CH659695A5

CH659695A5 - Method of heat recovery and device for carrying out the method

Info

Publication number: CH659695A5
Application number: CH2273/79A
Authority: CH
Inventors: Elmer Dreher
Original assignee: Elmer Dreher
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1987-02-13
Also published as: ATA129780A; AT393555B; DE3005848C2; FR2451006A1; DE3005848A1; FR2451006B1

Description

25 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer räum- oder prozesslufttechnischen Anlage, die eine Heizungseinrichtung enthält und mit einer mindestens je einen Wärmeaustauscher in einem Aussenluftstrom und in einem Fortluftstrom der Anlage aufweisenden Vor-30 richtung zur Wärmerückgewinnung aus dem Fortluftstrom ausgestattet ist, wobei die Wärmeaustauscher über Rohrleitungen mechanisch und über einen darin im Kreislauf mit einer Pumpe umgewälzten Wärmeträger thermisch miteinander verbunden sind und die Vorrichtung eine Einrichtung zur 35 zusätzlichen Zufuhr von Wärme aus der Heizungseinrichtung in den Kreislauf aufweist; weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. The invention relates to a method for heat recovery in a room or process air system, which contains a heating device and is equipped with at least one heat exchanger each in an outside air flow and in an exhaust air flow of the system, and a device for heat recovery from the exhaust air flow, wherein the heat exchangers are mechanically connected to one another via pipelines and thermally to one another by means of a heat carrier circulated therein with a pump, and the device has a device for additionally supplying heat from the heating device into the circuit; the invention further relates to a device for carrying out the method.

Bei Anlagen der genannten Art ist es zur Einsparung von Energie von Bedeutung, Wärme aus dem Fortluftstrom rück-4o Zugewinnen und sie der hereingeführten Aussenluft, dem Aussenluftstrom, zuzuführen. So ist es während der Heizperiode im Winter, während man im Sommer in im Prinzip gleicher Weise und mit denselben Mitteln dem dann warmen Aussenluftstrom mit Hilfe der gekühlten Fortluft Wärme ent-45 ziehen kann. Es ist bekannt, hierzu eine Vorrichtung zu verwenden, die aus mindestens je einem Wärmeaustauscher im Aussenluftstrom und im Fortluftstrom, einer sie verbindenden Rohrleitung und einem Wärmeträger besteht, der darin im Kreislauf mit einer Pumpe umgewälzt wird. Als Wärmeträ-50 ger wird bisher meistens Wasser mit einem Frostschutzmittel verwendet, letzteres um zu verhüten, dass das Wasser im kritischen Bereich des Kreislaufes, vor allem also im Aussenluft-Wärmeaustauscher, gefriert. In systems of the type mentioned, to save energy, it is important to recover heat from the exhaust air flow and to supply it to the outside air, the outside air flow. So it is during the heating season in winter, while in summer you can extract heat from the then warm outside air flow in the same way and with the same means, with the help of the cooled exhaust air. It is known to use a device for this purpose, which consists of at least one heat exchanger each in the outside air flow and in the exhaust air flow, a pipeline connecting them and a heat transfer medium which is circulated therein with a pump. Up to now, water with an antifreeze has mostly been used as the heat transfer medium, the latter to prevent the water from freezing in the critical area of the circuit, especially in the outside air heat exchanger.

Der Frostschutzmittel-Zusatz verringert die spezifische 55 Wärme des Wärmeträgers, verschlechtert den Wärmeübergang und führt zu höherer Viskosität. Infolgedessen führt er zu geringerer Wärmerückgewinnung und zu grösserem Leistungsbedarf der Umwälzpumpe, so dass er die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung vermindert und sie bei nicht ganzjäh-6o rigem Betrieb überhaupt in Frage stellt. The antifreeze additive reduces the specific heat of the heat transfer medium, worsens the heat transfer and leads to higher viscosity. As a result, it leads to less heat recovery and to a higher power requirement of the circulating pump, so that it reduces the economy of the device and even puts it into question if it is not operated all year round.

Zur Verminderung dieser Nachteile sind schon Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die mit Wasser ohne Frostschutzmittel-Zusatz als Wärmeträger auskommen, indem dessen Kreislauf im kritischen Bereich Wärme aus der Heizungs-65 anlage zugeführt wird, sobald kalte Witterung dies erforderlich macht. Beispiele hierfür liefert die Schweizer Patentschrift 584 870 und die deutsche Auslegeschrift 25 26 568. Dabei wird dem kritischen Bereich des Kreislaufes vor oder To reduce these disadvantages, devices have already been proposed which manage with water without the addition of antifreeze as a heat carrier, by supplying heat to the circuit in the critical area from the heating system as soon as cold weather makes this necessary. Examples of this are provided by the Swiss patent 584 870 and the German patent specification 25 26 568. The critical area of the circuit is before or

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in dem Aussenluft-Wärmeaustauscher Warmwasser aus der Heizungsanlage über eine Vorlaufleitung mit einem Regulierventil zugeführt und hinter dem Aussenluft-Wärmeaustau-scher über eine Rücklaufleitung wieder in die Heizungsanlage zurückgeführt, d.h. der Warmwasser-Zuschuss ist da auf eine Teilstrecke des Kreislaufes beschränkt, und zwar auf den kritischen Bereich, in dem das Wasser bei entsprechend kalter Witterung anderenfalls gefrieren würde. in the outside air heat exchanger, hot water from the heating system is fed via a flow line with a regulating valve and behind the outside air heat exchanger via a return line back into the heating system, i.e. the hot water subsidy is limited to a section of the circuit, namely to the critical area in which the water would otherwise freeze if the weather is cold.

