-
Verfahren und Vorrichtung zur zusätzlichen Steuerung des Frischluft-Rückluft-Gemischverhältnisses
in einer selbsttätigen Klima-Regelanlage Die Erfindung betrifft die Klimatisierung
von Räumen durch gewaschene Luft, in denen der aus der vorgeschriebenen Temperatur
und Feuchtigkeit sich ergebende Wärmeinhalt (je Einheit Raumluft) j e nach der Jahreszeit
über oder unter dem der Außenluft liegt.
-
Bekannte Einrichtungen hierzu bestehen im wesentlichen aus, einem
Wäscher, dem Frisch- oder Um- oder Mischluft zugeführt wird, einer Wäs-cherumgehungsklappe,
durch welche nicht gewaschene Umluft der gewaschenen Luft beigemischt wird, einem
Zulüfter - gegebenenfalls auch einem Ablüfter -, Kühl- und Heizkörper, Verteilleitung
und selbsttätiger Regeleinrichtung. Letztere besteht z. B. aus dem zum Wäscher gehörigen
sogenannten Taupunktregler, der d;ie Temperatur der gewaschenen Luft und somit den
Taupunkt der Raumluft durch Verstellung der Frisch- und Umluftklappen nebst Heiz-
und Kühlregister vor dem Wäscher konstant hält, sowie einem im Raum angeordneten
Feuchte- oder Temperaturregler, der den Raumluftzustand durch Verstellung der Wäscherurngehungsklappe
- gegebenenfalls zusätzlich einer Drosselklappe zur Änderung der Gesamtluftmenge
- und eines Nachheizregisters aufrechterhält.
-
Durch den Taupunktregler wird, dem Wäscher außer der aus irgendwelchen
Gründen vorgeschriebenen Mindestfrischluftmenge zwecks Wärmeersparnis vorwiegend
Umluft zugeführt, die z. B. bei Heizbetrieb mit zunehmendem Wärmeinhalt der Außenluft
in wachsendem Maße durch Frischluft ersetzt wird. Bei strengster Kälte wird daher
vorzugsweise
mit Umluft gefahren. je mehr der Wärmeinhalt der Außenluft zunimmt, um so mehr wächst
der Frischluftanteil. Liegt der Zustand der Außenluft auf der durch den Taupunkt
der--Raumluft gezogenen Linie gleicher Kühlgrenze -oder darüber, so wird dem Wäscher
nur Frischluft zugeführt.
-
-Diese bekannte Steuerung ist auch für die den Gegenstand der Erfindung
bildende Klimatisierung zweckmäßig, solange der Wärmeinhalt der Außenluft kleiner
oder gleich dem Wärmeinhalt der Raumluft ist. Steigt aber z. B. bei: Kühlbetrieb
der Wärmeinhalt der Außenluft über den der Raumluft, so ist zwecks Kühlersparnis
der Frischluftanteil auf die vorgeschriebene Mindestfrischluftmenge zu beschränken.
Durch die übliche Steuerung von seiten des Taupunktreglers wird aber auch in diesem
Fall dem Wäscher reine Frischluft zugeführt und daher unnützer Kühlbedarf wesentlichen
Ausmaßes verursacht. Letzterer ergibt sich daraus, daß der Wärmeinhalt je Einheit
Außenluft zunächst durch die Kältemaschine auf den der Raumluft vermindert werden
muß, bevor an die Deckung,der unvermeidlichen Kühllast, die sich aus der Wärmezufuhr
durch Maschinen, Menschen, Wärmedurchgang durch Wände usw. ergibt, herangegangen
werden kann.
-
Es liegt daher nahe, z: B. einmal jährlich die Steuerung von Winter-
auf Sommerbetrieb oder umgekehrt von Hand so umzuschalten, daß die Frischluft-Rückluft-Klappen
des Wäschers im Winterbetrieb vom Taupunktregler in üblicher Weise verstellt, im
Sommerbetrieb aber auf Mindestfnischluftmenge fest eingestellt werden. Diese Umschaltung
von Hand ist aber durchaus unzureichend, weil der Wärmeinhalt der Außenluft sowohl
im Sommer wie im Winter, sogar an ein und demselben Tag, starken Schwankungen unterworfen
ist. Es ist daher unvermeidlich"daß die aus der Schaltung für Winter- oder Sommerbetrieb
sich jeweils ergebende Einstellung der Frischluft-Rückluft-Klappen zeitweise der
erforderlichen Steuerung widerspricht.
