DE4344099A1

DE4344099A1 - Klimaanlage mit Wärme- und Feuchtigkeitsrückgewinnung

Info

Publication number: DE4344099A1
Application number: DE19934344099
Authority: DE
Inventors: Hans Engelbrecht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-06-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, die durch eine integrierte Wärme- und Feuchtigkeitsrückgewinnung einen extrem niedrigen Energie bedarf hat. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß den Räumen nur Frischluft zugeführt wird, die durch Waschung und Filterung von Staub, Pollen und Aerosolen gereinigt und darüber hinaus noch desinfiziert ist.

Die bekannten Klimaanlagen haben erhebliche Nachteile. Der Energie aufwand für die Beheizung oder Kühlung sowie für die erforderliche Ent- oder Befeuchtung der Luft ist sehr hoch.

Auch in hygienischer Hinsicht sind die konventionellen Anlagen nicht zufriedenstellend. Beim üblichen Umluftbetrieb wird die der Frischluft zugemischte Raumluft durch Luftfilter nur unzureichend gesäubert, so daß Rauch, Geruchsstoffe und Bakterien in der Mischluft enthalten sind. Weiterhin ist erwiesen, daß sich in der zur Befeuchtung der Luft benutzten Wasserkammer Bakterien ansiedeln können, die auf die Zuluft übertragen werden und ernsthafte Erkrankungen verursachen können.

Die geschilderten, schwerwiegenden Nachteile werden durch die erfin dungsgemäße Klimaanlage vermieden.

Aufbau und Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sind aus der Zeichnung Abb. 1 ersichtlich.

Die Klimaanlage besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse (5), den Füll körperpackungen (6), den Verteilerböden (7) und den Sprühabscheidern (8). Alle Teile werden vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, da die bei dem Verfahren angewandte Übertragungsflüssigkeit gegen Metalle aggressiv ist.

Das Gehäuse (5) kann bei größeren Anlagen in das zu klimatisierende Gebäude integriert und aus Beton gefertigt werden.

Beim Betrieb der Anlage wird die Abluft aus den Räumen bei (1) vom Ventilator (9) angesogen und über die berieselte Füllkörperpackung (6), den Verteilerboden (7) und den Sprühabscheider (8) bei (2) als Fortluft ins Freie geblasen.

Die durch die Füllkörperpackung (6) rieselnde Flüssigkeit, deren Eigenschaften noch genauer beschrieben werden, nimmt aus der entgegen strömenden Abluft sowohl Wärme als auch Feuchtigkeit auf. Die erwärmte Flüssigkeit wird aus dem unteren Teil des Gehäuses (5) von der Pumpe (11) angesaugt und über das Regelventil (13), die umschaltbaren Flüs sigkeitsfilter (15) durch die Leitung (14) auf den oberen Verteil erboden (7) gefördert. Von hier aus rieselt die Flüssigkeit über die obere Füllkörperpackung (6) und fließt durch die Leitung (22) auf den unteren Verteilerboden (7) zurück. Bei (3) wird die Außenluft vom Frischluft-Ventilator (10) angesaugt. Beim Durchströmen der Füllkör perpackung (6) nimmt die kalte Außenluft aus der erwärmten Flüssig keit Wärme und Feuchtigkeit auf und wird, nachdem sie durch den Erhit zer (19) auf Raumlufttemperatur aufgeheizt ist, bei (4) in die Räume geblasen.

Bei der im Sommer erforderlichen Kühlung der Raumluft läuft die Übertragung von Wärme und Kälte umgekehrt ab. Die Nachkühlung erfolgt dann über den Kühler (20). Die gewünschte Raumtemperatur wird vom Temperaturregler (27), der die Regelventile am Erhitzer (19) und Kühler (20) betätigt, konstant gehalten.

Bei dem Regler (12) handelt es sich um einen Temperatur-Differenz regler. Die Temperaturfühler in der Abluft und in der Flüssigkeit im unteren Teil des Gehäuses (5) sind auf eine wählbare Temperaturdiffe renz (ca. 1 K) eingestellt, so daß die Flüssigkeitstemperatur immer um einen optimalen Betrag unter der Ablufttemperatur liegt.