Dieser Stand der Technik weist einige erhebliche Nachteile auf. Hinreichendes Druckgefälle in dem Kreislaufabschnitt zwischen Vorlauf und Rücklauf von der Heizungsanlage und in diese zurück ist nicht sichergestellt, so dass zur Einspeisung des Warmwassers in den Kreislauf u.U. zusätzlich eine Warmwasserpumpe samt zugehörigen Steuereinrichtungen erforderlich wird. Ein weiterer Nachteil ist noch gravierender. Zwar wird die im Kreislauf je Zeiteinheit umgewälzte Wärmeträgermenge durch die Umwälzpumpe bestimmt, aber da der Warmwasser-Zuschuss nur über eine Teilstrecke des Kreislaufes mitgeführt wird, ist die umgewälzte Menge im Restteil des Kreislaufes, insbesondere also im Fortluft-Wärmeaustauscher, kleiner. Infolgedessen ist dort die Wärmekapazität und die wasserseitige Wärmeübergangszahl entsprechend kleiner. Beides wirkt sich dahin aus, dass die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung eine geringere Rückgewinnungsleistung liefert. Es handelt sich um denselben leistungsmindernden Effekt, der bei höheren Aussenluft-temperaturen und nicht mehr voll benötigter Rückgewinnungswärme durch das regulierende Dreiwegventil erzeugt wird, das bei Vorrichtungen dieser Art üblicherweise angeordnet ist, und zwar so, dass der Fortluft-Wärmeaustauscher dann nur noch von einem mehr oder weniger grossen Teil der Umwälzmenge durchströmt wird. This prior art has some significant disadvantages. Adequate pressure drop in the circuit section between flow and return from the heating system and back into this is not ensured, so that it may be necessary to feed the hot water into the circuit. in addition, a hot water pump with associated control devices is required. Another disadvantage is even more serious. The amount of heat transfer medium circulated per unit of time is determined by the circulating pump, but since the hot water subsidy is only carried over part of the cycle, the circulated amount in the remainder of the cycle, in particular in the exhaust air heat exchanger, is smaller. As a result, the heat capacity and the heat transfer coefficient on the water side are correspondingly smaller. Both have the effect that the device for heat recovery delivers a lower recovery performance. It is the same performance-reducing effect that is generated by the regulating three-way valve, which is usually arranged in devices of this type, in such a way that the exhaust air heat exchanger then only by one at higher outside air temperatures and recovery heat that is no longer required more or less large part of the circulation volume is flowed through.

Man muss sich fragen, wie es kommen mag, dass man seit Jahren den Warmwasserzuschuss aus der Heizungsanlage nur über einen Teil des Kreislaufes, unter Aussparung des Fortluft-Wärmeaustauschers, mitführt und damit zwangsläufig diesen gravierenden Nachteil in Kauf nimmt. Dem liegt die folgende Überlegung zugrunde: Man dürfe das Warmwasser aus der Heizungsanlage keinesfalls auch noch durch den Fortluft-Wärmeaustauscher mitführen und auch diesen noch damit aufheizen, er würde dann aus der Fortluft weniger Wärme oder u.U. keine mehr aufnehmen. One has to ask how it may happen that for years the hot water subsidy from the heating system has only been carried over part of the circuit, without the exhaust air heat exchanger, and inevitably has to accept this serious disadvantage. This is based on the following consideration: Under no circumstances should the hot water from the heating system also be carried through the exhaust air heat exchanger and also heat it up with it, it would then generate less heat or possibly from the exhaust air. no more record.

Der Erfinder hat jedoch erkannt, dass diese Überlegung unrichtig ist, dass es sich dabei also um ein sog. Vorurteil der Fachwelt handelt. Das Warmwasser, das aus der Heizungsanlage durch die Vorlaufleitung in den Kreislauf einströmt, mischt sich dort nämlich sofort mit dem Wasser aus dem Kreislauf, und auf die Temperatur des dem Fortluft-Wärmeaustauscher zuströmenden Wassers hat es keinen Einfluss, ob der Rücklauf vor oder nach ihm erfolgt. However, the inventor has recognized that this consideration is incorrect, that it is a so-called prejudice among experts. The hot water that flows from the heating system through the supply line into the circuit mixes there immediately with the water from the circuit, and it has no influence on the temperature of the water flowing to the exhaust air heat exchanger, whether the return before or after it he follows.

Weiterhin dürfte einem Fortschritt bisher das Problem im Wege gestanden haben, auf andere Weise das erforderliche Druckgefälle zwischen dem Vor- und Rücklaufanschluss bereitzustellen, wofür man bisher keine Lösung hatte. Furthermore, progress has hitherto stood in the way of the problem of providing the required pressure drop between the supply and return connections in a different way, for which no solution has hitherto been found.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile im Stand der Technik und erzielt weitere Vorteile, auf die weiter unten hingewiesen wird. Sie besteht zunächst in einem Verfahren aus der Kombination von Massnahmen, die aus dem ersten Patentanspruch ersichtlich ist. The invention avoids the disadvantages in the prior art and achieves further advantages, which are referred to below. It consists first of all in a process of combining measures that can be seen from the first claim.

Weiterhin besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, deren Kennzeichen die Kombination der folgenden Merkmale ist: Furthermore, the invention consists in a device for carrying out the method, the characteristic of which is the combination of the following features:

a) Der Kreislauf in der Vorrichtung ist zur zusätzlichen Zufuhr von Wärme mit mindestens einer Vorlaufleitung und mindestens einer Rücklaufleitung zum Anschluss an die Heizungseinrichtung der Anlage versehen, welche von ihm abzweigen; a) The circuit in the device is provided for additional supply of heat with at least one flow line and at least one return line for connection to the heating device of the system, which branch off from it;