-
Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, die vorstehend
erläuterte wesentliche Verlustquelle selbsttätig auszuschalten.
-
Erfindungsgemäß wind bei einem Verfahren zur zusätzlichen Steuerung
des Frischluft-Rückluft-Gemischverhältnisses in einer selbsttätigen Klima-Regelanlage
mit selbsttätig geregeltem Frischluft-Rückluft-Gemischwäscher, bei dem dem Luftwäscher
bei, einem unter dem Wärmeinhalt der ihn verlassenden Luft liegenden Wärmeinhalt
der Außenluft ein für die Vermeidung unnötigen Heiz-und Kühlbedarfes erforderliches
Gemisch von Frisch- und Rückluft zugeführt wird, so verfahren, daß die Frischluft-Rückluft-Gemischsteuerklappen
dem Einfluß des diese Klappen steuernden Temperaturreglers selbsttätig entzogen
und auf die Mindestfrischluftmenge eingestellt werden, wenn der Wärmeinhalt der
Außenluft oder die jeweilige Kühllast der Anlage einen vorh°stimmten (kritischen)
Betrag überschreitet, und beim Unterschreiten dieses: Wertes dem -Temperaturregler
selbsttätig wieder unterstellt werden..
-
Das Verfahren kann bei Anlagen mit oder ohne eine . den Luftwäscher
umgehende Luftleitung zum Raum angewandt werden. Es kann dabei mit konstanter oder
veränderlicher geregelter oder ungeregelter Luftdurchsatzmenge durch den Raum gearbeitet
werden.
-
Der beste Maßstab für den kritischen Wärmeinhalt der Außenluft ist
im Sinne der Erfindung der spezifische Wärmeinhalt der Raumluft. Wird letzterer
von dem der Außenluft über- bzw. unterschritten, so werden erfindungsgemäß die Frisch-und
Rückluftklappen dem Einfluß des Temperaturreglers selbsttätig entzogen bzw. ihm
wieder unterstellt. Hierdurch ist die vollkommene Wirtschaftlichkeit der Anlage
hinsichtlich Heiz- und Kühlaufwand gesichert. Der Wärmeinhalt der Außenluft kann
z. B. kalorirnetri.sch oder durch laufendes Waschens einer kleinen Außenluftmenge
nebst Messen der Kühlgrenztemperatur bestimmt werden und dabei durch das Meßgerät
sn der Nähe des kritischen Wärmeinhaltes der Außenluft die Umschaltung erfolgen.
-
Wird statt dessen im weiteren Rahmen der Erfifdung die kritische Kühllast
als Merkmal für den Zeitpunkt der selbsttätigen Umschaltung verwendet, so wird zwar
die Ersparnis an Heiz- und Kühlaufwand nicht so vollkommen,, aber in einem immerhin
noch entscheidende Vorteile begründenden Ausmaß gesichert. Diesem Erfindungsgedanken
liegt dabei folgende Erkenntnis zugrunde: Bei Ausschaltung jedweden vermeidbaren
Kühlaufwandes setzt sich dieser zusammen aus dem Ausgleich für die als konstant
anzusehende Wärmezufuhr durch Maschinen, Menschen u. dgl. einerseits und den veränderlichen
Wärmedurchgang durch die Raumwandungen andererseits. Letzterer ist bei, gegebener
Ausführung und Lage des Gebäudes außer von der Sonneneinstrahlung nur abhängig .
von dem Temperaturunterschied zwischen Raumluft und Außenluft. Die kritische Kühllast
wird somit nicht durch den Wärmeinhalt, sondern durch die Temperatur der Außenluft
bestimmt. Der prozentuale Einfluß der Außenlufttemperatur auf die Kühllast ist um
so geringer, je größer die Kühlbelastung durch die Wärmeentwicklung von Maschinen
und Menschen ist.
