zuführtemperatur sind weitere Mittel, durch die sich die Steilheit der Rohrschlangenbetriebskurve steuern läßt.

(ii) Größe des Feuchtigkeitsabscheiders

Das Mißverhältnis, das zwischen der Größe der für Vollastbetriebsbedingungen ausgewählten Feuchtigkeitsabscheider- Rohrschlange und der bei Teillastbedingungen zu kompensierenden tatsächlichen Last besteht, bildet die Hauptschwierigkeit, die von der vorliegenden Erfindung überwunden wird.
Es ist nicht ungewöhnlich, daß ein Klimasystem eine Teillastbedingung erfüllen muß, die 40% oder 30% der vollen Auslegungs-Betriebslast darstellt. Die bestehende Praxis wird den ernsthaften Folgen scheinbar nicht gerecht, die auftreten, wenn ein für eine Spitzenauslegungslast korrekt dimensionierter Feuchtigkeitsabscheider bei Teillastbedingungen arbeiten muß. Die Teillast-Leistung wird nur selten von technischen Beratern spezifiziert. Bei Bedingungen mit geringer Last sinkt die Kühlmittelströmungrate durch eine bestimmte Rohrschlange, die für diese Bedingungen relativ zu der Größe der Last unangemessen groß ist, auf ein Tröpfeln ab. Der Wärmeübertragungskoeffizient der Rohre sinkt unweigerlich auf einen niedrigen Wert, und die Rohrschlangen-Oberflächentemperatur steigt an.
Die Reduzierung des Wärmeübertragungskoeffizienten seitens des Kühlmittels tritt sowohl bei flüssigen Strömungskühlmitteln, wie Kühlwasser, als auch bei flüssigen und dampfförmigen Strömungskühlmitteln, wie den Kältemitteln R12 oder R22, auf. In letzterem Fall entstehen eine Reihe von Strömungsmustern in Abhangigkeit von dem Massenanteil von Flüssigkeit, den Fluideigenschaften jeder Phase sowie der Strömungsrate. Ein gutes Verständnis des Effekts niedriger Massengeschwindigkeiten von Kältemitteln auf den Wärmeübertragungskoeffizienten wird vermittelt in Fig. 20 des ASHRAE Handbook 1981 Fundamental, veröffentlicht von der American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc., Atlanta, Georgia, USA, Seite 2.31. Dort ist klar gezeigt, daß ein Abfall in dem Massendurchsatz des Kältemittels auf 40% des dargestellten Spitzen-Massendurchsatzes mit einem Abfall von bis zu 34% bei dem Wärmeübertragungskoeffizienten verbunden ist.
Für einen großen Teil der Rohrschlange kann die Oberflächentemperatur höher werden als die Taupunkttemperatur der zu behandelnden Luft, woraus ein Verlust bei der Entfeuchtung resultiert. Aus diesem zweiten Grund wird die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve eines herkömmlichen Klimasteuerungssystems bei Teillasten flach, wobei sie gerade dann steil werden sollte, wobei dies trotz des steilheits-Effekts eines Abfalls der Anstrom-Geschwindigkeit durch die Rohrschlange auftritt.

(iii) Verhältnis von Sekundär- zu Primäroberflächenbereich (Rippendichte)

Je niedriger die Temperatur der benetzten Außenflächen der Rohrschlange, desto größer die Kondensation von Wasserdampf an diesen Flächen. Rippen oder Sekundäroberflächen besitzen eine höhere Oberflächentemperatur als die Rohre oder Primäroberflächen. Bei steigender Rippendichte steigt auch die durchschnittliche Rippentemperatur, und die Reynolds-Zahl der Luftströmung zwischen den Rippen nimmt ab, so daß der Wärme- und der Massenübertragungskoeffizient reduziert werden. Durch Vorsehen eines großen Anteils an Primäroberflächenbereich wird die Entfeuchtung pro Oberflächeneinheit groß, doch wenn dies zu weit getrieben wird, würde diese Betrachtung zu Rohrschlangen mit einer Mächtigkeit von vielen Reihen führen, bei denen keine effiziente Nutzung des Materials erfolgt, aus dem sie hergestellt sind. Es gibt daher ein optimales Verhältnis von Sekundär- zu Primäroberfläche, das zur besten Nutzung des Materials bei der Erzielung des erforderlichen Ausmaßes der Entfeuchtung für einen bestimmten Anwendungsfall führt. Wenn man die Rohrschlangenreihenanzahl durch Verwendung einer sehr hohen Rippendichte zu reduzieren versucht, so ist dies ein schlechter Weg. Dies kann zwar zu einer geringen Reduzierung der Größe und somit der Grundkosten für den Feuchtigkeitsabscheider führen, doch es gibt sichere Anzeichen dafür, daß die Entfeuchtung behindert wird und dadurch Kompromisse hinsichtlich der Teillast-Leistung eingegangen werden. Die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve nimmt ab, die Leistung wird beeinträchtigt, und der Energiebedarf für das Gebläse steigt aufgrund des höheren Widerstands an, den die hohe Rippendichte dem Luftstrom darbietet.

