DE1454623C3 - Hochdruck-Zweikanalanlage zum Temperieren von Räumen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Zweikanalanlage zum Temperieren von Räumen, bei der in jedem Raum ein Mischkasten vorgesehen ist, der bei konstantem Gesamtvolumen der austretenden Luft entsprechend der Wärmebelastung des Raums die Mischungsanteile der Warm- bzw. Kaltluft ändert, wobei der Luftdurchsatz der Mischkästen jeweils etwa hälftig aus den beiden Hochgeschwindigkeitsluftkanälen abgezweigt wird.

In der US-PS 27 47 842 ist eine Anlage zum Klimatisieren von Räumen mit zwei Luftführungskanälen beschrieben, bei der am Anfang der Kanäle je ein Wärmeübertrager für kalt oder warm vorgesehen ist und die Wärmeübertrager durch je einen Thermostaten geregelt werden können. Hierbei sind die Luftführungskanäle am Ende des Systems miteinander verbunden, wobei in den Verbindungskanälen zwischen dem kalten und dem warmen Luftführungskanal Nacherhitzer bzw. Nachkühler eingebaut sind. Die Thermostate am Anfang des Systems sowie die Thermostate in den Überströmkanälen sind auf vorbestimmte Werte eingestellt. Die Verbindungs- bzw. Überströmleitungen am Ende des Systems haben hierbei die Bedeutung, daß, wenn die Drücke in dem Luftführungskanal für warm und in dem Luftführungskanal für kalt wesentlich gleich sind, kein Strömen in den Überströmkanälen stattfindet. Wenn jedoch der Druck in einem der Luftführungskanäle, z. B. bei erhöhter Anforderung, fällt oder verminderter Anforderung steigt, wird das am Ende der Luftführungskanäle vorgesehene System tälig, indem entweder die kalte Luft in den anderen Luftführungskanal mit zwischenzeitlichem Erhitzen oder umgekehrt die warme Luft bei Abkühlen durch den eingeschalteten Kühler in den Luftführungskanal für kalt geführt wird. Bei einer solchen Anordnung ergeben sich nicht unbeträchtliche Mischungsverluste, da beispielsweise die im vorderen Erhitzer erwärmte Luft ungenutzt bis zu dem am Ende des Systems befindlichen Kühler geführt und hier wieder zurückgekühlt wird oder umgekehrt die durch den am Anfang des Systems

ίο liegenden Kühler gekühlte Luft in dem am Ende des Systems befindlichen Erhitzer wieder hochgewärmt werden muß. Hierbei treten überhohe Luftgeschwindigkeiten bei dem im allgemeinen mit reduzierten Querschnitten ausgebildeten Kanalsystem auf, die störend wirken können. Ferner ist es bei dem bekannten Regelvorgang nicht möglich, am Anfang der Luftführungskanäle stets gleiche Luftmengen einströmen zu lassen. Denn bei Einsetzen der Rückströmung am Ende des Kanalsystems wird der Druckfall in dem einen oder anderen Luftführungskanal verringert.

In dem älteren deutschen Patent 14 54 614 ist ein Lüftungsgerät mit einem Lufteinlaßkanal und mindestens zwei mit je einem Wärmeübertrager versehenen Luftauslaßkanälen, die Luftströme von unterschiedlieher Temperatur führen, vorgeschlagen worden, bei dem der Lufteinlaßkanal einen Wärmeübertrager aufweist, der aus zwei in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Wärmeübertragerabschnitten besteht und die Kalt- und Heißwasserleitungen des Strömungskreises mit jedem Wärmeübertrager sämtlicher Luftführungskanäle verbunden sind. Dabei regeln Ventile den Heiß- und Kaltwasserzufluß zu den Wärmeübertragungen so, daß beide Luftauslaßkanäle bei Spitzenbelastungen Warmluft oder Kaltluft in den Raum abgeben können. Das Ziel der Heizung oder Kühlung der jedem Raum zuzuführenden Luft in einem weiten Temperaturbereich mit wirtschaftlichen Spitzenbelastungen wird durch Verwendung eines weiteren Wärmeübertragers in dem Lufteinlaßkanal verwirklicht, der in Abschnitte unterschiedlicher Berippung unterteilt ist. Ferner ist eine unterschiedliche Berippung der in den Luftzuführungskanälen angeordneten Wärmeübertragern ebenfalls vorgesehen. Jedem dieser drei Wärmeübertrager ist hierbei ein Thermostat zugeordnet, wobei die Thermostate für die Getrennten Luftführungskanäle in keine gegenseitige Abhängigkeit gebracht sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Hochdruck-Zweikanalanlage der anfangs genannten Art mit einem einfacheren Aufbau als bei den bisher bekannten bzw. bereits vorgeschlagenen Geräten auf schnelle Weise die jeweils ausgeglichene Belastung der beiden Luftkanäle schnell wieder herstellen zu können.

