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Vorrichtung zum Regeln von Klima -Anlagen Die Erfindung bezieht sich
auf die Regelung von Klima-Anlagen, welche das Raumklima durch Zuführen von in einem
Luftwäscher vorbehandelter Luft herstellen. Sie bezweckt insbesondere die Weiterentwicklung
und Verbesserung solcher Klima-Anlagen, bei denen. ein erster Regelkreis das Mischungsverhältnis
von Frisch- zu Raumluft nach dem eingestellten Sollwert eines die Taupunkttemperatur
überwachenden Thermometers am Ende des Luftwäschers steuert, während ein zweiter
von einem Feuchteregler im zu klimatisierenden Raum gesteuerter Regelkreis die Zuluftmenge
und gegebenenfalls deren Temperatur regelt.
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Diese Anlagen arbeiten unter normalen Verhältnissen für den Sommer-
und Winterbetrieb einwandfrei. Durch den ersten über den Taupunktregler gesteuerten
Regelkreis wird das Mischungsverhältnis von Frisch- zu Raumluft stets so abgestimmt,
daß die Mischluft beim Durchgang durch den Luftwäscher in einem mittels Wasserdüsen
erzeugten Wasserschleier fast bis zur Sättigung befeuchtet und bis zum Taupunkt
abgekühlt wird.
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Die aus dem Wäscher in fast gesättigtem Zustand mit konstanter, dem
eingestellten Sollwert des Taupunktreglers entsprechender Temperatur austretende
Luft wird durch einen Lüfter und daran anschließende Verteilleitungen in den Klimaraum
gedrückt. In diesen Leitungen wird die dem Klimaraum zugeführte Luft mengen- und
gegebenenfalls temparaturmäßig durch den vom Feuchteregler im Klimaraum gesteuerten:
zweiten Regelkreis geregelt, der dazu auf eine in der Verteilleitung gelegene Drosselklappe
und ein daneben angeordnetes Heizregister für die Zuluft entsprechend einwirkt.
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Bei dieser Regelart ist angenommen, daß im Raum keine Feuchtigkeitszufuhr
und kein Feuchtigkeitsentzug aus der Luft stattfindet, so daß durch
die
Überwachung der Temperatur der in gesättigtem Zustand zugeführten Luft und der relativen
Feuchtigkeit im Klimaraum gleichzeitig auch die Temperatur darin kontrolliert wird.
Ferner ist angenommen, daß ein mit Kühlwasser oder Sole beschicktes Kühlregister
zum Kühlen der in den Wäscher eintretenden Frischluft nicht vorhanden ist oder Kühlwasser
zum Zerspritzen im Wäscher nicht zur Verfügung steht.
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In diesem Fall arbeiten die bekannten Regelanlagen unter Luftverhältnissen,
wie sie im Hochsommer häufig eintreten, nicht mehr sinnvoll und regelungsgerecht,
und zwar haben sich folgende Schwierigkeiten herausgestellt: Steigt im Hochsommer
die Temperatur des feuchten Thermometers der Außenluft über den Taupunkt der Raumluft,
so kann der Wäscher bei fehlender Kühlung der Frischluft den Taupunkt nicht halten.
Der Taupunkt steigt also über die Solltemperatur an, so daß sich zur Erzielung der
verlangten Raumluftfeuchte eine ethöhte Raumtemperatur ergibt. Es hat sich nun gezeigt,
daß in diesem Fall häufig die Raumfeuchte zu .groß wird. Der Fewdhteregler im Klimaraum
reagiert dann darauf in der Weise, daß die Zuluftklappe gedrosselt und gegebenenfalls
das Heizregister angestellt wird. Infolgedessen steigt die Raumtemperatur auf das
der verlangten Raumfeuchte entsprechende, an sich unerwünschte hohe Maß an.
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Steht, wie das meistens der Fall ist, im Sommer kein Heizmittel zur
Verfügung, so nimmt die relative Feuchtigkeit zu. Dieser Regelvorgang, der gerade
im Hochsommer bei übergroßem Wärmeinhalt der Außenluft eine Drosselung der Zuluftmenge
und ein Anheizen mittels Dampf bedingt, ist für diese Fälle sinnwidrig und läßt
erkennen, daß die für normale Verhältnisse sinnvoll wirkenden Regelmaßnahmen für
die aufgezeigten Spitzenverhältnisse nicht mehr zweckdienlich arbeiten. Der Grund
dafür liegt darin, daß die Regelanlage ohne Rücksicht auf einen den eingestellten
Sollwert des Taupunktreglers überschreitenden Luftzustand der Frischluft die gleichen
Regelmaßnahmen wie bei einem unter dem Taupunkt der Raumluft liegenden Frischluftzustand
beibehält.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses sinnwidrige Verhalten
der bekannten Regelanlagen beiden angeführten Ausnahmeverhältnissen zu beseitigen.