b) die Vorlaufleitung mündet in die Rohrleitung, welche im Kreislauf den Wärmeträger in den im Aussenluftstrom gelegenen Wärmeaustauscher führt, oder direkt in diesen Wärmeaustauscher, und die Rücklaufleitung zweigt vor der Mündung der Vorlaufleitung bzw. Vorlaufleitungen von derselben Rohrleitung ab; b) the flow line opens into the pipe which leads the heat transfer medium in the circuit into the heat exchanger located in the outside air flow, or directly into this heat exchanger, and the return line branches off from the same pipe before the flow line or flow lines open;

c) die Vorrichtung besitzt eine Einrichtung zur Regulierung der zusätzlichen Zufuhr von Wärme in den Kreislauf durch Veränderung der Vor- und Rücklaufmenge des Wärmeträgers aus der Heizungseinrichtung in den Kreislauf und zurück in diese in Abhängigkeit von der Aussenlufttempera-tur und/oder der Wärmeträgertemperatur im Wärmeaustauscher im Aussenluftstrom. c) the device has a device for regulating the additional supply of heat to the circuit by changing the supply and return quantity of the heat transfer medium from the heating device into the circuit and back into this as a function of the outside air temperature and / or the heat transfer medium temperature in the heat exchanger in the outside air flow.

Zum Merkmal b) der Vorrichtung ist erläuternd noch zu bemerken, dass dies gleicherweise im Falle der Anordnung mehrerer solcher Rohrleitungen gilt. Die Einrichtung nach dem Merkmal c) der Vorrichtung kann z.B. aus einem progressiv wirkenden Motorventil und/oder einem Magnetventil für Auf-Zu-Regulierung bestehen, sowie aus mindestens einem Temperaturfühler an einer geeigneten, vom Einfrieren zuerst bedrohten oder diese Gefahr beizeiten zeigenden Stelle; der Temperaturfühler dient dann als Geber der Regulierung. Eine solche im Sinne einer Dosierung ist nur bei grossen Zumischungen aus der Heizungseinrichtung von wesentlichem Vorteil, während sonst eine Auf-Zu-Regulierung praktisch genügt. With regard to feature b) of the device, it should be noted that this applies equally to the arrangement of several such pipes. The device according to feature c) of the device can e.g. consist of a progressive motor valve and / or a solenoid valve for open-close regulation, as well as at least one temperature sensor at a suitable point that is at first threatened by freezing or that shows this danger at times; the temperature sensor then serves as an encoder for regulation. Such a dosage is only of major advantage in the case of large admixtures from the heating device, while otherwise an open-close regulation is practically sufficient.

In der neuen Vorrichtung kann Wasser mit seinen hierfür überlegenen Eigenschaften als Wärmeträger dienen, ohne dass man deren Verschlechterung durch ein Frostschutzmittel oder die Nachteile bekannter Vorrichtungen zur Verwendung von frostschutzmittelfreiem Wasser in Kauf nehmen müsste. In the new device, water, with its superior properties for this purpose, can serve as a heat transfer medium without having to accept its deterioration due to an antifreeze or the disadvantages of known devices for using antifreeze-free water.

Für den Betrieb und die Überwachung der Vorrichtung ist es einerlei, an welchen Stellen des Kreislaufes die hierfür notwendigen Armaturen wie Filter, Absperrventile, Durchflussmesser usw. angeordnet sind. Bei der neuen Vorrichtung kann man sie insgesamt oder teilweise zur Erzeugung eines Druckgefälles in dem Kreislauf-Abschnitt zwischen dem Anschluss der Rücklaufleitung und demjenigen der Vorlaufieitung anordnen; dann ist selbst unter den ungünstigsten Umständen keine zusätzliche Warmwasserpumpe erforderlich. For the operation and monitoring of the device, it does not matter at which points in the circuit the fittings required for this, such as filters, shut-off valves, flow meters, etc., are arranged. With the new device, it can be arranged in whole or in part to generate a pressure drop in the circuit section between the connection of the return line and that of the supply line; then no additional hot water pump is required even under the worst circumstances.

Zwischen der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung, vor ihren Einmündungen in den Kreislauf, kann eine Verbindungsleitung angeordnet sein ; durch diese strömt dann ständig etwas Heizungs-Warmwasser, so dass dieses ohne Verzögerung zur Verfügung steht, wenn z.B. bei einem plötzlichen Frosteinbruch rasch ein Warmwasserzuschuss im Kreislauf der Vorrichtung benötigt wird. Es ist dann zweckmässig, A connecting line can be arranged between the feed line and the return line, before their junctions into the circuit; some heating hot water then flows continuously through them, so that it is available without delay, e.g. if in the event of a sudden frost, a warm water subsidy in the circuit of the device is quickly required. It is then advisable

wenn die Verbindungsleitung so eng oder gedrosselt ist, dass ihr Strömungswiderstand grösser ist als derjenige im Kreislauf-Abschnitt zwischen den Einmündungen der Rücklaufleitung und der Vorlaufleitung, so dass in der Verbindungsleitung ein nur mässiger, für ihren Zweck jedenfalls genügender Durchfluss entsteht und sie praktisch keinen Nebenschluss zu dem parallelen Kreislauf-Abschnitt bilden kann. if the connecting line is so narrow or throttled that its flow resistance is greater than that in the circuit section between the mouths of the return line and the flow line, so that only a moderate flow, which is sufficient for its purpose, arises in the connecting line and there is practically no shunt to form the parallel circuit section.

Bei mehreren, im Kreislauf parallel geschalteten Wärmeaustauschern im Aussenluftstrom kann man vor jedem dieser Austauscher eine Vorlaufleitung anschliessen. Sind mehrere solche Wärmeaustauscher im Kreislauf in Reihe geschaltet, so kann man die Vorlaufleitung vor den frostgefährdeten Wärmeaustauschern sowie evtl. obendrein vor dem am meisten gefährdeten Wärmeaustauscher eine zusätzliche Vorlaufleitung anschliessen; letztere bringt dann den Vorteil mit sich, dass man insgesamt weniger Wärme zuzuführen braucht, um die Gefahr des Einfrierens auszuschliessen. If there are several heat exchangers connected in parallel in the circuit in the outside air flow, a flow line can be connected in front of each of these exchangers. If several such heat exchangers are connected in series in the circuit, you can connect the supply line upstream of the heat exchangers that are at risk of frost, and possibly also an additional supply line upstream of the most endangered heat exchanger; the latter then has the advantage that less heat needs to be added overall in order to exclude the risk of freezing.