Leistung

Das System mit variablem Luftvolumen wird bei der Auslegung von Klimasteuerungen häufig verwendet, insbesondere wenn man Energieeinsparungen und Platzeinsparungen bedenkt. Das System wurde jedoch häufig von Bewohnern von Gebäuden stark kritisiert, da die Leistung unter Teillastbedingungen die Erwartungen nicht erfüllt. Ein Artikel in dem ASHRAE Journal (Tamblyn) aus dem Jahr 1983 (Sept.) listet in bezug auf neue Systeme mit variablem Luftvolumen Beschwerden auf, wie " . . . .abgestandene Luft und mangelnde Luftbewegung . . . " und berichtet von einem "Zurückschlagen der Bewohner in energieverbrauchender Weise durch Erhöhen des Außenluftanteils, Betreiben der Gebläse für längere Zeit und Festlegen minimaler Luftströmungen, die den Einsatz derselben Wiedererwärmung erforderlich machen, die zuvor eliminiert wurde".
Man kann auch auf das ASHRAE Journal vom August 1987, Seite 22, Bezug nehmen, in dem die Probleme von Systemen mit variablem Luftvolumen ausführlich geschildert sind. Dabei werden angeführt: ungleichmäßige Temperaturen, Fehlen von Temperatur- und Feuchtigkeitssteuerungen, mangelnde Luftbewegung, mangelnde Frischluft sowie unzufriedenstellende Energieeinsparungen. Eine Wiedererwärmung ist in diesem Artikel sogar empfohlen. Außerdem ist darin vorgeschlagen worden, daß Systeme mit variablem Luftvolumen nur in Innenzonen verwendet werden sollten.
Bei einem typischen System mit variablem Luftvolumen, das zum Sparen von Platz sowie auch Energie besonders vorteilhaft ist, handelt es sich um eine Installation in einem hoch aufragenden Büroblock mit Einheiten zur Luftbehandlung auf jedem Stockwerk. Die Notwendigkeit für große Schachträume und lange Kabelkanäle ist eliminiert, da sich jede Luftbehandlungseinheit auf dem Stockwerk befindet, das sie bedient. Dabei ist es üblich, den Deckenraum als großen Rückluftraum zu verwenden. Befindet sich ein solches Gebäude in einer Stadt wie Melbourne, Australien, oder Dallas, Texas, wird das System derart ausgelegt, daß es arbeitete wenn eine hohe Trockenthermometer-Außenlufttemperatur von z. B. 95ºF (35ºC) und eine geringe Feuchtigkeit während Spitzenauslegungsbetriebsbedingungen im Sommer vorhanden sind. An Tagen mit Teillast und bei Wetterbedingungen in Grenzbereichen, wenn die Umgebungs- Trockenthermometertemperatur niedriger ist, gibt es zahlreiche Perioden, während derer der Feuchtigkeitsgehalt beträchtlich über den Sommer-Spitzenbedingungen liegt. Eine typische minimale Frischluftaufnahme ist äquivalent zu 15% der gesamten Spitzenauslegungs-Luftströmungsrate. Da es sich bei der minimalen Frischluftaufnahme zum Erfüllen von Ventilationserfordernissen um eine feste Größe handelt, besteht bei einer Teillast von 60% ein Bedarf an Außenluft von (15/0,6)%, d. h. 26%, und bei einer Teillast von 30% ein Bedarf an Außenluft von 50%. Der Feuchtigkeitsabscheider wird also an feuchten Teillasttagen nicht nur mit einem Außenluft-Feuchtigkeitsanteil belastet, der höher ist als bei Spitzenlasten, sondern er wird auch mit einem größeren Anteil an Außenluft belastet. Diese Anforderung liegt häufig jenseits der Fähigkeiten des herkömmlichen Systems mit variablem Luftvolumen, und dies ist verantwortlich für die vielen Beschwerden, daß die Umgebung "feucht" oder "muffig" sei.
Die mehreren vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten werden bei der vorliegenden Erfindung in erster Linie dadurch überwunden, daß die Strömung des Kühlmittels durch die Rohrschlange derart gesteuert wird, daß in einem ausreichenden Abschnitt der Rohrschlange eine hohe Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit vorhanden ist, um sicherzustellen, daß bei allen Lastbedingungen eine ausreichende Entfeuchtungskapazität vorhanden ist. Eine bevorzugte Strategie besteht dabei in der Erhöhung der Kühlmittelströmungsrate durch einen Abschnitt des Feuchtigkeitsabscheiders, während sie durch andere Abschnitte reduziert wird.
Jeder Abschnitt kann in seiner Ausbildung und Anordnung unabhängig sein; d. h. jeder Abschnitt kann eine andere Verlegungsweise, eine andere Rippendichte, andere Reihenanzahl sowie eine andere Geometrie besitzen. Somit kann jede Rohrschlange unterschiedliche Kühlmitteltemperaturanstiege über verschiedenen Abschnitten aufweisen. Eine weitere Strategie besteht daher in der Auswahl von Rohrschlangen in einer derartigen Weise, daß aktive Abschnitte einer Rohrschlange niedrige Kühlmitteltemperaturanstiege aufweisen, um die Entfeuchtung bei gewünschten Teillastbedingungen zu steigern.
Dadurch ist es möglich, die Steilheit der Rohrschlangenbetriebskurve zu erhöhen, die dann einer geraden Linie angenähert ist, während sich gleichzeitig die Gesamtkapazität der Einheit reduzieren läßt.
Die Schwierigkeiten, die mit "feuchten" oder "muffigen" Zuständen in einem klimatisierten bzw. klimagesteuerten Raum (unter Teillast) auftreten, werden bei der vorliegenden Erfindung durch Aufrechterhalten eines ausreichend hohen Niveaus der Luftgeschwindigkeit zur Sicherstellung einer angemessenen Ventilation, Aufrechterhaltung des coanda-Effekts in den dem klimatisierten Raum Luft zuführenden Auslaßregistern sowie durch Bewegung der Luft in dem Raum gelöst.