Sie geht dabei von folgender Erkenntnis aus: Wenn der Wärmeinhalt der Außenluft
schnell über das Maß ansteigt, das der Solltemperatur des Taupunktreglers entspricht,
steigt entsprechend schnell die Raumlufttemperatur, sobald die relative Feuchtigkeit
konstant gehalten wird. Nun 'hatte sich aber vorher die Oberflächentemperatur der
Maschinen- und Gebäudemassen auf einen Gleichgewichtszustand zu der von der Klima-Anlage
bisher gehaltenen Raumtemperatur eingestellt.
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Beim Ansteigen der Raumtemperatur, wodurch gleichzeitig der Wärmeeinfall
von außen her verringert werden kann, wird der Gleichgewichtszustand zwischen Raumtemperatur
und der Temperatur der Maschinen- und Gebäudemassen gestört. Diese Massen speichern
nun zunächst auf Kosten der Raumluft weitere Wärme auf, so daß die Kühllast der
Anlage sinkt. Durch den von den Maschinen- und Gebäudemassen. bewirkten Wärmeentzug
steigt die relative Feuchtigkeit im Klimaraum an, dem die bekannte Regelanlage vom
Feuchteregler her durch Drosselung der Zuluft und Fremdheizung zu begegnen versucht,
während vom Taüpunktregler her die Frischluftklappe infolge der überschrittenen
Taupunkttemperatur voll geöffnet bleibt.
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Um diesem widersprechenden Verhalten zu begegnen, wird in den Fällen,
in denen der Frischluftzustand z. B. hinsichtlich seiner Temperatur über den Wert
ansteigt, der ein Überschreiten der Taupunktsolltemperatur hinter dem Wäscher und
damit ein Steigen von Raumtemperatur und/oder -feuchte mit sich bringt, wobei aber
der Absolutwassergehalt der Frischluft .den Taupunktsollwert nicht überschreitet,
zum Regeln von Klima-Anlagen, die mit einem von einem Taupunkttemperaturfühler an
dem die Mischluftsättigung bewirkenden Luftwäscheraustritt gesteuerten, ersten Regelkreis
zum Steuern des Mischungsverhältnisses Umluft zu Frischluft und einem von einem
Feuchtefühler im zu klimatisierenden Raum gesteuerten zweiten Regelkreis zum Steuern
von Zuluftdurchfluß und -nachheizungsarbeiten, erfindungsgemäß ein dritter Regelkreis
angeordnet, der beim Steigen der Frischluftkühlgrenztemperatur über die der Solltemperatur
des Taupunkttemperaturfühlers entsprechende Temperatur und bei einer Frischluftabsolutfeuchte
unter der des Taupunktsollwertes entweder den Wäscher derart drosselt, daß er nicht
mehr sättigt und/oder bei steigender Raumluftfeuchte vor Ansprechen des zweiten
Regelkreises eine Zumischung von Frischluft hinter dem Wäscher bewirkt. Der dritte
Regelkreis kann dabei zweckmäßig durch den vorhandenen Temperaturfühler des ersten
und/oder den Feuchtefühler des zweiten Regelkreises mitgesteuert werden. Auch braucht
der dritte Regelkreis nicht notwendig als eigener, vom ersten und zweiten Regelkreis
für sich gänzlich gesonderter Regelkreis ausgebildet zu sein, sondern es kann bei
Erreichen maximaler Frisdhluftöffnung im Raumfrischluftmischer die Frisflhluftklappe
den zweiten Regelkreis von dessen Steuerorgan ab- und dessen Fühler auf die Regelorgane
des dritten Regelkreises umschalten.
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Die Herabsetzung der relativen Feuchtigkeit der Zuluft durch Verringerung
ihres Sättigungsgrades auf dem Wege einer Minderbefeuchtung im Wäscher oder auf
dem Wege einer Zumischung von Frischluft hinter dem Wäscher wird dabei so vorgenommen,
daß die im Luftwäscher angeordneten Spritzwasserdüsen gedrosselt oder zum Teil ausgeschaltet
werden oder daß der aus dem Wäscher in fast gesättigtem Zustand austretenden Luft
über eine zusätzliche, von einer Stellmembran gesteuerte Klappe Frischluft beigemischt
wird.
