DE4305720A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Wärmetauscher- oder Raumluft-Klimagerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wär­ metauscher- oder Raumluft-Klimagerätes durch die Steuerung der damit generierten Luftströme, wobei die aus einem zu klimatisierenden Raum abgesaugte Rückluft als Fortluft aus dem Raum abtransportiert und/oder als Zuluft in den Raum zurückgeführt wird und die Zuluft aus einem Gemisch von Rückluft und Außenluft oder nur aus Außenluft gebildet wer­ den kann und wobei ferner im Zuluftstrom stromauf eines diesen generierenden Zuluftventilators mindestens ein Fil­ ter und stromab mindestens ein Kondensator einer Kältema­ schine und im Fortluftstrom stromab eines diesen generie­ renden Fortluftventilators mindestens ein Verdampfer der Kältemaschine und/oder in beiden Luftströmen noch weitere Wärmetauscher und/oder Luftbefeuchter angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Wärmetauscher- oder Raumluft-Klimagerät zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Gehäuse, vorzugsweise in Modul-Bauweise, zur Unter­ bringung des Filters, der Kältemaschine mit dem zugehörigen Kondensator und dem zugehörigen Verdampfer, weiterer Wärme­ tauscher und/oder Luftbefeuchter, des Zuluftventilators und des Fortluftventilators sowie der erforderlichen mechani­ schen und elektrischen Steuereinrichtungen und mit minde­ stens je einem Außenluftanschluß, Fortluftanschluß, Rück­ luftanschluß und Zuluftanschluß.

Eine entsprechende Vorrichtung ist aus der EP-Patentschrift 0 294 730 B1 bereits bekannt. Ein Gerät dieser Art ist für reinen Außenluftbetrieb, reinen Umluftbetrieb oder auch für Mischbetrieb geeignet. Die Umstellung von einer Betriebsart auf die andere erfolgt mittels mechanischer Steuerelemente, im wesentlichen durch Luftklappen.

Der Energieaustausch zwischen dem zu klimatisierenden Raum und der Umgebung ist ungefähr dem Produkt aus der Strom­ stärke der beteiligten Luftströme und der Temperaturdiffe­ renz zwischen Zu- und Rückluft direkt proportional und kann deshalb durch jeden der beiden Terme auch einzeln beein­ flußt werden. Der Energiebedarf dieser Geräte ist hoch.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ausge­ hend von dieser Erkenntnis, den Wirkungsgrad eines mit ei­ nem solchen Gerät ausgeführten Verfahrens zu verbessern und gegenüber den vorbekannten technischen Ausführungen eine möglichst hohe Energieeinsparung zu erzielen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zuluft- und/oder der Fortluftstrom, durch entsprechende Luftklappen gesteuert, gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Außenluft-Temperatur, so kurz geschlossen werden kön­ nen, daß das Filter, der Kondensator, der Verdampfer und andere Wärmetauscher einzeln oder in beliebiger Kombination aus den zugehörigen Luftströmen der Zuluft- und/oder der Fortluft ausgeschieden sind.

Dabei wird dieses Verfahren durch eine Vorrichtung reali­ siert, die durch die nachfolgenden, einzeln oder in Kombi­ nation verwendeten Merkmale gekennzeichnet ist:

• a) Zwischen dem Rückluftanschluß und dem Zuluftventilator sind eine erste Umluftklappe und eine zweite Umluftklappe vorgesehen, wobei die erste Umluftklappe einen stromab nach dem Rückluftanschluß gelegenen Zwischenraum mit einem stromauf des Filters gelegenen Teilraum eines Mischraumes verbindet, der saugseitig an dem Zuluftventilator an­ schließt, und wobei die zweite Umluftklappe den Zwischen­ raum mit einem stromab des Filters gelegenen Teilraum des Mischraumes verbinden kann;
• b) Der Außenluftanschluß mündet in den Teilraum des Zwi­ schenraumes;
• c) Zwischen dem Zuluftventilator und dem Zuluftanschluß sind eine erste Zuluftklappe und eine zweite Zuluftklappe vorgesehen, wobei die erste Zuluftklappe einen Teilraum des Druckraumes, der unmittelbar druckseitig an den Zuluftven­ tilator anschließt, mit einem vor dem Zuluftanschluß be­ findlichen Strömungskanal verbindet, und wobei die zweite Zuluftklappe einen Teilraum des Druckraumes, der sich stromab hinter dem Verdampfer und/oder einem weiteren Wär­ metauscher und/oder Luftbefeuchter befindet, mit dem Strö­ mungskanal verbindet;
• d) Der Fortluftanschluß stromab unterhalb des Fortluftven­ tilators ist zweigeteilt ausgeführt, wobei mindestens ein erster, mit einer ersten Fortluftklappe versehener Fort­ luft-Teilanschluß einen Teilraum des druckseitig an den Fortluftventilator anschließenden Druckraumes mit einem an­ schließenden Fortluftkanal und ein zweiter mit einer Fort­ luftklappe versehener Fortluft-Teilanschluß im Fortluft­ strom stromab hinter einem Kondensator der Kältemaschine oder einem anderen Wärmetauscher und/oder Luftbefeuchter einen Teilraum des Druckraumes mit dem Fortluftkanal ver­ bindet.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es, ohne Druckver­ lust durch nicht im Betrieb befindliche Bauteile den Ener­ gieaustausch zu verändern, indem lediglich die Stromstärke der beteiligten Luftströme verändert wird. Es hat sich da­ bei gezeigt, daß die Kältemaschine erst bei einer wesent­ lich höheren Außenlufttemperatur zugeschaltet werden muß, als das bisher bei den bekannten Geräten der Fall war. Dies bedeutet aber eine starke Verminderung des erforderlichen Energieaustausches und damit der erforderlichen, zuzufüh­ renden Energie. Hier ist es beispielsweise gelungen, in zu kühlenden elektrischen Schaltanlagen die Zuschaltung eines oder mehrerer Kühlaggregate von einer Außentemperatur von 20° Celsius auf eine solche von 26° Celsius zu verschieben. Es hat sich gezeigt, daß dadurch ungefähr die Hälfte der sonst erforderlichen Energie eingespart werden kann.

Die Energiebilanz läßt sich noch verbessern, wenn alle Ar­ maturen und Meßgeräte, die Kältemaschine sowie alle elek­ trischen Steuereinrichtungen und Bauelemente außerhalb der Luftströme angeordnet sind. Es ist darüberhinaus besonders vorteilhaft, wenn das Gerät aus zwei Moduln besteht, deren erstes Modul alle Bauteile enthält, welche für die ohne Zu­ satzkühlung arbeitende Luftströme erforderlich sind, wäh­ rend das zweite Modul die komplette Kältemaschine ein­ schließlich Verdampfer und Kondensator umfaßt. Auf diese Weise kann das erste Modul auch für sich allein betrieben werden, ohne daß dazu Kühlaggregate vorgesehen sein müssen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Gerätes und

Fig. 2 die obere Hälfte einer Draufsicht auf Fig. 1.