Ein spezieller Vorteil wird erzielt, wenn die Pumpe in derjenigen der Rohrleitungen angeordnet ist, welche im Kreislauf dem Fortluft-Wärmeaustauscher den Wärmeträger zuführt, und wenn von dieser Rohrleitung vor der Pumpe zur Rücklaufleitung in die Heizungseinrichtung eine Hilfsleitung A special advantage is achieved if the pump is arranged in that of the pipelines which supplies the heat transfer medium to the exhaust air heat exchanger in the circuit, and if an auxiliary line is connected from this pipeline in front of the pump to the return line in the heating device

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mit einem Ventil darin abzweigt, das bei Ausfall der Pumpe öffnet. Dies bietet Sicherheit vor der Gefahr des Einfrierens des Wärmeträgers auch dann, wenn die Pumpe ausfällt, denn dann treibt das zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung bestehende Druckgefälle in der Heizungsanlage Warmwasser aus dieser von der Vorlaufleitung durch den oder die Wärmeaustauscher im Aussenluftstrom und durch die Hilfsleitung zurück in die Rücklaufleitung. Die Möglichkeit für einen solchen Notbetrieb besteht bei fast allen bekannten Vorrichtungen nicht. Ist zugleich die Verbindungsleitung zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung vorgesehen, so kann man sie bei Ausfall der Pumpe, gleichzeitig mit dem Öffnen der Hilfsleitung, absperren, um hierdurch noch mehr Druckgefälle für den Notbetrieb zu gewinnen. branches off with a valve that opens if the pump fails. This provides security against the risk of the heat transfer medium freezing even if the pump fails, because then the pressure drop in the heating system between the supply and return lines drives hot water out of the supply line through the heat exchanger (s) in the outside air flow and through the auxiliary line in the return line. The possibility for such an emergency operation does not exist in almost all known devices. If the connecting line between the flow and return lines is also provided, it can be shut off if the pump fails, at the same time as the auxiliary line is opened, in order to gain even more pressure drops for emergency operation.

Das nachfolgende Zahlenbeispiel soll Anhaltspunkte dafür liefern, wie gross die mit der Erfindung erzielten Verbesserungen gegenüber dem bekannten im Durchschnitt sind. Die Verbesserungen fallen natürlich je nach den Umständen und Betriebsbedingungen verschieden gross aus; deshalb wurden durchschnittliche Verhältnisse für das Beispiel gewählt. Verglichen werden die folgenden drei Wärmerückge-winnungs-Vorrichtungen : The following numerical example is intended to provide clues as to how large the improvements achieved with the invention compared to the known are on average. The improvements are of course different depending on the circumstances and operating conditions; therefore average ratios were chosen for the example. The following three heat recovery devices are compared:

A gemäss der Erfindung, A according to the invention,

B gemäss der Schweizer Patentschrift 584 870, B according to Swiss patent 584 870,

C gemäss der deutschen Auslegeschrift 25 26 568, die unter denselben Bedingungen dimensioniert und eingesetzt zu denken sind. Gemeinsame Ausgangsdaten: C according to German Ausleschrift 25 26 568, which are to be dimensioned and used under the same conditions. Common output data:

Aussenluftmenge = Fortluftmenge Outside air volume = exhaust air volume

Nenn-Wirkungsgrad (über der Frostgrenze) 55% Nominal efficiency (above the frost limit) 55%

Temperatur der Fortluft 4- 20 ° C Exhaust air temperature 4-20 ° C

Temperatur des Heizungswassers + 80 °C Heating water temperature + 80 ° C

Temperatur der Aussenluft - 15 °C Outside air temperature - 15 ° C

niedrigste zulässige Wärmeträger-Temperatur an der kältesten Stelle + 3 °C lowest permissible heat transfer medium temperature at the coldest point + 3 ° C

Aufteilung des gesamten Druckgefälles im Kreislauf (Ap = 100%) bei Betrieb über der Frostgrenze: Distribution of the total pressure drop in the circuit (Ap = 100%) when operating above the frost limit:

im Aussenluft-Wärmeaustauscher 35% in the outside air heat exchanger 35%

im Fortluft-Wärmeaustauscher 35% in the exhaust air heat exchanger 35%

in den Armaturen im Kreislauf 20% in the valves in the circuit 20%

in den Rohren im Kreislauf 10% in the pipes in the circuit 10%

Ferner bewirkt die Umwälzpumpe in jeder der drei Vorrichtungen bei Betrieb oberhalb der Frostgrenze dieselbe Umwälzmenge des Wärmeträgers Wasser. Damit erhält man rür den Betrieb der Vorrichtungen A, B und C bei — 15 °C \ussenlufttemperatur ungefähr die folgenden Resultate, oezogen auf diejenigen unter A: Furthermore, the circulation pump in each of the three devices, when operated above the frost limit, causes the same circulation quantity of the heat carrier water. The following results are obtained for the operation of devices A, B and C at -15 ° C outside air temperature, referred to those under A:

Vorrichtung AB C Device AB C

Wasser-Umwälzmenge oberhalb der 1 1,00 1,00 Water circulation volume above 1 1.00 1.00

Frostgrenze Frost line

Wasser-Umwälzmenge bei — 15 °C durch den 1 1,14 1,21 Aussenluft-Wärmeaustauscher Water circulation at - 15 ° C through the 1 1.14 1.21 outdoor air heat exchanger