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In der Zeichnung sind beide Regelungsmöglichkeiten in einem schematischen
Ausführungsbeispiel
einer Regelanlage nach der Erfindung dargestellt.
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Im Luftwäscher i wird die durch die Frischluftklappe 2 und die durch
die Umluftklappe 3 aus dem Raum q. angesaugte Luft durch die .beiden mit Spritzwasserdüsen
versehenen Rohrgitter 5 und 6 befeuchtet. Ein Tropfenabscheider 7 hält die von der
Luftströmung mitgerissenen Tropfen zurück. Das von der Luft nicht aufgenommene Wasser
sammelt sich im Sammelbehälter 8 und wird durch eine Zentrifugalpumpe 9 umgewälzt.
Im Wasserkreislauf ist für den Winterbetrieb ein Wasservorwärmer io eingebaut. Das
von der Luft aufgenommene Wasser wird durch ein in der Zeichnung nicht dargestelltes.
Schwimmerventil in den Behälter 8 nachgespeist. Der als Ausdehnungsregler wirkende
Fühler i i verstellt eine drehbar gelagerte Drosselplatte i2, wodurch diese der
Düse 13 mehr oder weniger genähert wird.
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Die Steuerung der Klima-Anlage kann z. B. mit Druckluft oder mit elektrischem
Strom vorgenommen werden. In der Zeichnung ist eine Regeleinrichtung mittels Druckluft
dargestellt. Aus der Hauptdruckluftleitung wird die dem Regelkreis I des Temperaturreglers
zugeführte Druckluftmenge durch eine Drossel 13 dosiert. Je nach der Stellung der
Drosselplatte 12 zu der Auslaßdüse 13 wird der Druck im Regelkreis I verändert
und dadurch bei steigender Temperatur das Ventil 15 zum Wasservorwärmer io geschlossen
und anschließend daran durch die Stellmembran 16 die Frischluftklappe 2 geöffnet
und die Umluftklappe 3 so weit geschlossen, bis der Fühler i i des Temperaturreglers
den Sollwert anzeigt.
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Die im Wäscher behandelte Luft wird durch einen Ventilator 17 in die
Luftverteilleitung 18 gefördert. In dieser Leitung ist eine Drosselklappe ig, welche
durch eine Stellmembran 2o bewegt wird, eingebaut. Neben dieser Drosselklappe ist
ein Heizregister 21 angeordnet, dessen Wärmeabgabe vom Ventil 22 geregelt wird.
Aus der Luftverteilleitung 18 tritt die Luft in den Klimaraum q..
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In diesem Raum ist ein Feuchtefühler 23 angeordnet, dessen hygroskopisches
Band sich z. B. bei zunehmender Feuchtigkeit verkürzt und bei abnehmender Feuchtigkeit
längt. Durch diese Längenänderung wird die beweglich angeordnete Drosselplatte 24
der Düse 25 mehr oder weniger genähert.
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Aus der Hauptdruckluftleitung tritt die Druckluft durch eine Drossel
26 in den Regelkreis II des Feuchtereglers. Bei zunehmender Feuchtigkeit im Raum
q. verkürzt sich das ihygroskopische Band 23 und drosselt den Austritt der Druckluft
aus der Düse 25, so daß der Druck im Regelsystem II steigt. Durch diesen Druckanstieg
wird die Stehmembran 2o derart bewegt, daß die Klappe i9 den Luftdurchgang verengt.
Anschließend daran öffnet das Ventil 2,2 den Zutritt des Heizmittels zum Heizregister
21.
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Die bisher beschriebene Anlage mit dem Regelkreis I und II ist für
die Steuerung von Klima-Anlagen für industrielle Betriebe bekannt. Sie führt beim
Ansteigen des Wärmeinhaltes der Außenluft über den Sollwert, auf den der Fühler
des Temperaturreglers eingestellt ist, zu den eingangs erläuterten Störungen einer
zu hohen relativen Raumfeuchtigkeit bzw. einer überhohen Raumtemperatur. Zur Beseitigung
dieser unzweckmäßigen Regelwirkung dient nun der erfindungsgemäß vorgesehene dritte
Regelkreis, der in Abhängigkeit von den Regelmaßnahmen, die der Regelkreis I und
II bei überhohem Wärmeinhalt der Außenluft treffen, selbsttätig in Wirkung tritt.