Ein Gerät nach der Erfindung umfaßt zunächst ein Gehäuse 1, das alle wesentlichen Funktionselemente aufnimmt, und durch entsprechende Luftanschlüsse 2 mit den zu steuernden Größen verbunden ist. Die Luftanschlüsse 2 umfassen im einzelnen einen Außenluftanschluß 21, einen Fortluftanschluß 22, einen Rückluftanschluß 23 und einen Zuluftanschluß 24. Über den Außenluftanschluß 21 gelangt Frischluft in einen Misch­ raum 11, der durch Filter 3 in zwei Teilräume 11a; 11b un­ terteilt ist. Beide Teilräume 11a und 11b sind durch Um­ luftklappen 4 mit einem Zwischenraum 12 verbunden, der über den Rückluftanschluß 23 mit Rückluft aus dem zu klimatisie­ renden Raum beschickbar ist. In dem Zwischenraum 12 sind die elektrischen Schalteinrichtungen untergebracht. Sie um­ fassen nur ein geringes Raumvolumen und stören den Luft­ durchsatz nicht. Eine erste Umluftklappe 41 verbindet den Zwischenraum 12 mit dem Teilraum 11a des Mischraumes, aus dem die Rückluft und/oder Außenluft jeweils nach Passage der Filter 3 abströmen kann. Eine zweite Umluftklappe 42 verbindet hingegen den Zwischenraum 12 mit dem Teilraum 11 des Mischraumes 11, der in Strömungsrichtung der Außenluft hinter den Filtern 3 angeordnet ist. Während der Zwischen­ raum 12 mit der Saugseite eines Fortluftventilators 51 ver­ bunden ist, ist ein Zuluftventilator 52 saugseitig mit dem Mischraum 11 verbunden. Beide Ventilatoren 5 erzeugen Luft­ ströme, die in der Fig. 1 schematisiert durch mit strich­ punktierten Linien verbundene Pfeile verdeutlicht sind. Druckseitig hinter beiden Ventilatoren 5 sind die zu einer Kältemaschine 6 gehörigen Wärmetauscher angeordnet. Während ein Verdampfer 61 im druckseitigen Luftstrom hinter dem Zu­ luftventilator 52 vorgesehen ist, befindet sich ein zugehö­ riger Kondensator 62 im druckseitigen Luftstrom des Fort­ luftventilators 51. Der Verdampfer 61 teilt dabei einen Druckraum 13 in zwei Teilräume 13a und 13b in Strömungs­ richtung des Zuluftstromes vor bzw. hinter dem Verdampfer 61. Es sind zwei Zuluftklappen 7 vorgesehen, wobei eine Zu­ luftklappe 71 den Teilraum 13a mit einem Strömungskanal 8 verbindet, der über den Zuluftanschluß 24 mit dem zu klima­ tisierenden Raum strömungstechnisch verbunden ist. Eine Zu­ luftklappe 72 hingegen verbindet den Teilraum 13b mit dem Strömungskanal 8. Schließlich unterteilt der Kondensator 62 einen Druckraum 14 in Teilräume 14a und 14b in Strömungs­ richtung vor bzw. hinter dem Kondensator. In dem Fortluft­ anschluß 22 befindet sich eine erste Fortluftklappe 221, die den Fortluftstrom aus dem Teilraum 14a, und eine zweite Fortluftklappe 222, die diesen aus dem Teilraum 14b fort­ führt. In ähnlicher Weise wie der Fortluftanschluß 22 sind der Außenluftanschluß 21 mittels einer Außenluftklappe 210 und der Rückluftanschluß 23 mittels einer Rückluftklappe 230 steuerbar.

Die Wirkungsweise der Anordnung wird durch die schematisch symbolisierten Luftströme deutlich. Ein reiner Umluftbe­ trieb, bei dem beide Fortluftklappen 221 und 222 wie auch die Außenluftklappe 210 geschlossen sind, erfolgt durch In­ betriebnahme des Zuluftventilators 52 und kann, je nach Stellung der Umluftklappen 4, sowohl über das Filter 3 als auch am Filter 3 vorbei geführt werden. Die Zuluftklappe 72 ist dabei ebenfalls geschlossen. Beim reinen Außenluftbe­ trieb sind die Umluftklappen 4 geschlossen, die Außenluft­ klappe 210 hingegen geöffnet. Je nachdem, ob eine zusätzli­ che Kühlung oder Erwärmung erforderlich ist, sind die Zu­ luftklappen 71 oder 72 bzw. die Fortluftklappen 221 oder 222 geöffnet. In ähnlicher Weise läßt sich ein Mischbetrieb durchführen, bei dem Rückluft mit Außenluft gemischt wird.

Es ist auch möglich, über die Filter 3 und die übrigen thermodynamischen Strömungswiderstände (Kondensator, Ver­ dampfer, andere Wärmetauscher) Teilströme zu leiten; die Teilung der Luftströme wird ebenfalls mit Hilfe der Luft­ klappen vorgenommen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauscher- oder Raum­ luft-Klimagerätes durch die Steuerung der damit generierten Luftströme, wobei die aus einem zu klimatisierenden Raum abgesaugte Rückluft als Fortluft aus dem Raum abtranspor­ tiert und/oder als Zuluft in den Raum zurückgeführt wird und die Zuluft aus einem Gemisch von Rückluft und Außenluft oder nur aus Außenluft gebildet werden kann und wobei fer­ ner im Zuluftstrom stromauf eines diesen genierenden Zu­ luftventilators (52) mindestens ein Filter (3) und stromab mindestens ein Verdampfer (61) einer Kältemaschine (6) und im Fortluftstrom stromab eines diesen generierenden Fort­ luftventilators (51) mindestens ein Kondensator (62) der Kältemaschine (6) und/oder in beiden Luftströmen noch wei­ tere Wärmetauscher und/oder Luftbefeuchter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluft- und/oder der Fortluftstrom, durch entsprechende Luftklappen (4; 7; 22) gesteuert, gegebenenfalls in Abhän­ gigkeit von der Außenluft-Temperatur, so kurz geschlossen werden können, daß das Filter (3), der Kondensator (62), der Verdampfer (61) und andere Wärmetauscher oder Luftbe­ feuchter einzeln oder in beliebiger Kombination aus den zu­ gehörigen Luftströmen der Zuluft und/oder der Fortluft aus­ geschieden sind.