STAND DER TECHNIK

Soweit der Anmelderin bekannt ist, gibt es keinen stand der Technik, bei dem unter Teillastbedingungen die Rohrschlangenbetriebskurve ausreichend steil wird, um den Verdunstungs- und Eigenwärmelasten eng entsprechend dem Verhältnis, in dem diese auftreten, Genüge zu leisten.
Es kann jedoch Bezug genommen werden auf die AHSRAE Transactions 1982 (Shaw) und das entsprechende Us-Patent Nr.
4 319 461. Darin ist ausgeführt, daß die Anstrom-Geschwindigkeit feuchter Luft einen Einfluß auf die Teillast-Leistung hat. Da die Reynolds-Zahl und die Anstrom-Geschwindigkeit reduziert sind, wird die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve steiler und die Krümmung der Rohrschlangenbetriebskurve wird in Richtung auf die einer geraden Linie geringer.
Diese Sache wurde von Shaw weiter erörtert in den Proceedings of the Seventh International Heat Transfer Conference, München, BRD, V. 6, Hemisphere Publishing Corp. Washington D.C. Diesbezügliche Information ist auch enthalten in dem bereits genannten ASHRAE Journal vom September 1983, und zwar in einem Artikel mit dem Titel "Beating the blahs for VAV" (Widerlegung des Geredes über System mit variablem Luftvolumen) von R.T. Tamblyn. schließlich kann noch auf einen Artikel von dem bereits genannten Shaw und Professor R.E. Luxton von 1985 verwiesen werden, mit dem Titel "Latest findings on airstream velocity effects in heat and mass transfer through dehumidifier coils" (neueste Erkenntnisse über die Wirkungen der Luftströmungsgeschwindigkeit beim Wärme- und Massentransfer durch Rohrschlangen von Feuchtigkeitsabscheidern) (Proceedings of Third Australasian Conference on Heat and Mass Transfer, Melbourne University, veröffentlicht von E.A. Books, St. Leonards, N.S.W.).
Weiterhin sollte die Schweizer Patentschrift CH-A-543715 genannt werden, die ein Klimagerät mit einem Feuchtigkeitsabscheider beschreibt, der aus einer Vielzahl von Rohrschlangenabschnitten gebildet ist. Das Klimagerät besitzt weiterhin einen Kühlkreislauf, der sich zwischen dem Feuchtigkeitsabscheider und einer Kühlmittelspeisevorrichtung durch die von Ventilen gesteuerten Rohrschlangenabschnitte erstreckt und dazwischen einen Kühlmittelfluß gestattet. Ein Gebläse für Luftstrom ist mit dem Feuchtigkeitsabscheider derart gekoppelt, daß das Gebläse im Betrieb den Luftstrom durch die Rohrschlangenabschnitte verursachen kann. Ein Temperaturfühler ist stromabwärts von dem Feuchtigkeitsabscheider angeordnet und mit den Ventilen in dem Kühlkreislauf derart gekoppelt, daß bei Verminderung der Last von der Spitzenlast zu einer Teillast der Kühlmittelfluß durch einen oder mehreren der Rohrschlangenabschnitte durch derartiges Betreiben von einem oder mehreren der Ventile gedrosselt wird, daß der Wärmetransport bzw. Wärmetransfer von diesen Rohrschlangen gesenkt wird, während der Kühlmittelfluß durch die verbleibenden Rohrschlangenabschnitte gesteigert wird und dadurch die Entfeuchtung in diesen Abschnitten sowie das Verhältnis der Verdunstungskühlung zur Eigenkühlung ansteigt.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Klimagerät- Feuchtigkeitsabscheider Rohrschlangenabschnitte, die zum Beispiel durch Kühlwasser oder Kältemittel gekühlt werden. Unter Teillastbedingungen ist eine Begrenzung des Kühlmittelflusses unter den Vollastfluß oder die totale Eliminierung desselben auf nur einige Rohrschlangenabschnitte begrenzt, während die übrigen Abschnitte denselben oder einen größeren Kühlmittelfluß als bei Vollastbedingungen aufnehmen können. Der relativ ungedrosselte Kühlmittelfluß durch diese übrigen Abschnitte kann dadurch größer als der unter Vollastbedingungen vorhandene Kühlmittelfluß sein, da eine größere Pumpenausgangsleistung zum Speisen der reduzierten aktiven Größe der Rohrschlange zur Verfügung steht. Außerdem kann der relativ ungedrosselte Kühlmittelfluß durch die aktiven Abschnitte dadurch größer (oder kleiner) als der unter Spitzenlastbedingungen vorhandene Kühlmittelfluß sein, daß man das Steuersystem derart voreinstellt, daß es ein Öffnen (oder schließen) der Kühlmittel-Drosselventile bei bestimmten Klimasteuerungslasten bewirkt. Bei der vorliegenden Erfindung ist mehr als ein Steuerventil vorhanden. Jedes Steuerventil ist wenigstens einem der das gesamte Rohrschlangensystem bildenden Abschnitte der Rohrschlangen zugeordnet. Die Steuerstrategie der Kompensation des Gesamtbereichs von Laständerungen kann einige Ventile beinhalten, die bei Vollast nicht vollständig geöffnet sind, sowie einige Ventile, die bei Teillast vollständig geöffnet sind, sowie einige Ventile, die in einem bestimmten Teil des geöffneten Zustands während eines Teils des Betriebsbereichs des Systems feststehend bleiben.
In vielen Fällen ist der Kühlmittelfluß durch die Rohrschlangenabschnitte des Feuchtigkeitsabscheiders vollständig ungedrosselt. Bei der Erfindung ist jedoch normalerweise (doch nicht immer) wenigstens ein Ventil für jeden Rohrschlangenabschnitt des gesamten Rohrschlangensystems vorhanden. Die Steuerstrategie zur Bewerkstelligung des Gesamtbereichs von Laständerungen kann einige Ventile beinhalten (wobei dies häufig der Fall sein wird), die bei Teillastbedingungen während eines Teils des Betriebsbereichs des Systems vollständig geöffnet sind, sowie einige Ventile, die dabei nicht vollständig geöffnet sind.
Genauer gesagt ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Klimagerät geschaffen, mit einem Feuchtigkeitsabscheider, der eine Vielzahl von Rohrschlangenabschnitten aufweist, einer Kühlmittelspeisevorrichtung, Leitungen zur Verbindung des Feuchtigkeitsabscheiders mit der Kühlmittelspeisevorrichtung zu einem Kühlkreislauf, einem Gebläse für einen Luftstrom und Mitteln zur Kopplung des den Luftstrom erzeugenden Gebläses mit dem Feuchtigkeitsabscheider, mindestens einem stromabwärts des Feuchtigkeitsabscheiders angeordneten Temperaturfühler, Ventilen zum selektiven Steuern des Kühlmittelflusses von der Speisevorrichtung durch die Rohrschlangenabschnitte und Ventilverbindungen zur Kopplung der Ventile mit dem Fühler in der Art, daß bei Verminderung der Last von der Spitzenlast zu einer Teillast der Kühlmittelfluß durch einen Rohrschlangenabschnitt durch eines der Ventile reduziert wird, um den Wärmetransport des Abschnittes zu senken, während der Kühlmittelfluß durch die verbleibenden Rohrschlangenabschnitte anwächst und die Entfeuchtung in diesen Abschnitten sowie das Verhältnis der Verdunstungskühlung zur Eigenkühlung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangenabschnitte in bezug zum Luftstrom in Reihe zueinander liegen, derart, daß bei Betrieb des Gebläses der Luftstrom die Rohrschlangenabschnitte nacheinander durchströmt.
Dies führt zu dem Ergebnis, daß die wirksame Größe des Feuchtigkeitsabscheiders bei Teillasten reduziert ist und mehr Kühlmittel zum steigern der Entfeuchtung zur Verfügung steht.
Bei dem "Betriebsauslegungszustand" handelt es sich um einen etwas beliebig wählbaren Zustand für einen klimatisierten Raum, der normalerweise jedoch in einem engen Temperaturbereich von 22ºC bis 26ºC und in einem engen Feuchtigkeitsbereich von 35% bis 55% liegt. Die Erfindung besitzt eine viel bessere Fähigkeit zum Kompensieren von Lastbedingungen zur Erzielung dieser Bedingungen in der korrekten Relation von Eigenwärme- und Verdunstungskältelasten über den gesamten Bereich von minimaler Last bis Spitzenlast.
Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Geschwindigkeit des Luftstroms durch die Feuchtigkeitsabscheider-Rohrschlange oder -Rohrschlangen charakteristischerweise niedriger ist als die durch die Feuchtigkeitsabscheider-Rohrschlange oder -Rohrschlangen eines herkömmlichen Systems. Als Ergebnis hiervon ist der Energieverbrauch des Gebläses beträchtlich geringer als bei einem herkömmlichen System, und die Geräuschpegel sind gleichermaßen beträchtlich geringer als bei einem herkömmlichen System.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Klimasteuerung geschaffen, bestehend aus der Kühlung einer Vielzahl von Rohrschlangenabschnitten in einem Feuchtigkeitsabscheider durch Umpumpen eines Kühlmittels durch diese Rohrschlangenabschnitte, Erfassen der Lufttemperatur stromabwärts des Feuchtigkeitsabscheiders und Drosselung des Kühlmittelflusses durch zumindest einen der Rohrschlangenabschnitte unter Erhöhung des Kühlmittelflusses durch die verbleibenden Rohrschlangenabschnitte bei einem Lastabfall, welcher durch einen im Luftstrom liegenden Thermostaten durch Temperaturabfall erfaßbar ist, um einen Betrag, welcher eine ausreichende Entfeuchtung bei Lastabfall gewährleistet, wobei die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve in einem psychrometrischen Diagramm zur Kompensation von Verdunstungswärmelast ausreichend steil gehalten ist und das Verhältnis von Verdunstungskühlung zur Eigenkühlung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt, mittels eines einen Luftstrom erzeugenden Gebläses die Luft durch die - bezogen auf den Luftstrom - in Serie hintereinander angeordneten Rohrschlangenabschnitte nacheinander durchzuleiten.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben und ist in den Begleitzeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes psychrometrisches Diagramm unter Darstellung der Rohrschlangenbetriebskurven und der Lastverhältnislinien für Geräte mit variablem Luftvolumen unter herkömmlichen Bedingungen (gestrichelte Linien) sowie gemäß der vorliegenden Erfindung (durchgezogene Linien);