-
je nach der relativen Feuchtigkeit der Außenluft kann die Umschaltung
von »Heizbetrieb« auf »Kühlbetrieb« und umgekehrt vorgenommen werden, wenn der Wärmeinhalt
der Außenluft noch etwas unterhalb oder bereits etwas oberhalb des Wärmeinhaltes
der Raumluft liegt. Tritt z. B. die kritische Kühllast bei einer Außentemperatur
von r5° auf, so kann die Umschaltung z. B. bei einem Außenludtzu,gtan.d i5°/6o%
relative Feuchtigkeit (i=7,5 kcal/kg trockene Luft) oder i5°/9o% relative Feuchtigkeit
(i = 9,5 lccal/k .g trockene Luft) erfolgen. In welcher Höhe man rechnerisch und
durch Versuche im Einzelfall die kritische Kühllast festlegt, kann dem Fachmann
je nach Lage der Verhältnisse überlassen bleiben. In
jedem Fall
wird erreicht, daß oberhalb einer bestimmten Kühllast die vollkommene Wirtschaftlichkeit
der Anlage wieder gesichert ist. Als Maßstab für die Größe der Kühllast kann erfindungsgemäß
z. B. dienen: a) bei Anlagen, in denen mit gleichbleibendem Gesamtluftd:urc'hsatz
und veränderlichem Verhältnis zwischen gewaschener Luft und Umgehungslüft ;gearbeitet
wird, die Stellung der Umgehungsklappe; b) bei Anlagen., in denen mit veränderlichem
Gesamtluftdurchsatz gearbeitet wird, die jeweilige Drehzahl dcs. Lüfters oder die
jeweilige Stellung der Drosselklappe für die Zuluft.
-
Die Erfindung läßt sich sowohl bei Klimaanlagen anwend; n, die mit
gesättigter Luft arbeiten, als auch bei solchen, die außer der gesättigten Luft
noch \,'asserstaul) entweder mittelbar durch die Luftverteilkanäle der Klimaanlage
zuführen oder unmittelbar durch Wasserzerstäuber im Arbeitsraum in die Raumluft
bringen.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Klimaanlagen zur
Erzielung der selbsttätigen Steuerung der Frischluftzufuhr in zu klimatisiereiide
Räume nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.
-
Fig, i zeigt einen Mreßwäscher mit einem Temperaturfühler und -.impulsgeber
als Steuerglied für die Abschaltung der Frischluft-Rückluft-Klappe von der Steuerregelung
des Temperaturreglers im Luftwäscher, Fig. 2 die davon! bezüglich der Umschaltung
der Frischluft-Umluft-Klappe gesteuerte Klimaanlage und Fig. 3 eine vom Feuchte-
oder Temperaturregler im Raum gesteuerte Umschaltung für die Frischluft-Riickluft-Klappen
der Klimaanlage nach Fig. 2.
-
ach Fig. i dient als Meßgerät für den Wärmeinhalt der Außenluft ein
Meßwäscher, der mit Frischluft beschickt wird. In das Meßgerät wird Außenluft durch
die Öffnung i angesaugt, die durch ein Heizregister 2 mittels eines Temperaturreglers
3 auf eine konstant gehaltene Temperatur -- beispielsweise auf io° - erwärmt wird.
Diese Vorwärmung ist deshalb erforderlich, damit auch bei strengster Kälte nach
voller Sättigung die Temperatur der gewaschenen Luft immer noch über o li:gt. Anschließend
daran wird die Luft durch Druckwasserdüsen ,4 befeuchtet. Die von .der Luft nicht
aufgenommenen Wassertropfen werden in einem Abscheider 5 zurückgehalten, das Abtropfwasser
läuft dabei durch einen Überlauf und eine Leitung 6 in eine Wanne 7. Die durch diese
Behandlung fast bis zur Sättigung befeuchtete Luft wird an einem Temperaturfühler
und -impulsgeber 8 vorbeigeführt. Für die Förderung der Luft wird ein Lüfter 9 verwendet,
der an dem oberen `\'ellenstumpf eines. Motors io aufgesetzt ist. Durch den unteren
Wellenstumpf dieses Motors ist eine Zentrifugalpumpe i i angetrieben, welche das
Wasser aus der Wanne 7 entnimmt und durch die Rohrleitung 12 den Druckwasserdüsen
4. zuführt. Um den `Wasserspiegel in der Wanne 7 konstant zu. halten, wird das durch
die Befeuchtung der Luft verbrauchte Wasser durch ein Schwimmerventil
13
nachgespeist.