Dieses Temperaturverhältnis wird durch Regelung der von der Pumpe (11) geförderten Flüssigkeitsmenge mit dem Regelventil (13) er reicht. Im unteren Teil des Behälters (5) befindet sich der Ablauf (17) und das Schwimmerventil (16) zur Wasserzuspeisung. Der Überlauf (17) tritt in Funktion, wenn die von der Flüssigkeit aufgenommene Feuchtigkeitsmenge aus der Luft größer ist als die in der Zuluft erforderliche Feuchtigkeit. Die Nachspeisung von Frischwasser erfolgt im umgekehrten Fall. Um die Konzentration der Salzlösung aufrecht zu erhalten, befindet sich in der Flüssigkeit ein wasserdurchlässiger Behälter (18) mit verschiedenen Salzen, die bei Bedarf nachgefüllt werden. Die für den Betrieb der Anlage ausschlaggebende Flüssigkeit zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung an die Luft, besteht vorzugs weise aus einer konzentrierten Lösung verschiedener Salze; sie hat folgende Eigenschaften:

1) Der Wasserdampf-Partialdruck der Flüssigkeit entspricht der ge wünschten relativen Feuchte in der Zuluft. Als Beispiel sei er wähnt, daß bei einer gewünschten rel. Feuchte von 55% bei 20°C der Wasserdampf-Partialdruck der Lösung 12, 85 mbar betragen muß.
Der gewünschte Partialdruck in der konzentrierten Lösung ist durch die Variation der verschiedenen Salze zu erreichen.
2) Der Gefrierpunkt der Lösung ist sehr niedrig. Er kann -30° bis -35°C betragen. Diese Eigenschaft ist in kalten Gegenden sehr wichtig.
3) Die Lösung wirkt desinfizierend, wobei die bakterizide Wirkung durch Zusatz geringer Mengen entsprechender Salze noch erhöht werden kann.

Eine abgeänderte Variante der beschriebenen Klimaanlage ist in Abb. 2 dargestellt. Die bei der beschriebenen Ausführung im Zuluftkanal (4) befindlichen Wärmeübertrager, nämlich Erhitzer (19) und Kühler (20) werden bei der Ausführung Abb. 2 durch eine zusätzliche Füllkörperpackung (29) ersetzt. Hierdurch wird die Luft auf Raumtemperatur erwärmt oder gekühlt, wobei die zur Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung die nende Salzlösung durch das 3-Wege-Regelventil (27) aus dem Hauptstrom der Leitung (14) abgezweigt und im außenliegenden Kühler (25) oder Erhitzer (24) gekühlt oder erwärmt wird und auf dem oberen Verteil erboden (7) eingespeist wird. Diese zusätzliche Füllkörperstufe ist erforderlich, um eine ausgeglichene Energiebilanz zwischen Flüssigkeit und Luft zu erreichen. Nach Durchströmen der Füllkörperschicht (29) muß die Flüssigkeitstemperatur am unteren Ende der Temperatur in der Leitung (14) entsprechen. Diese Temperaturgleichheit wird durch den Regler (26) erreicht.

Bei besonders hohen Anforderungen an die Keimfreiheit der Luft (z. B. Operationssaal), kann die Zuluft (4) im Zuluftkanal mit Ultraviolett strahlung (28) behandelt oder durch silberbeschichtete Filter gelei tet werden.

Ein Rechenbeispiel soll die extrem hohe Energieersparnis bei Betrieb der erfindungsgemäßen Klimaanlage zeigen.

Abb. 3 zeigt das Temperaturdiagramm einer konventionellen Klimaanlage im Winterbetrieb bei einer angenommenen Außentemperatur von -10°C (1).

Die Umluft aus den Räumen (2) hat eine Temperatur von +20°C. Die Mischlufttemperatur (3) beträgt +10°C. Die Mischluft wird auf +35°C aufgewärmt (4) und in der Wasserkammer befeuchtet (5). Die Luft wird dabei auf die Taupunkttemperatur von +15°C abgekühlt (6). Danach wird die Luft wieder erwärmt (7), bis die gewünschte Raumtemperatur von +20°C (8) erreicht ist.