Wasser-Umwälzmenge bei —15 °C durch den 1 0,94 0,83 Fortluft-Wärmeaustauscher Water circulation at –15 ° C through the 1 0.94 0.83 exhaust air heat exchanger

Wellenleistung der Umwälzpumpe 1 1,14 1,21 Shaft power of the circulation pump 1 1.14 1.21

Rückgewinnungsleistung 1 0,91 0,90 Recovery performance 1 0.91 0.90

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen B und C arhöht sich bei Frostwetter also die Wasserdurchflussmenge durch die Aussenluft-Wärmeaustauscher und somit auch die erforderliche Wellenleistung der Umwälzpumpe; gleichzeitig nimmt da jedoch der Wasserdurchfluss durch die Fortluft-Wärmeaustauscher ab, wodurch der Fortluft weniger zurückgewinnbare Wärme entzogen werden kann, die Rückgewinnungsleistung verringert sich infolgedessen, d.h. die aus der 5 Fortluft zurückgewonnene Wärme wird bei den bekannten Vorrichtungen - im Gegensatz zur neuen - also gerade bei Spitzenlastbedarf reduziert. In the known methods and devices B and C, the water flow through the outside air heat exchanger and thus also the required shaft power of the circulation pump increases in frosty weather; at the same time, however, the water flow through the exhaust air heat exchangers decreases, as a result of which less recoverable heat can be extracted from the exhaust air, the recovery performance is consequently reduced, i.e. The heat recovered from the exhaust air is reduced in the known devices - in contrast to the new ones - in particular when peak loads are required.

Man sieht an dem Beispiel, dass die Wärmerückgewinnung bei den bekannten Vorrichtungen B und C um rund 9% io kleiner als bei der neuen A ist bzw. bei der letzteren um rund 11% grösser - was in der Wärmetechnik eine bedeutende Verbesserung darstellt -, ferner dass die Pumpen der bekannten Vorrichtungen unter den da zugrundegelegten durchschnittlichen Bedingungen eine um 14 bis 21% höhere Wellenleistung 15 erfordern, was bei der Energiebilanz natürlich ausserdem zu berücksichtigen ist. One can see from the example that the heat recovery in the known devices B and C is around 9% smaller than with the new A or with the latter by around 11% larger - which represents a significant improvement in heating technology - further that the pumps of the known devices require 14 to 21% higher shaft power 15 under the average conditions used there, which of course also has to be taken into account in the energy balance.

Nach den Resultaten des Beispiels erscheint die bekannte Vorrichtung B auf den ersten Blick noch einigermassen akzeptabel. Es gilt aber zu berücksichtigen, dass sich die 20 Wassertemperatur bei aufkommendem Frost dort nicht nur an einer, sondern an zwei Stellen im Aussenluft-Wärmeaustauscher der Gefriertemperatur nähert, wobei, in Wasserflussrichtung gesehen, der erste Austauscherteil nicht durch Ein-speisung von Heizungswasser frostgesichert ist. Bei den dem 25 Beispiel zugrundeliegenden Daten würde ein Sturz der Aus-senlufttemperatur auf etwa - 20 °C, wie er bei aussergewöhn-lichem Winterwetter vorkommen kann, genügen, um diesen Austauscherteil einfrieren zu lassen. Die bekannte Vorrichtung B führt ausserdem noch zu zusätzlichen Kosten bei der 30 Herstellung und Montage des da vorgesehenen, geteilten Aussenluft-Wärmeaustauschers. Based on the results of the example, the known device B still appears to be somewhat acceptable at first glance. However, it must be taken into account that the freezing temperature approaches the freezing temperature not only at one but at two points in the outside air heat exchanger, whereby, when looking in the direction of the water flow, the first part of the exchanger is not protected against frost by supplying heating water . In the case of the data on which the example 25 is based, a drop in the outside air temperature to approximately -20 ° C, as can occur in exceptional winter weather, would suffice to freeze this part of the exchanger. The known device B also leads to additional costs in the manufacture and assembly of the shared outside air heat exchanger provided there.

Auf einen wesentlichen Vorteil der neuen Vorrichtung ist noch hinzuweisen: Der Druck in ihr liegt grösstenteils über demjenigen im Anschluss an die Heizungseinrichtung, und in 35 dem kurzen Leitungsabschnitt, wo er darunter liegt, ist er nur geringfügig kleiner als im Anschlusspunkt der Heizung. Bei den bekannten Vorrichtungen ist es dagegen nicht vermeidbar, dass der Druck in ihnen grösstenteils, und zwar stellenweise erheblich, unter dem Druck im Heizungsanschluss liegt. 40 Anscheinend hat man diesem Umstand bisher keine besondere Aufmerksamkeit gewidmet, oder man hat es als vermeintlich unvermeidlich hingenommen, aber tatsächlich ist damit der Nachteil verbunden, dass aus der Heizungseinrichtung eingespeistes Wasser in den bekannten Vorrichtungen 45 stark entspannt wird, wobei es besonders dann, wenn im Heizungsanschluss ohnehin schon ein nur geringer statischer Druck vorhanden ist, z.B. bei Anschluss im obersten Geschoss eines Gebäudes, zu Entgasung und zu den bekannten, durch Gasblasen bedingten Betriebsstörungen kommen so kann. Die neue Vorrichtung nutzt den im Anschluss der Vorlaufleitung zur Verfügung stehenden Druck optimal aus, die einem Drosselorgan in der Vorlaufleitung zugeordnete Druckdifferenz fällt daher sehr klein aus. So kann es auch dort nur unter aussergewöhnlichen Verhältnissen und nur 55 spurenweise zu einer Entgasung kommen, die gegebenenfalls aber beim unmittelbar anschliessenden Druckanstieg wieder rückgängig gemacht wird. One important advantage of the new device should also be pointed out: the pressure in it is largely above that downstream of the heating device, and in the short line section, where it lies below, it is only slightly lower than at the connection point of the heating. In the known devices, on the other hand, it is unavoidable that the pressure in them for the most part, and in some cases considerably, is below the pressure in the heating connection. 40 Apparently no particular attention has been paid to this fact so far, or one has accepted it as supposedly inevitable, but in fact there is the disadvantage that water fed from the heating device is greatly relaxed in the known devices 45, especially when there is already only a low static pressure in the heating connection, for example when connected to the top floor of a building, degassing and the well-known operational problems caused by gas bubbles can occur. The new device makes optimal use of the pressure available in the connection of the supply line, the pressure difference associated with a throttle element in the supply line is therefore very small. This means that degassing can only occur there under exceptional circumstances and only 55 traces, but this may be reversed if the pressure immediately increases.