Fig. 2 eine Darstellung der Rohrschlangenbetriebskurven bei Verwendung der Erfindung in einer ähnlich dimensionierten Anlage, wie sie nachfolgend beschrieben wird, und zwar bei unterschiedlichen Lasten (100% und 80%; 61%; 60% und 40%);
Fig. 3 eine Darstellung der Anlage, mit der sich die Resultate der Fig. 1 und 2 erzielen lassen, wobei Fig. 3a die gesamte Anordnung bei Vollast,
Fig. 3b diese bei Teillast (60%) und Fig. 3c diese bei Teillast (40%) zeigen; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Steuerung von Ventilen über einen Bereich von Lasten bei einer Anordnung, in der der Feuchtigkeitsabscheider zwei Rohrschlangenabschnitte, die von einem einzigen Ventil beaufschlagt werden, sowie zwei weitere Rohrschlangenabschnitte aufweist, die von separaten Ventilen beaufschlagt werden.
Es versteht sich, daß es viele Fälle gibt, in denen Ventildrosselungen erforderlich sind, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, z. B. wenn eine überdimensionierte Klimaanlage in Erwartung von Gebäudeerweiterungen installiert wird. In vielen Fällen ist es notwendig, den Kühlmittelfluß durch den Feuchtigkeitsabscheider selbst unter spitzenlast zu drosseln, und daher sind die nachfolgend beschriebenen häufigen Drosselungen als relative Drosselungen zu verstehen. Zum Beispiel sind bei der Dynamik von Klimasteuerungs-Erfordernissen Betrachtungen hinsichtlich der Umweltbedingungen die wichtigsten Faktoren bei der Festlegung der Auswahl des Feuchtigkeitsabscheiders. Zum Beispiel in einem Klima, das während Spitzenklimasteuerungslasten trocken ist, wie in Melbourne, Victoria und Dallas, Texas, besteht keine Notwendigkeit für einen maximalen Kühlmittelfluß während Spitzenklimasteuerungsperioden, und somit kann der Kühlmittelfluß teilweise gedrosselt werden, während bei Teillastbedingungen mit gleichzeitiger Feuchtigkeit ein guter Grund für eine geringstmögliche Drosselung des Kühlmittelflusses besteht. Dieser Effekt ist in Fig. 4 graphisch dargestellt.
In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist ein sehr wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung vorhanden, der bei herkömmlichen Systemen nicht zur Verfügung steht. Jeder Abschnitt des gesamten Feuchtigkeitsabscheiderkomplexes besitzt den Vorteil, daß sich eine andere Verlegung, eine andere Rippendichte, andere Reihentiefen bzw. Reihenstärken und/oder eine andere Geometrie verwenden lassen, um dadurch die Arbeitsweise während spezieller Klimasteuerungs-Teillastbedingungen zu steigern. Die vorliegende Erfindung bietet daher eine Wahlmöglichkeit sowohl hinsichtlich der Größe als auch hinsichtlich einer Änderung der Leistungscharakteristik, die die beste Anpassung über den gesamten Klimasteuerungs-Lastenbereich möglich macht. Dies hat auch einen Einfluß auf Begrenzungen des Kühlmittelflusses.
Es ist somit erkennbar, daß zahlreiche spezielle Überlegungen der eingangs erläuterten Art zum Tragen kommen, die die bei Betrieb mit reduzierter Last vorherrschenden allgemeinen Last-Charakteristika fördern oder diesen entgegenwirken können. Es sind diese speziellen Überlegungen, die sich auf den Gebrauch des Begriffs der "relativen" Begrenzungen bzw. Drosselungen beziehen.
Der gesamte Rohrschlangenkomplex der Erfindung ist in Rohrschlangenabschnitte unterteilt, um eine Reduzierung der effektiven Größe der Gesamtrohrschlange bei Verminderung der Klimasteuerungs-Lasten unter die Spitzenlasten in einer derartigen Weise zu ermöglichen, daß während dieser Teillasten die Kühlmittelgeschwindigkeit durch die verbleibenden aktiven Abschnitte des Rohrschlangenkomplexes zur Aufrechterhaltung oder Steigerung der Entfeuchtungskapazität des Rohrschlangensystems gesteigert werden kann. Auf diese Weise erhält man eine Rohrschlangenbetriebskurve, die der allgemeinen Lastcharakteristik sowie der Lastcharakteristik hinsichtlich des zunehmenden Verhältnisses von latenter Wärme zu Eigenwärme Genüge leistet, welches sich bei Teillasten entwickelt. Es ergibt sich eine stärkere Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve, und die Krümmung dieser Kurve nimmt bei sinkender Anstrom-Geschwindigkeit und zunehmender Kühlmittelgeschwindigkeit sowie sinkendem Kühlmittel-Temperaturanstieg in Richtung auf eine gerade Linie hin ab. Bei der vorliegenden Erfindung ist die aktive Größe des Rohrschlangenkomplexes auf den Betriebsbereich der Rohrschlange bei allen Lastbedingungen, d. h. von Spitzenlast bis Minimallast, abgestimmt. Das herkömmliche Verfahren sieht ganz anders aus, da bei sinkender Last unabhängig von der gewünschten Leistung die Kühlmittelgeschwindigkeit sinkt und die aktive Größe der Rohrschlange konstant bleibt. Vergleicht man dies mit Spitzen-Kühlmittelbedingungen gemäß der Erfindung, wie in Fig. 4 gezeigt, sind bei 37% der Klimasteuerungs-Spitzenlast 32% der Rohrschlange aktiv, wobei ein Kühlmittelfluß von 65% durch die Ventile hindurch stattfindet; bei 53% der Klimasteuerungs-Spitzenlast sind 67% der Rohrschlange aktiv, wobei ein Kühlmittelfluß von 110% durch die Ventile hindurch stattfindet. Es ist deutlich erkennbar, daß bei der vorliegenden Erfindung die aktive Größe der Rohrschlange bei sinkender Last nicht notwendigerweise proportional ist zu der Ventildrosselung des Kühlmittelflusses. Das Idealziel der Erfindung besteht in der Reduzierung der aktiven Größe des Feuchtigkeitsabscheiders bei sinkender Klimasteuerungslast sowie in der gleichzeitigen Reduzierung der Anstrom-Geschwindigkeit, Erhöhung der Kühlmittelgeschwindigkeit, Verminderung des Kühlmitteltemperaturanstiegs wo möglich, um dadurch die Lasten von Eigenwärme und latenter Wärme in demselben Verhältnis zueinander zu versetzen bzw.
zu kompensieren, in dem diese während des von Spitze bis Minimum anzutreffenden gesamten Lastenbereichs auftreten.
Fig. 1 zeigt einen Vergleich zwischen herkömmlichen Systemen und erfindungsgemäßen Systemen mit variablem Luftvolumen. Fig. 2 zeigt eine steigende Entfeuchtung bei sinkenden Lasten bei einem erfindungsgemäßen System mit variablem Luftvolumen.
Es wird nun auf Fig. 3a, 3b und 3c Bezug genommen.
In Fig. 3a ist ein Wärmetauscher (Kältekompressor) 10 vorhanden, dessen einer Kreislauf durch ein Kältemittel von einer Kältemittelanlange (nicht gezeigt) gekühlt wird und dessen anderer Kreislauf Kühlwasser oder ein anderes Kühlmittel enthält. Das Kühlwasser wird von der Wasserpumpe 11 in zwei Leitungen 12 und 13 gepumpt, die Kühlwasser dem ersten Rohrschlangenabschnitt 14 und dem dritten Rohrschlangenabschnitt 15 eines aus Rohrschlangenabschnitten 14, 15 und 17 bestehenden Feuchtigkeitsabscheiders 16 zuführen. Der zweite Rohrschlangenabschnitt 17 des Feuchtigkeitsabscheiders 16 wird durch eine Überbrückungsleitung 18 von der Austrittsseite des dritten Rohrschlangenabschnitts 15 her gespeist. Es ist zu betonen, daß dieses Ausführungsbeispiel lediglich exemplarisch für die vorliegende Erfindung ist und daß einem Konstrukteur eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung stehen.
Es ist eine mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete elektronische Steuerung vorhanden, bei der es sich idealerweise um eine direkte digitale Steuerung zum steuern von drei Ventilen 21, 22 und 23 handelt, wobei jedes Ventil durch einen jeweiligen Elektromagneten, Antriebsmotor oder ein anderes Mittel betätigt wird und wobei alle Elektromagneten oder Antriebselemente mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet sind.
Die elektronische Steuerung 20 bewirkt auch eine Steuerung eines Gebläses 26, das Luft durch ein Filter 27 durch den Feuchtigkeitsabscheider 16 ansaugt und diese an die Zonen 28 abgibt, von denen eine in Fig. 3a gezeigt ist. Jede Zone 28 enthält eine Prallplatte 29, die durch einen Thermostaten 30 wie bei einer herkömmlichen Konstruktion gesteuert wird.
Die Arbeitsweise der Ventile 21, 22 und 23 ist folgendermaßen:

Vollast

Kühlwasser wird von der Pumpe 11 durch die Leitung 12 und den ersten Rohrschlangenabschnitt 14, durch das offene Ventil 21 sowie zurück zu dem Wärmetauscher 10 gepumpt. Kühlwasser strömt auch durch die Leitung 13, den dritten Rohrschlangenabschnitt 15, die Leitung 18, den zweiten Rohrschlangenabschnitt 17 sowie das geöffnete Ventil 22 wiederum durch die Kühlwasser-Rücklaufleitung zu dem Wärmetauscher 10. Der Ventilabschnitt 23 ist geschlossen.
Beim Übergang von Vollast zu Teillast (60%) während der nächsten Phase erfolgt an dem Ventil 22 eine Drosselung bei Öffnung des Ventils 23, und wenn dies auftritt, erfolgt eine allmähliche Drosselung des Kühlmittelflusses durch den zweiten Rohrschlangenabschnitt 17.

Teillast (60%)

Die Ventile werden, gesteuert von der elektronischen Steuerung 20, von ihren jeweiligen Elektromagneten 24 oder Antriebselementen derart betätigt, daß sie die in Fig. 3b gezeigten Stellungen einnehmen. Es findet ein voller Kühlmittelfluß durch den ersten Rohrschlangenabschnitt 14 durch das offene Ventil 21 statt, es erfolgt aufgrund des geschlossenen Ventils 22 kein Kühlmittelfluß durch den zweiten Rohrschlangenabschnitt 17, und aufgrund des offenen Ventils 23 erfolgt ein voller Kühlmittelfluß durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15. Dieser Zustand ist in Fig. 2 mit C 60% dargestellt, wobei C den Austrittszustand der Luft aus dem Feuchtigkeitsabscheider-Gesamtkomplex 16 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Dies ist zu vergleichen mit C 100% (was für 100% Last steht), 61% (was den Betriebszustand während des Übergangs darstellt) sowie C 40% (was den nachfolgend bei 40% Last beschriebenen Betriebszustand darstellt). Der bei 60% Last dargestellte Betriebszustand entspricht dabei jedoch nahezu den durchgezogenen Linien in Fig. 1, wie dies nachfolgend erläutert wird.

Übergangs-Teillast 60% bis 40%

Das Ventil 22 bleibt geschlossen, und das Ventil 23 bleibt geöffnet. Das Ventil 21 drosselt in Richtung auf eine geschlossene Stellung, und das Ventil 23 bleibt offen. Der Kühlmittelfluß durch den ersten Rohrschlangenabschnitt wird somit langsam gedrosselt, bis er bei 40% Teillast ganz abschließt.

Teillast bei 40%

Der Teillastzustand bei 40% ist in Fig. 3c gezeigt, wobei die Ventile 21 und 22 beide geschlossen sind, während das Ventil 23 geöffnet ist und der Kühlmittelfluß somit ausschließlich durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15 stattfindet. Wenn es sich (wie dargestellt) bei der Wasserpumpe 11 um eine Zentrifugalpumpe handelt, ist aufgrund der ihr innenwohnenden Eigenschaften der Kühlmittelfluß durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15 stärker als unter Vollastbedingungen, so daß in dem Rohrschlangenabschnitt 15 eine zusätzliche Entfeuchtung stattfindet, wobei dies zur weiteren Erhöhung der Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve auf den in Fig. 1 mit C 60% bezeichneten Punkt beiträgt. (Außerdem kann in der in Fig. 4 gezeigten Weise der Kühlmittelfluß im allgemeinen durch das Steuersystem 20 gesteigert werden, und zwar zur derartigen Voreinstellung desselben, daß er jedes einzelne Ventil in jegliche gewünschte Position öffnen kann).

Teillast von 40% bis 30%

Die Ventile 21, 22 und 23 bleiben in den in Fig. 3c gezeigten Positionen, jedoch drosselt das Ventil 23 zur Reduzierung des Kühlmittelflusses durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15.