-
Die durch den Temperaturfühler 8 gemessene Temperatur entspricht bei,
allen Außenluftzuständen oberhalb der durch die Vorwärmung vom Temperaturregler
3 des Heizregisters 2 liegenden Außenlufttemperaturen den K.ühlgrenztemperaturen
der Außenluft, so daß die Anzeige des Temperaturfühlers 8 als Impulsgeber für die
Umschaltung der Frischluft-Rückluft-Klappe der Klimaanlage entsprechend der Erfindung
verwendet werden kann.
-
Die Steuerung der Frischluftzufuhr ist aus dem in Fig.2 dargestellten
Ausführungsbeispiel einer Klimaanlage ersichtlich. Dem Luftwäscher i.1. wird Frischluft
durch die Frischluftklappe 15 oder Raumluft durch die Rückluftklappe 16 zugeführt.
Beide Klappen sind miteinander durch ein Gestänge 17 gekuppelt, @velches von einem
1Vlembranmotor i8 derart gesteuert wird, daß bei zunehmendem Druck unter dem Kolben
i9 der Stcllhebel 2o unter gleichzeitiger Spannung der Feder 21 angehoben und dadurch
die Frischluftklappe 15 geöffnet und die Rückluftklappe 16 geschlossen wird.
-
Die Mischluft durchströmt vor dem Eintritt in den Wäscher 14 zunächst
ein Heizregister 22, dessen Wärmeabgabe durch das Ventil 24 gesteuert wird, dann
ein Kühlregister 25, dessen Kühlleistung durch das Kühlmittelventil26 gesteuert
wird. Im Luftwäscher 14 wird die Luft durch einige mit Druckwasser beschickte Düsen
38, welche von einer Zentrifugalpumpe 39 gespeist werden, bis zur Sättigung befeuchtet.
De-r von der Luftströmung mitgerissene Wasserstaub wird am Ende des Luftwäschers
durch einen Tropfenabscheider 23 in die untere, als Wasserauffangbehälter ausgebildete
Wanne abgeleitet, so daß aus dem Luftwäscher die Luft in. fast gesättigtem Zustand
an dem Temperaturregler_ 27 vorbeistreicht.
-
Bei zunehmender Temperatur der am Regler 27 vorbeistreichenden Luft
wird durch elektrische, pneumatische oder hydraulische Übertragung zuerst das H.eizregisterventil24
geschlossen, dann durch die Stellmembran 18 die Rückluftklappe 16 weitgehendst geschlossen
und gleichzeitig der Frischluftzutritt durch die Klappe 15 geöffnet. Reicht die
durch die Befeuchtung der Außenluft erzielte Abkühlung der Luft nicht aus, um einen
weiteren Temperaturanstieg am Temperaturregler 27 zu vermeiden, so wird das Kühlregisterventil
26 geöffnet, so daß jeweils die Temperatur, auf welche der Temperaturregler 27 eingestellt
ist, auf jeden Fall eingehalten wird.
-
Die derart befeuchtete Luft mit konstanter Temperatur wird von einem
Lüfter 28 angesaugt, der im dargestellten Beispiel als Zentrifugallüfter ausgebildet
ist.
-
Bei Anlagen mit gleichbleibender Gesamtluftmenge und verän.derl;ichem
Verhältnis zwischen gewaschener Luft und Umgehungsluft wird ein Teil Umluft durch
eine Klappe 29 unter Umgehung des Luftwäschers dem Ventilator 28 zugeführt.
Diese
Klappe 29 wird durch eine Stellrriembran 30 verstellt.