Der Regelkreis III erhält die Steuerluft durch eine Drossel 27. Die Druckluftleitung
erhält eine Auslaßdüse 28, welche von der Drosselplatte 2q.', die drehbar auf der
Drosselplatte 2¢ gelagert ist und über die Federn 24' und den Anschlag 2q."' von
der Drosselplatte 2q. des Feudhtereglers im Raum gesteuert wird, und eine Düse 29,
welche von der Drosselplatte 12 des Temperaturreglers am Ende des Luftwäschers gesteuert
wird. An den Regelkreis III ist ein druckluftgesteuertes Ventil 3o angeschlossen,
welches in der Druckleitung der Wasserumwälzpumpe derart eingebaut ist, daß es durch
Abschaltung des Rohrnetzes 6 die Hälfte der angeschlossenen Spritzdüsen abstellen
kann. Bei geschlossenem Ventil wird somit die Luft im Wäscher nicht mehr so noch
befeuchtet.
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An Stelle dieses Absperrventils 3o kann auch eine, Stellmembran 31
angeordnet werden, welche eine Klappe 32 verstellt, wodurch der aus dem Wäscher
austretenden fast gesättigten Luft vor dem Ventilator 17 Frischluft beigemischt
wird.
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Der Regelkreis III arbeitet zur Abhilfe der bei den Regelkreisen I
und II auftretenden Störungen folgendermaßen: Steigt der Wärmeinhalt der Luft bei
hoher Außentemperatur auf den Sollwert, auf welchen der Fühler des Taupunktreglers
i i eingestellt ist, so schließt dessen Fühler die Austrittsdüsen 13 und 29. Durch
den Druckanstieg im Regelkreis I wird dann die Frischluftklappe 2 vollständig geöffnet.
Steigt der Wärmeinhalt der Außenluft über den Sollwert, so steigt im Klimaraum die
relative Feuchtigkeit, und das hygroskopische Band des Feuchtereglers 23 nähert
die Drosselplatte 24 der Düse 25 des Regelkreises 1I und beginnt, die Zuluftklappe
i9 zu drosseln. Gleichzeitig schließt die Drosselplatte 2q.' vollständig den Luftaustritt
aus der Düse 28 des Regelkreises III. Durch das Schließen der beiden Düsen 28 und
29 des Regelkreises III wird der Druck in diesem Regelkreis erhöht, wodurch das
Ventil 30
den Wasserzutritt zum Rohrteil 6 der Druckwasserdüsen im Wäscher
verschließt. Die Frischluft wird daher im Wäscher nicht mehr bis fast zur Sättigung
befeuchtet, sondern verläßt den Wäscher bei einer geringeren relativen Feuchtigkeit,
so daß die Kühlleistung der Klima-Anlage sinkt.
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Wird an Stelle des Ventils 30 eine Stellmembran 31 in
den Regelkreis III eingebaut, so öffnet diese bei Erhöhung des Druckes im Regelkreis
III die Klappe 32 und läßt unbehandelte Außenluft zu der in fast gesättigtem Zustand
aus dem Wäscher austretenden Luft hinzutreten, wodurch ebenfalls die Kühlleistung
der Anlage verringert wird.
Die Regeleinrichtung kann erfindungsgemäß
auch derart ausgeführt sein, daß der Regelkreis III aus einer pneumatisch oder elektrisch
betätigten Vorrichtung besteht, welche bei vollständig geöffneter Frischluftklappe
2 die Verbindung des Regelkreises II von der Düse 25 zu der Stellmembran 2o und
dem Ventil 22 unterbricht und gleichzeitig das Ventil 3o bzw. die Stellmembran 31
an den Regelkreis, II anschließt, wodurch bei Drosseln des Luftaustrittes aus der
Düse 25 das Ventil 3o bzw. die Stellmembran 31 betätigt werden und so der Regelkreis
TI die Funktion des Regelkreises III übernimmt.
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Durch die Verringerung der relativen Feuchtigkeit der Zuluft wird
der Temperaturanstieg im Klimaraum gegenüber dem mit Einführung von Zuluft in fast
gesättigtem Zustand auftretenden Temperaturanstieg bei gleicher relativer Raumfeuchte
verringert.