Minimal-Teillast bei 30%

In der Minimalstellung ist das Ventil 23 trotzdem teilweise geöffnet, um einen reduzierten Kühlmittelfluß durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15 zu ermöglichen.
Alle der vorstehend erläuterten Funktionen sind in Tabelle 1 in tabellarischer Form dargestellt.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht eines der bei Systemen mit variablem Luftvolumen (VAV-Systemen) auftretenden Probleme darin, daß unter sehr geringen Lastbedingungen die zu kühlende und zu entfeuchtende Zone aufgrund unzulänglicher Lüftung muffig und unangenehm wird. Die Gebläsedrehzahl (oder eine andere Steuerung für die Luftströmungsgeschwindigkeit) wird gesteuert durch den Speise- Thermostaten 32 und den Luftströmungsraten-Messer 33, und zur Gewährleistung einer minimalen Volumen-Luftströmungsrate, die dennoch eine adäquate Ventilation schafft, wird die Trockenthermometertemperatur DBT um 1 bis 3 angehoben, wie dies in Tabelle 1 gezeigt ist. Dies wird erreicht mittels der digitalen Steuervorrichtung 20, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Die prozentuale Last läßt sich durch jegliches der derzeit zur Klimasteuerung verwendeten, bekannten Verfahren bestimmen, und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels der Meßeinrichtung 33 in einer bereits häufig verwendeten Weise.
Die Meßeinrichtung 33 bedarf möglicherweise einer Modifizierung, wenn die Enthalpiedifferenz des Luftstroms über den Feuchtigkeitsabscheider beträchtlich variiert, da auch dies ein Faktor bei einer Teillast ist. Tabelle 1 LFV-VAV Rohrschlangen-Steuerungs-Folge Ventil Außenluft (Plan) Anteil Gesamtluft Rückluft Konditionier. Luftaustritt Voll-Last (3 Reihen aktiv (Siehe Figur 3a) offen geschlossen Teil-Last bis 60% drosseln Teil-Last bei 600% (Siehe Figur 3b) Min. Teil-Last bei 30% in Minimal-Offen-Position
Die nachfolgenden Diagramme dienen zur Erläuterung der elektronischen Steuerung 20 sowie ihres Betriebs. Bei der elektronischen Steuerung 20 kann es sich um eine beliebige von mehreren verfügbaren elektronischen Steuerungen für Klimasteuerungszwecke handeln, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich jedoch um ein Steuerungs- und Schnittstellen-System mit der Bezeichnung C500 bzw. N500 und der kombinierten Bezeichnung DSC1000, das von Johnson Control Products Division, 1250 East Diehl Road, Naperville, Illinois, erhältlich ist.
Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen die Vorteile der Erfindung graphisch dargestellt sind.
In Fig. 1 bezeichnet die gestrichelte Linie B-D die Rohrschlangenbetriebskurve, und die gestrichelte Linie F-D bezeichnet die bei Teillast resultierende Lastverhältnislinie bei herkömmlicher Steuerstrategie. Die Steigung der Lastverhältnislinie F-D wird bestimmt durch das Verhältnis der miteinander zu kompensierenden Lasten von Eigenwärme zu latenter Wärme. Ihre Lage wird jedoch durch den Zustand der Luft nach Verlassen des Feuchtigkeitsabscheiders bestimmt.
Der Buchstabe Q bezeichnet einen exemplarischen Zustand von Außenluft unter Teillastbedingungen. Die Linie QF bezeichnet die Mischung von Außenluft mit Rückluft von der klimatisierten Zone in dem Verhältnis der Längen FB/QB.
In dem Beispiel der Fig. 1 wird ein herkömmliches System mit dem erfindungsgemäßen System verglichen, wobei sich beide in demselben Teillastzustand befinden. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß das Verhältnis von FB/BQ bei weiterer Reduzierung des Teillastzustands ansteigt, wie dies in Tabelle 1 in der Spalte "Außenluft - Anteil Gesamtluft" angegeben ist. Somit steigt bei demselben Außenluftzustand mit Punkt Q der Punkt B auf einen noch höheren Feuchtigkeitsgehalt an, wodurch das Problem weiter verstärkt wird. Das erfindungsgemäße System dagegen erreicht den spezifizierten Zustand selbst bei den niedrigsten Teillastbedingungen.
Der Buchstabe B bezeichnet den Punkt, an dem Mischluft bei der herkömmlichen Steuerung in den Feuchtigkeitsabscheider eintritt, D gibt den Zustand der Luft bei Verlassen des Feuchtigkeitsabscheiders an, und F gibt den tatsächlichen durchschnittlichen Zustand der Zone bei Verwendung herkömmlicher Steuerungsbedingungen an. Dies ist zu vergleichen mit den durchgezogenen Linien, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung die Mischluft am Punkt A in den Feuchtigkeitsabscheider eintritt, der Zustand der den Feuchtigkeitsabscheider verlassenden Luft am Punkt C dargestellt ist und der durchschnittliche Zustand der Luft in der Zone am Punkt E dargestellt ist, wobei es sich dabei um den durchschnittlichen Wunschzustand der Zone unter Teillast handelt. Bei der oberen durchgezogenen Linie handelt es sich um die Rohrschlangenbetriebskurve gemäß der Erfindung und bei der unteren durchgezogenen Linie um die Lastverhältnislinie gemäß der Erfindung.
Herkömmliche Systeme mit der flachen Rohrschlangenbetriebskurven-Charakteristik gemäß Fig. 1 erreichen keinen Austrittszustand aus dem Feuchtigkeitsabscheider, der auch nur einigermaßen nahe bei dem Punkt E liegt, selbst wenn die in ein herkömmliches System einströmende Luft anfangs am Punkt A liegt.
Zum weiteren Verständnis ist darauf hinzuweisen, daß die herkömmliche Teillastleistung zu einer Rohrschlangenbetriebskurven-Steigung führt, die flacher ist als die Steigung der durchgezogenen Linie A-C der Fig. 1. Als Ergebnis hiervon liegt der Zustand der Austrittsluft über dem des Punkts C. Bei derselben Raumlastverhältnislinien- Steigung, wie sie durch die durchgezogene Linie C-E dargestellt ist, besitzt die Rückluft von der behandelten Zone einen höheren Feuchtigkeitsgehalt als den gewünschten Punkt E. Diese Rückluft, und zwar bei Mischung derselben mit der Teillast-Außenluft am Punkt Q, resultiert in einem Eintrittszustand in den Feuchtigkeitsabscheider, der einen höheren Feuchtigkeitsgehalt als an dem Punkt A aufweist. Die Punkte A, C und E bewegen sich also weiter nach oben bis zu einem Gleichgewichtspunkt, an dem die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve B-D der erforderlichen Steigung der Lastverhältnislinie D-F für die notwendige Außenluftmenge Genüge leistet. Dies geschieht dann, wenn die Steigung von D-F der tatsächlichen Steigung der Raumlastverhältnislinie C-E bei Teillast entspricht. Unglücklicherweise hat das Klimasteuerungssystem dann in seinem Hauptziel versagt, welches in der Erzielung eines Raumauslegungszustands besteht, der sich einigermaßen nahe dem Punkt E befindet. Statt dessen hat es den häufig unakzeptablen Zustand des Punkts F erreicht.
Die Linie D-F (die parallel zu der Linie C-E ist) mag offenbar nicht in einem Zustand enden, der zu unangenehm ist, da man den Punkt F so klassifizieren kann, daß er eine noch akzeptable relative Feuchtigkeit von beispielsweise 60% anstatt des geplanten Ziels von 45% aufweist. Dies mag der Fall sein, wenn die Luftbehandlungseinheit eine einzige Zone bedient. Man stelle sich jedoch den Fall vor, wenn das System mit variablem Luftvolumen für eine alle Zonen bedienende einzige Luftbehandlungseinheit pro Etage ausgelegt wird. Unter diesen Umständen ist F anstatt des geplanten Zustands am Punkt E nicht akzeptabel. Die Linie D-F stellt die durchschnittliche Lastverhältnislinie aller Zonen dar, und es wird manche Zonen geben, die viel weiter von dem geplanten Zustand E abliegen, als dies durch den durchschnittlichen Punkt F angedeutet ist.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, veranschaulicht Fig. 2 ebenfalls die Lastverhältnislinie unter Vollast- und Teillastbedingungen, wobei Fig. 2 in graphischer Weise darstellt, daß die Lastverhältnislinie bei Absinken der Last auf 40% immer steiler wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß, wie vorstehend und in der Tabelle 1 angegeben, bei einer Last von 40%, das den Kühlmittelfluß durch den dritten Rohrschlangenabschnitt 15 steuernde Ventil 23 auf volle Geschwindigkeit geöffnet ist, so daß bei dieser Last eine maximale Entfeuchtung von der Rohrschlange verfügbar ist.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine einfache Installation und ist exemplarisch für die Erfindung. In der Praxis ist es jedoch etwas ungewöhnlich, einen derartig einfachen Satz von Umständen anzutreffen, und es werden unterschiedliche Rohrschlangensteuerungsstrategien für unterschiedliche Installationen erforderlich sein.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Steuerung von Ventilen über einen großen Bereich von Lasten, wobei ein Feuchtigkeitsabscheider zwei 2-reihige Abschnitte eines Feuchtigkeitsabscheider komplexes aufweist, wobei jede Rohrschlange ihr eigenes Steuerventil 2 und 3 aufweist. Außerdem sind zwei 1- reihige Abschnitte vorhanden, die die dritte Reihe der beiden genannten 2-reihigen Abschnitte bilden. Diese zwei 1-reihigen Abschnitte werden von dem einzelnen Steuerventil mit der Nummer 1 bedient. Fig. 4 zeigt deutlich die Stellung eines jeden Steuerventils, die in ihrem Zusammenwirken die Leistung von spitzenlast bis Minimallast optimieren.
Das Fehlverhältnis, das zwischen der für Vollast-Auslegungsbedingungen ausgewählten Größe der Feuchtigkeitsabscheider-Rohrschlange und der bei Teillastbedingungen zu kompensierenden tatsächlichen Last besteht, ist das eigentliche Problem der Sache. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, sind die Rohrschlangenabschnitte 14 und 17 bei diesem sehr niedrigen Teillastzustand inaktiv, da die Ventile 21 und 22 geschlossen sind. Auf diese Weise ist der Rohrschlangenabschnitt 15 fähig, einen verstärkten Kühlmittelfluß durchzuführen, der mit der Anstrom-Geschwindigkeit und dem für Teillastbedingungen charakteristischen hohen Entfeuchtungsbedarf kompatibel ist.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine sinkende Last. Die Erfindung erstreckt sich jedoch selbstverständlich auf die Umkehr der Bedingungen, d. h. ein Ansteigen der Last von einem Teilniveau bis zu der Auslegungslast