Auf dem beigefügten Zeichnungsblatt zeigen Fig. 1 und Fig. 2 je ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung in 60 schematischer Darstellung. Beiden Ausführungsbeispielen und Figuren gemeinsam sind ein Wärmeaustauscher 1 im Aussenluftstrom A und ein Wärmeaustauscher 2 im Fortluftstrom F, die durch Rohrleitungen a und b miteinander verbunden sind, eine nur strichpunktiert angedeutete Heizungs-65 einrichtung 3 mit je einer daran angeschlossenen Vorlaufleitung v und Rücklaufleitung r, ferner Temperaturfühler 4, 5 und 6. Bei beiden Ausführungen ist eine Anschluss- und Armatureneinheit 10 bzw. 20 in die Leitungen a und b einge 1 and 2 each show an exemplary embodiment of the new device in a schematic representation on the attached drawing sheet. Both exemplary embodiments and figures have in common a heat exchanger 1 in the outside air flow A and a heat exchanger 2 in the exhaust air flow F, which are connected to one another by pipes a and b, a heating device 3, indicated only by dash-dotted lines, each with a supply line v and return line r connected thereto, also temperature sensors 4, 5 and 6. In both versions, a connection and fitting unit 10 or 20 is inserted into lines a and b

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fügt und an die Leitungen v und r angeschlossen. inserts and connected to lines v and r.

In der Einheit 10 erkennt man in Fig. 1 eine Umwälzpumpe 11, eine Armaturenkombination 12, ein Dreiwegeventil 13, das entweder den Durchgang in der Rohrleitung a freigibt oder über eine Umgehungsleitung c mit eingefügtem Drosselorgan 14 eine Verbindung zwischen den Rohrleitungen a und b herzustellen gestattet, ferner im Zuge der Vorlaufleitung v ein Drosselorgan 15 zur erstmaligen Einregulie-rung des Zuflusses aus der Heizungseinrichtung und ein Absperrventil 16, das ein progressiv wirkendes Motorventil und/oder ein Magnetventil für Auf-Zu-Regulierung sein kann, sowie zwischen den Leitungen v und r eine Verbindungsleitung d mit eingefügtem Drosselorgan 17. Der Temperaturfühler 4 im Ausfluss des Wärmeträgers aus dem Wärmeaustauscher 1 beeinflusst das Absperrventil 16, der Temperaturfühler 5 im Aussenluftstrom A beeinflusst ebenfalls das Absperrventil 16, und der Temperaturfühler 6 im Aussenluftstrom A beeinflusst das Dreiwegeventil 13. In the unit 10 one can see in Fig. 1 a circulation pump 11, a valve combination 12, a three-way valve 13 which either opens the passage in the pipe a or allows a connection between the pipes a and b to be made via a bypass line c with an inserted throttle element 14 , also in the course of the flow line v a throttle body 15 for the first adjustment of the inflow from the heating device and a shut-off valve 16, which can be a progressively acting motor valve and / or a solenoid valve for open-close regulation, and between the lines v and r a connecting line d with an inserted throttle element 17. The temperature sensor 4 in the outflow of the heat transfer medium from the heat exchanger 1 influences the shut-off valve 16, the temperature sensor 5 in the outside air flow A also influences the shut-off valve 16, and the temperature sensor 6 in the outside air flow A influences the three-way valve 13.