Bei einer angenommenen Frischluftmenge von 5000 kg/h ergibt die thermodynamische Berechnung folgendes Ergebnis:
5000 kg/h Frischluft von -10°C gemischt mit 10 000 kg/h Umluft von +20°C ergibt 15 000 kg/h Mischluft von +10°C;
15 000 kg/h Luft von +10°C werden im Erhitzer auf +35°C erhitzt; das ergibt einen Wärmebedarf von: 15 000 × 25 × 0,24 = 90 000 kcal/h.

Nach der Befeuchtung wird die Luft im 2. Erhitzer von +15°C auf Raum temperatur von +20°C erwärmt. Das ergibt folgende Berechnung:

15 000 × 5 × 0,24 = 18 000 kcal/h.

Der gesamte Wärmebedarf beträgt somit 108 000 kcal/h = 125, 58 kW.

Abb. 4 zeigt das Temperaturdiagramm für die gleiche Fischluftmenge von 5000 kg/h beim Betrieb der erfindungsgemäßen Klimaanlage. Die Frisch luft (7) wird durch Wärme- und Feuchtigkeitsrückgewinnung (2) von -10°C auf +18°C ohne zusätzliche Wärmezufuhr erwärmt. Durch einen Erhitzer (3) wird sie von +18°C um 2°C auf die Raumtemperatur von +20°C erwärmt (4). Der Gesamtwärmebedarf beträgt in diesem Fall:
5000 × 2 × 0,24 = 2400 kcal/h = 2, 8 kW, d. h. nur 2, 23% des Ener giebedarfes einer normalen Klimaanlage.

Bei anderen Betriebsverhältnissen, besonders im Sommerbetrieb (Kühl ung) kann sich dieses Verhältnis noch geringfügig verbessern. Doch auch bei einem Kältebedarf von 2400 kcal/h bei 5000 kg/h Frischluft kann der Luftkühler zweckmäßigerweise mit Frischwasser betrieben werden. Die ca. 300 l/h Frischwasser, die in diesem Fall erforderlich sind, werden vorgewärmt der Warmwasserbereitung zugeführt, so daß der Kühlbetrieb praktisch kostenlos erfolgt.

Alle in der Anmeldung beschriebenen Ausführungsmerkmale sind rein beispielhaft und nicht verbindlich. So kann z. B. die Anlage auch aus zwei nebeneinanderliegenden Geräten für Abluft- und Frischluftbe handlung bestehen. Für den Betrieb ist dann allerdings eine zweite Pumpe erforderlich.

Claims

1. Klimaanlage für Frischluftbetrieb nach Abb. 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der größte Teil des Energiebedarfs durch Wärme- und Feuchtigkeitsrückgewinnung gedeckt wird, die - wie beschrieben - über einen Flüssigkeitskreislauf in dem Gehäuse (5) mit den Füllkörperpackungen (6) erfolgt und nur ein sehr geringer Ener gieanteil für die Erwärmung über den Lufterhitzer (19) oder die Kühlung über den Luftkühler (20) erforderlich ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - wie in Abb. 2 dargestellt - statt des Lufterhitzers (19) und Kühlers (20) eine zusätzliche Füllkörperschicht (29), mit Flüssigkeits kreislauf und dem Erhitzer (24) und Kühler (25), zur Erwärmung oder Kühlung und Befeuchtung der Luft eingesetzt wird.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärme- und Feuchtigkeitsrückgewinnung eine Flüssigkeit benutzt wird, deren Wasserdampf-Partialdruck bei einer bestimmten Tempe ratur dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt der Zuluft entspricht, deren Gefrierpunkt sehr niedrig liegt und die desinfizierend wirkt.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus einer konzentrierten Lösung verschiedener Salze besteht und daß sich zur Aufrechterhaltung der Konzentration in der Flüssigkeit ein durchlässiger Behälter (18) mit Salzen befindet.