ZUSAMMENGEFASSTES RESULTAT

Die Hauptvorteile der Erfindung sind folgende:
(a) sowohl bei Systemen mit konstantem Luftvolumen als auch bei Systemen mit variablem Luftvolumen ist der Energiebedarf auf ein Minimum reduziert und die Leistung der Systeme über den gesamten Bereich von Eigenwärme- und Umwandlungswärmelasten optimiert.
(b) sowohl unter Teillast- als auch unter Vollastbedingungen ist Geräusch reduziert.
(c) Die aktive Größe der Rohrschlange kann derart variiert werden, daß sie der ausgeübten, tatsächlichen Last angepaßt ist, und die aktiven Rohrschlangenabschnitte können unter Teillastbedingungen hohe Kühlmittelströmungsraten aufweisen, um das erhöhte Verhältnis von Eigenwärme zu Umwandlungswärme ohne übermäßige Abkühlung zu kompensieren. Der Wassertemperaturanstieg über die Rohrschlangen kann geringer sein, und zwar ebenfalls ohne übermäßige Abkühlung der Luft.
(d) Die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve läßt sich zur Erzeugung derjenigen Lastverhältnislinie steuern, die zum Kompensieren der Eigenwärme- und der Umwandlungswärmelasten in dem proportionalen Anteil, in dem diese auftreten, unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Menge frischer Außenluft in der Zuluft zu dem klimatisierten Raum erforderlich ist. Insbesondere läßt sich die Rohrschlangenbetriebskurve steiler als bei einem herkömmlichen System ausbilden, wobei sie einer geraden Linie nahekommen kann.

Claims

1. Klimagerät mit einem Feuchtigkeitsabscheider (16), bestehend aus einer Vielzahl von Rohrschlangenabschnitten (14, 15, 17), einer Kühlmittelspeisevorrichtung (11), Leitungen (12, 13) zur Verbindung des Feuchtigkeitsabscheiders (16) mit der Kühlmittelspeisevorrichtung (11) zu einem Kühlkreislauf, einem Gebläse (26) für einen Luftstrom und Mitteln zur Kopplung des den Luftstrom erzeugenden Gebläses mit dem Feuchtkeitsabscheider, mindestens einem stromabwärts des Feuchtigkeitsabscheiders (16) angeordneten Temperaturfühler (32), Ventilen (21, 22, 23) zum getrennten Steuern des Kühlmittelflusses von der Speisevorrichtung (11) durch die Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) und Ventilverbindungen (20) zur Kopplung der Ventile (21, 22, 23) mit dem Fühler in der Art, daß bei Verminderung der Last von der Spitzenlast zu einer Teillast der Kühlmittelfluß durch einen Rohrschlangenabschnitt durch eines der Ventile reduziert wird, um den Wärmetransport des Abschnittes zu senken, während der Kühlmittelfluß durch die verbleibenden Rohrschlangenabschnitte anwächst und die Entfeuchtung in diesen Abschnitten sowie das Verhältnis der Verdunstungskühlung zur Eigenkühlung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) in bezug zum Luftstrom in Reihe zueinander liegen', derart, daß bei Betrieb des Gebläses (26) der Luftstrom die Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) nacheinander durch strömt.

2. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (21, 22, 23) ein Drosselventil umfassen und der Fühler (32) diese Drosselventile derart steuert, daß bei Lastabfall der Kühlmittelfluß durch nur einige der Rohrschlangenabschnitte progressiv begrenzt ist.

3. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (32) die Ventile derart steuert, daß die Begrenzung des Kühlmittelflusses durch wenigstens einen der Rohrschlangenabschnitte aufgehoben ist, wenn der Lastabfall anhält.

4. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Kühlwasser ist und die Kühlmittelspeisevorrichtung eine Pumpe (11) umfaßt, welche das Kühlwasser mit einem Durchsatz durch den Kühlkreislauf fördert, welcher bei Lastabfall in den verbleibenden, im wesentlichen ungedrosselten Rohrschlangenabschnitten ansteigt.

5. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ein Kältemittel ist und die Kältemittelspeisevorrichtung einen Kompressor umfaßt, welcher das Kältemittel über eine stromaufwärts der Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) angeordnete Entspannungsvorrichtung und durch einen Kühlkreislauf mit einem Durchsatz fördert, welcher bei Lastabfall in den verbleibenden, im wesentlichen ungedrosselten Rohrschlangenabschnitten ansteigt.

6. Klimagerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (11) eine Zentrifugalpumpe mit einer Fördercharakteristik ist, bei der durch Drosselung des Kühlmittelflusses durch zumindest einen der Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) der Druck ansteigt, um so die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in dem verbleibenden ungedrosselten Rohrschlangenkreis zu erhöhen.

7. Klimagerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilverbindungen eine elektrische Steuereinheit (20) umfassen, die derart programmiert ist, daß bei Verringerung der Last von der Spitzenlast zu einer Teillast die den Kühlmittelfluß zu den verbleibenden Rohrschlangenabschnitten steuernden Ventile öffnen, um den Kühlmittelfluß zu erhöhen.

8. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zumindest einige einer Vielzahl von Ventilen umfaßt, die elektrisch betätigte Drosselventile (21, 22, 23) sind.

9. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler einen Thermostaten (32) aufweist, der benachbart, aber stromabwärts des den Luftstrom erzeugenden Gebläses (26) angeordnet ist und ferner eine elektronische Steuereinheit umfaßt sowie Mittel zur Verbindung des Thermostaten (32), des elektronischen Steuergerätes (20) und der Ventile (21, 22, 23) aufweist, derart, daß bei einem Abfall der Thermostattemperatur die Ventile eine Drosselung des Kühlmittelflusses bewirken.

10. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung eine Vielzahl von elektrisch betätigten Steuerventilen (21, 22, 23) umfaßt und der Fühler einen Thermostaten (32) aufweist sowie eine elektronische Steuereinheit (20) vorgesehen ist, die zwischen die Ventile und den Fühler geschaltet ist, wobei die elektronische Steuereinheit zumindest ein teilweises Schließen eines Ventils bewirkt, um die Drosselung des Kühlmittelflusses durch einen der Rohrschlangenabschnitte zu erzielen, wenn ein Temperaturabfall in der den Thermostat beaufschlagenden Luft auftritt und die elektronische Steuereinheit ferner das Öffnen eines anderen Ventils bewirkt, um den gesteuerten Kühlmittelfluß durch einen anderen Rohrschlangenabschnitt zu erhöhen.

11. Klimagerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen weiteren stromabwärts des einen Luftstrom erzeugenden Gebläses (26) angeordneten Sensor (33), mit Steuermitteln für die Geschwindigkeit der Luftströmung und vorgebbaren Bereichen zugeordneten Luftströmungsschiebern, wobei der weitere Sensor (33) ein Luftströmungssensor ist, mit Mitteln zum Verbinden der elektronischen Steuereinheit mit dem Luftströmungssensor (33) und den Steuermitteln für die Geschwindigkeit der Luftströmung, derart, daß bei Abfall der Luftströmungsgeschwindigkeit auf eine auf die Lastabsenkung bezogen unzureichende Ventilationsgeschwindigkeit die Luftströmungsgeschwindigkeit durch ein Stellsignal der elektronischen Steuereinheit (20) wieder angehoben wird, welches den im Luftstrom liegenden Thermostaten auf eine höhere Temperatur setzt und so die Enthalpiedifferenz über das Rohrschlangenbetriebsdiagramm absenkt und die jedem Bereich zugeordneten Luftströmungsschieber zu einer Korrekturreaktion durch Bewegung in eine größere Öffnungsstellung veranlaßt, um so die Luftmengenströmungsgeschwindigkeit des Gebläses zu erhöhen und eine ausreichende Lüftung zu erzielen.

12. Verfahren zur Klimasteuerung, bestehend aus der Kühlung einer Vielzahl von Rohrschlangenabschnitten (14, 15, 17) in einem Feuchtigkeitsabscheider (16) durch Umpumpen eines Kühlmittels (11) durch diese Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17), Erfassung der Lufttemperatur (32) stromabwärts des Feuchtigkeitsabscheiders (16) und Drosselung des Kühlmittelflusses durch zumindest einen der Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) und Erhöhung des Kühlmittelflusses durch die verbleibenden Rohrschlangenabschnitte bei einem Lastabfall, welcher durch einen im Luftstrom liegenden Thermostaten durch Temperaturabfall erfaßbar ist, um einen Betrag, welcher eine ausreichende Entfeuchtung bei Lastabfall gewährleistet, wobei die Steigung der Rohrschlangenbetriebskurve in einem psychrometrischen Diagramm zur Offsetverdunstungswärmelast ausreichend steil gehalten ist und das Verhältnis der Verdunstungskühlung zur Eigenkühlung ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner umfaßt, mittels eines einen Luftstrom erzeugenden Gebläses (26) die Luft durch die -, bezogen auf den Luftstrom - in Serie hintereinander angeordneten Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) nacheinander durchzuleiten.

13. Verfahren zur Klimasteuerung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steigerung des Kühlmittelflusses durch die verbleibenden der Rohrschlangenabschnitte (14, 15, 17) bei einer Drosselung der Strömung durch wenigstens einen der Rohrschlangenabschnitte.

14. Verfahren zur Klimasteuerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung des Kühlmittelflusses dadurch bewirkt wird, daß der gedrosselte Strom über ein Ventil (21, 22, 23) geführt und das Ventil gedrosselt wird.

15. Verfahren zur Klimasteuerung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Begrenzung der minimalen Luftströmungsgeschwindigkeit beim Erkennen von Teillastbedingungen, wobei bei einer vorgebbaren Teillast die vorgegebene Schalttemperatur des stromabwärts des Gebläses (26) im Luftstrom liegenden Thermostaten (32) erhöht wird.