Man erkennt in Fig. 1, dass sowohl die Vorlaufleitung v als auch die Rücklaufleitung r an dieselbe Rohrleitung a angeschlossen sind, so dass die Wärmeaustauscher 1 und 2 gemäss der Erfindung auch bei Zumischung von Heizungs-Warmwasser von gleichen Wärmeträgermengen je Zeiteinheit durchströmt werden; ferner dass die im Kreislauf erforderlichen Armaturen zwischen den Einmündungen der Vorlaufleitung v und der Rücklaufleitung r in die Leitung a angeordnet sind, um dort den entsprechenden Druckabfall zu konzentrieren, während die Umwälzpumpe 11 unmittelbar hinter dem Anschluss der Vorlaufleitung v für eine Druckerhöhung im Wärmeträger sorgt, deren Rest-Abbau erst unmittelbar davor erfolgt, nämlich in den Armaturen 12 und 13. Das Dreiwege-ventil 13 hat keine Bedeutung im Zusammenhang mit der Gefahr des Einfrierens im Winter, sondern es dient in bekannter Weise der Regelung der Übertragungsleistung in Abhängigkeit von der Aussentemperatur; wird diese Leistung bei warmem Wetter nicht benötigt, so wird das Dreiwegeventil 13 durch den Temperaturfühler 6 veranlasst, auf die Umge-5 hungsleitung c zur Umgehung des Wärmeaustauschers 2 zu schalten. Fällt die Temperatur des Wärmeträgers im Wärmeaustauscher 1 unter einen festgelegten Wert, z.B. 3 °C, so bewirkt der Temperaturfühler 4 ein Öffnen des Absperrventils 16 und damit Zufluss von Warmwasser aus der Heizungs-io einrichtung. Auch der Temperaturfühler 5 wirkt in diesem Sinne auf das Absperrventil 16, und zwar bei einem plötzlichen Temperatursturz der Aussenluft noch rascher als der Temperturfühler 4, denn der Temperaturfühler 5 befindet sich unmittelbar im Aussenluftstrom A. Die Verbindungslei-15 tung d mit dem Drosselorgan 17 hat den Zweck, ständig einen geringen Durchfluss von Heizungs-Warmwasser in unmittelbarer Nähe der neuen Vorrichtung aufrechtzuerhalten, damit es im Falle plötzlich auftretenden Frostwetters unverzögert zur Verfügung steht. In der Vorlaufleitung v kann ein weiterer 2o Durchflussmesser (nicht gezeichnet) angeordnet sein, damit man den Warmwasser-Zufluss überwachen kann. 1 that both the supply line v and the return line r are connected to the same pipeline a, so that the heat exchangers 1 and 2 according to the invention are flowed through by the same amounts of heat transfer medium per unit time even when heating hot water is added; furthermore, that the fittings required in the circuit are arranged between the outlets of the supply line v and the return line r in the line a, in order to concentrate the corresponding pressure drop there, while the circulation pump 11 immediately after the connection of the supply line v ensures a pressure increase in the heat transfer medium, the rest of which is only removed immediately before, namely in the fittings 12 and 13. The three-way valve 13 has no significance in connection with the risk of freezing in winter, but rather serves in a known manner to regulate the transmission power as a function of the outside temperature ; If this power is not required in warm weather, the three-way valve 13 is caused by the temperature sensor 6 to switch to the bypass line 5 to bypass the heat exchanger 2. If the temperature of the heat transfer medium in the heat exchanger 1 falls below a specified value, e.g. 3 ° C, the temperature sensor 4 causes the shut-off valve 16 to open and thus inflow of hot water from the heating device. In this sense, the temperature sensor 5 also acts on the shut-off valve 16, even faster than the temperature sensor 4 in the event of a sudden drop in temperature of the outside air, because the temperature sensor 5 is located directly in the outside air flow A. The connecting line 15 has a connection with the throttle element 17 the purpose of constantly maintaining a low flow of heating hot water in the immediate vicinity of the new device so that it is immediately available in the event of sudden freezing weather. A further 2o flow meter (not shown) can be arranged in the flow line v so that the hot water inflow can be monitored.

Zur Anschluss- und Armatureneinheit 20 in Fig. 2 gehören Teile 21, 22...27, c' und d', die den Teilen 11, 12... 17, c und d von Fig. 1 in Art und Funktion entsprechen. Zusätzlich 25 in der Ausführung nach Fig. 2 erkennt man eine Hilfsleitung e, welche die Rohrleitung b mit der Rücklaufleitung r verbindet und ein Absperrventil 28 enthält, das bei Ausfall der Umwälzpumpe 21 öffnet, die sich bei dieser Ausführung hinter der Abzweigung der Hilfsleitung e von der Rohrleitung b 3o in dieser befindet. Dies verhütet, wie zuvor näher beschrieben, ein Einfrieren des Wärmeaustauschers 1, wenn bei Frostwetter die Umwälzpumpe 21 ausfällt. Parts 21, 22 ... 27, c 'and d', which correspond to parts 11, 12 ... 17, c and d of FIG. 1 in type and function, belong to the connection and fitting unit 20 in FIG. 2. In addition, 25 in the embodiment according to FIG. 2 shows an auxiliary line e which connects the pipe b to the return line r and contains a shut-off valve 28 which opens in the event of failure of the circulation pump 21, which in this embodiment is located behind the branch of the auxiliary line e the pipe b 3o is in this. As described in more detail above, this prevents the heat exchanger 1 from freezing when the circulation pump 21 fails in freezing weather.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

659 695 659 695

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS

1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei einer raum-oder prozesslufttechnischen Anlage, die eine Heizungseinrichtung enthält und mit einer mindestens je einen Wärmeaustauscher in einem Aussenluftstrom und in einem Fortluftstrom der Anlage aufweisenden Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus dem Fortluftstrom ausgestattet ist, wobei die Wärmeaustauscher über Rohrleitungen mechanisch und über einen darin im Kreislauf mit einer Pumpe umgewälzten Wärmeträger thermisch miteinander verbunden sind und die Vorrichtung eine Einrichtung zur zusätzlichen Zufuhr von Wärme aus der Heizungseinrichtung in den Kreislauf aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Massnahmen: 1.Procedure for heat recovery in a room or process air system which contains a heating device and is equipped with a device for heat recovery from the exhaust air flow, which has at least one heat exchanger each in an outside air flow and in an exhaust air flow of the system, the heat exchangers being mechanically and via pipes are thermally connected to one another via a heat carrier circulated in the circuit with a pump and the device has a device for the additional supply of heat from the heating device into the circuit, characterized by the combination of the following measures:

a) Man verwendet im Kreislauf der Vorrichtung denselben Wärmeträger wie in der Heizungseinrichtung; a) The same heat transfer medium is used in the circuit of the device as in the heating device;

b) man führt dem Kreislauf der Vorrichtung nur dann zusätzlich Wärme zu, wenn die Aussenluft so kalt ist, dass anderenfalls die Gefahr des Einfrierens des Wärmeträgers bestünde, und dann derart, dass die Temperatur des Wärmeträgers im gesamten Kreislauf über ihrem Gefrierpunkt bleibt; b) heat is added to the circuit of the device only when the outside air is so cold that there would otherwise be a risk of the heat carrier freezing, and then in such a way that the temperature of the heat carrier remains above its freezing point in the entire circuit;