2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse (1), vorzugsweise in Modul-Bauweise, zur Unterbringung des Filters (3), der Kältemaschine (6) mit dem zugehörigen Kondensator (62) und dem zugehörigen Ver­ dampfer (61), weiterer Wärmetauscher und/oder Luftbefeuch­ ter, des Zuluftventilators (52) und des Fortluftventilators (51) sowie der erforderlichen mechanischen und elektrischen Steuereinrichtungen und mit mindestens je einem Außenluft­ anschluß (21), Fortluftanschluß (22), Rückluftanschluß (23) und Zuluftanschluß (24), gekennzeichnet durch die nachfolgenden, einzeln oder in Kombination verwendeten Merkmale:

• a) Zwischen dem Rückluftanschluß (23) und dem Zuluftventi­ lator (52) sind eine erste Umluftklappe (41) und eine zweite Umluftklappe (42) vorgesehen, wobei die erste Um­ luftklappe (41) einen stromab nach dem Rückluftanschluß (23) gelegenen Zwischenraum (12) mit einem stromauf des Filters (3) gelegenen Teilraum (11a) eines Mischraumes (11) verbindet, der saugseitig an dem Zuluftventilator (52) an­ schließt, und wobei die zweite Umluftklappe (42) den Zwi­ schenraum (12) mit einem stromab des Filters (3) gelegenen Teilraum (11b) des Mischraumes (11) verbinden kann;
• b) Der Außenluftanschluß (21) mündet in den Teilraum (11a) des Zwischenraumes (11);
• c) Zwischen dem Zuluftventilator (52) und dem Zuluftan­ schluß (24) sind eine erste Zuluftklappe (71) und eine zweite Zuluftklappe (72) vorgesehen, wobei die erste Zu­ luftklappe (71) einen Teilraum (13a) des Druckraumes (13), der unmittelbar druckseitig an den Zuluftventilator (52) anschließt, mit einem vor dem Zuluftanschluß (24) befindli­ chen Strömungskanal (8) verbindet, und wobei die zweite Zu­ luftklappe (72) einen Teilraum (13b) des Druckraumes (13), der sich stromab hinter dem Verdampfer (61) und/oder einem weiteren Wärmetauscher und/oder Luftbefeuchter befindet, mit dem Strömungskanal (8) verbindet;
• d) Der Fortluftanschluß (22) stromab unterhalb des Fort­ luftventilators (51) ist zweigeteilt ausgeführt, wobei min­ destens ein erster, mit einer ersten Fortluftklappe (221) versehener Fortluft-Teilanschluß einen Teilraum (14a) des druckseitig an den Fortluftventilator (51) anschließenden Druckraumes (14) mit einem anschließenden Fortluftkanal und ein zweiter mit einer Fortluftklappe (222) versehener Fort­ luft-Teilanschluß im Fortluftstrom stromab hinter einem Kondensator (62) der Kältemaschine (6) oder einem anderen Wärmetauscher und/oder Luftbefeuchter einen Teilraum (14b) des Druckraumes (14) mit dem Fortluftkanal verbindet.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Armaturen und Meßgeräte, die Kältemaschine (6) sowie alle elektrischen Steuereinrichtungen und Bauelemente außerhalb der Luftströme angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei Moduln besteht, deren erstes Modul alle Bauteile enthält, welche für die ohne Zusatzkühlung arbei­ tenden Luftströme erforderlich sind, während das zweite Mo­ dul die komplette Kältemaschine (6) einschließlich Verdamp­ fer (61) und Kondensator (62) sowie eventuell weitere Wär­ metauscher und/oder Luftbefeuchter umfaßt.