-
Die vom Ventilator 28 geförderte Luft durchströmt ein Heizregister
31, dessen Wärmeabgabe durch ein Regelventil 32 gesteuert wird. Die
Luft wird durch die Luftverteilleitung 33 mit Austrittsöffnungen gleichmäßig in
den zu behandelnden Raum eingeführt. Im klimatisierten Raum überwacht ein Feuchte-
oder Temperaturregler 34 die verlangte relative Feuchtigkeit oder Temperatur. Wird
beispielsweise der Regler 34 als Feuchteregl.er ausgebildet, so wird bei ansteigender
relativer Feuchtigkeit über den eingestellten Wert des Feuchtereglers 34 auf pneumatischem
oder hydraulischem Wege die Stellmembran 30 oder bei elektrischer Steuerung ein
Klappenverstellmotor derart bewegt, daß die Umluftklappe 29 weiter geöffnet wird.
Der Anteil der im Luftwäscher 14 gewaschenen Luft verringert sieh dabei um den,
durch die Umgehungsklappe 29 vergrößerten Anteil Umluft, so daß bei gleichbleibender
Luftmenge die relative Feuchtigkeit der zugeführten, Luft geringer ist. Reicht die
vollständige Öffnung der Klappe 29 nicht aus, um einen weiteren Feuchtigkeitsanstieg
im Raum zu vermeiden, so wird anschließend daran das Heizregisterventil 32 geöffnet,
so daß die Luft durch das Heizregister 31 entsprechend nachgewärmt wird.
-
Bei Anlagen mit veränderlicher Gesamtluftmenge werden an Stelle einer
Wäscherumgehungsleiitung die Klappe 29 und das Heizregister 3 i nebeneinander in
der Luftzuleitung 33 eingebaut, so daß bei Schließen der Klappe 29 die Luftströmung
durch das Heizregister 31 umgelenkt wird, wobei entsprechend dem höheren
Widerstand im Heizregister 31 die Luftförderung absinkt. Statt dieser sogenannten
Drosselregelung kann auch das Heizregister 31 mit kleinem Widerstand ausgelegt
werden und gleichzeitig mit der Verstellung der Umlenkklappe 29 die Drehzahl des
Ventilators auf eine bekannte Art verringert werden.
-
Erfindungsgemäß wird der in Fig. z dargestellte Kleinstwäscher, welcher
den Wärmeinhalt der Außenluft überwacht, dazu verwendet, um bei Überschreitung des
Wärmeinhalts der Außenluft auf elektrischem, pneumatischem oder hydraulischem Wege
die Verbindung 35, d. h. die Steuerung zwischen dem Temperaturregler 27 und der
Stellmembran 18, mittels eines im Ausführungsbeispiel als. Dreiwege ventil dargestellten
Abschaltorgans 36 zu öffnen. Dieses Dreiwegeventil schließt dabei die Steuerleitung
zwischen dem Regler 27 und dem Abstellorgan 36 unter gleichzeitiger Entlüftung der
Leitung zwischen 36 und 18, so daß durch die Feder 21 der Stellhebel 2o gesenkt
wird und damit die Frischluftklappe 15 bis auf Mindestdurchgang geschlossen, gleichzeitig
aber der Umluftdurchgang durch die Klappe- 16 w itgehendst geöffnet wird.
-
Wird als Maßstab für die Umstellung der Umluftklappen eine bestimmte
Drosselung der Zuluftmenge oder eine bestimmte herabgesetzte Drehzahl des Ventilators
verwendet, so wird das Abschaltorgan 36'-wie aus der Ergänzungsfigur 3 beispielsweise
ersichtlich ist - an die vom Raumregler 34 gesteuerte Regelleitung zwischen dem
Regler 34, der Stellmembran 30 und dem Heizregisterventil 32 durch die Leitung
37 angeschlossen. Bei Erreichen eines bestimmten. Regeldruckes in dieser beispielsweise
pneumatisch oder hydraulisch gesteuerten Regelleitung wird über die Leitung 37 das
Regelventil 36' derart betätigt, daß die Regelleitung zwischen. dem Temperaturregler
27 und der Stellmembran 18 unterbrochen wird unter gleichzeitiger Entlüftung der
Leitung zwischen 36' und 18, so daß durch die Federspannung 21 der Stellmembran
18 wieder derselbe Steuervorgang auf Einstellung der Frischluftklappe 15 auf größte
Drosselung ausgelöst wird.