c) man bewirkt die zusätzliche Wärmezufuhr dadurch, dass man dem Kreislauf an mindestens einer Stelle die erforderliche Menge des Wärmeträgers aus der Heizungseinrichtung zuführt und dieselbe Menge an mindestens einer anderen Stelle wieder in die Heizungseinrichtung zurückströmen lässt, und zwar derart, dass mindestens in jedem regulären Betriebszustand die Wärmeaustauscher im Aussenluftstrom und im Fortluftstrom von gleichen Wärmeträgermengen je Zeiteinheit durchströmt werden. c) the additional heat supply is brought about by supplying the circuit with the required amount of the heat carrier from the heating device at at least one point and allowing the same amount to flow back into the heating device at at least one other point, in such a way that at least in every regular one Operating state, the heat exchangers in the outside air flow and in the exhaust air flow are flowed through by the same amount of heat transfer medium per unit time.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale: 2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by the combination of the following features:

a) Der Kreislauf in der Vorrichtung ist zur zusätzlichen Zufuhr von Wärme mit mindestens einer Vorlaufleitung (v) und mindestens einer Rücklaufleitung (r) zum Anschluss an die Heizungseinrichtung (3) der Anlage versehen, welche von ihm abzweigen; a) The circuit in the device is provided for additional supply of heat with at least one flow line (v) and at least one return line (r) for connection to the heating device (3) of the system, which branch off from it;

b) die Vorlaufleitung (v) mündet in die Rohrleitung (a), welche im Kreislauf den Wärmeträger in den im Aussenluftstrom gelegenen Wärmeaustauscher (1) führt, oder direkt in diesen, und die Rücklaufleitung (r) zweigt vor der Mündung der Vorlaufleitung von derselben Rohrleitung ab; b) the supply line (v) opens into the pipeline (a), which in the circuit leads the heat transfer medium into the heat exchanger (1) located in the outside air flow, or directly into it, and the return line (r) branches off from the supply line before it ends Pipeline from;

c) die Vorrichtung besitzt eine Einrichtung (4,5,16,26) zur Regulierung der zusätzlichen Zufuhr von Wärme in den Kreislauf durch Veränderung der Vor- und Rücklaufmenge des Wärmeträgers aus der Heizungseinrichtung (3) in den Kreislauf und zurück in diese in Abhängigkeit von der Aus-senlufttemperatur und/oder der Wärmeträgertemperatur im Wärmeaustauscher (1) im Aussenluftstrom (A). c) the device has a device (4, 5, 16, 26) for regulating the additional supply of heat into the circuit by changing the supply and return quantity of the heat carrier from the heating device (3) into the circuit and back into it in dependence from the outside air temperature and / or the heat transfer medium temperature in the heat exchanger (1) in the outside air flow (A).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser als Wärmeträger dient. 3. Device according to claim 2, characterized in that water serves as a heat transfer medium.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Druckgefälles in dem Kreislauf-Abschnitt zwischen dem Anschluss der Rücklaufleitung (r) und dem Anschluss der Vorlaufleitung (v) Filter, Absperrventile, Durchflussmesser und/oder andere, zum Betrieb oder zur Überwachung der Vorrichtung notwendige Armaturen (12,13,22,23) in diesem Abschnitt angeordnet sind. 4. The device according to claim 2, characterized in that for generating a pressure gradient in the circuit section between the connection of the return line (r) and the connection of the feed line (v) filters, shut-off valves, flow meters and / or others, for operation or Monitoring the device necessary fittings (12,13,22,23) are arranged in this section.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorlaufleitung (v) und der Rücklaufleitung (r) vor ihren Einmündungen in den Kreislauf eine Verbindungsleitung (d, d') angeordnet ist. 5. The device according to claim 2, characterized in that a connecting line (d, d ') is arranged between the feed line (v) and the return line (r) before their junctions in the circuit.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (d, d') so eng oder gedrosselt ist, dass ihr Strömungswiderstand grösser ist als derjenige im Kreislauf-Abschnitt zwischen den Einmündungen der Rücklaufleitung (r) und der Vorlaufleitung (v). 6. The device according to claim 5, characterized in that the connecting line (d, d ') is so narrow or throttled that its flow resistance is greater than that in the circuit section between the mouths of the return line (r) and the flow line (v) .

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, im Kreislauf parallel geschalteten Wärmeaustauschern (1) im Aussenluftstrom (A) vor jedem dieser 7. The device according to claim 2, characterized in that in the case of several heat exchangers (1) connected in parallel in the circuit in the outside air stream (A) before each of these

5 Austauscher eine Vorlaufleitung (v) angeschlossen ist. 5 exchanger a flow line (v) is connected.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufleitung (v) bei mehreren, im Kreislauf in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern (1) im Aussenluftstrom (A) vor den frostgefährdeten Wärmeaustauschern angelo schlössen ist. 8. The device according to claim 2, characterized in that the flow line (v) in several, in series connected heat exchangers (1) in the outside air flow (A) is closed angelo in front of the frost-prone heat exchangers.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem am meisten frostgefährdeten Wärmeaustauscher eine zusätzliche Vorlaufleitung (v) angeschlossen ist. 9. The device according to claim 8, characterized in that an additional flow line (v) is connected in front of the most frost-prone heat exchanger.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-15 net, dass die Pumpe (21) in derjenigen Rohrleitung (b) angeordnet ist, welche im Kreislauf dem Fortluft-Wärmeaustauscher (2) den Wärmeträger zuführt, und dass von dieser Rohrleitung vor der Pumpe (21) zur Rücklaufleitung (r) eine Hilfsleitung (e) mit einem Ventil (28) darin abzweigt, das bei Aus- 10. The device according to claim 2, characterized in that the pump (21) is arranged in the pipe (b) which supplies the heat transfer medium in the circuit to the exhaust air heat exchanger (2), and that from this pipe in front of the pump (21) to the return line (r) branches off an auxiliary line (e) with a valve (28) which

20 fall der Pumpe (21) öffnet. 20 if the pump (21) opens.