Dies wird gemäß der Erfindung durch einen Differenzthermostaten zwischen den beiden Luftkanälen, der bei allen Belastungszuständen der Anlage eine vorbestimmte Temperaturdifferenz aufrecht erhält, und durch eine Vorrichtung zur Messung der Luftmenge in mindestens einem der beiden Kanäle erreicht, die den Sollwert eines der beiden Wärmeübertrager derart

steuert, daß bei Änderungen der Gesamtbelastung des Gebäudes im Zusammenwirken mit dem Differenzthermostaten und den Mischvorrichtungen in den einzelnen Mischkästen der hälftigen Luftdurchsatz durch die beiden Luftkanäle eingehalten wird.

Durch eine solche Ausbildung der Hochdruck-Zweikanalanlage ergibt sich, daß die Temperatur-Sollwerte der beiden Luftströme in den Luftkanälen unter zuverlässiger Aufrechlerhaltung der möglichst hälftigen

Beschickung dieser Luftströme bei Einhaltung der Temperaturdifferenz in Abhängigkeit der durchgesetzten Luftmengen verschoben werden. Die Anteile der beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströme am Luftdurchsatz der Nachbehandlungsgeräte ändern sich dabei abhängig von den unterschiedlichen Belastungen der Räume. Über die sich dadurch verändernden Drücke in den Rohrleitungen oder unmittelbar über die sich einstellenden Strömungsmengendifferenzen zwischen den beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströmen wird die Soll-Temperatur in einem Hochgeschwindigkeits-Luftstrom bis zum Wiedererreichen der jeweils hälftigen Beschickung der Lüftungsgeräte aus beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströmen verschoben. Die Temperatur des anderen Luftstroms folgt dieser Temperaturänderung entsprechend der eingestellten Temperaturdifferenz. Nach jeder Abweichung kommt das Zweikanalsystem schnell wieder auf die hälftige Belastung zurück, was durch einen verhältnismäßig geringen apparativen Aufwand erreicht wird. Man erzielt ferner einen geringen Druckbedarf der Anlage. Es entstehen keine Luftleistungsänderungen durch Druckänderungen, ferner keine Energieverluste. Es werden nur zwei Wärmeübertrager benötigt. Die Mischverluste lassen sich klein halten bzw. praktisch ausschaltenrDie Temperaturdifferenz braucht nur noch nach den Unterschieden im Wärmebedarf der einzelnen Räume untereinander bemessen zu werden. Die Gesamtluftleistungen im Warm- und Kaltluftkanal lassen sich auf einfache und leichte Weise gleichhalten.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann zur Steuerung des Sollwerts eines der beiden Wärmeübertrager eine Vorrichtung zur Messung des Differenzvolumens der beiden in den Luftkanälen strömenden Luftströme verwendet werden. An Stelle eines Differenzvolumenmessers kann auch ein Differenzdruckmesser vorgesehen sein.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nachstehend erläutert.

Die Figur veranschaulicht eine Hochdruck-Zweikanalanlage gemäß der Erfindung im Schema unter Verwendung eines Differenzthermostaten und einer Vorrichtung zur Messung der Luftmengen.

Die Hochdruck-Zweikanalanlage weist einen Lüfter 1 für die gesamte benötigte Luft auf, hinter dem-sich die Primärluftleitung 2 in zwei oder mehr Leitungstränge 3,4 verzweigt, von denen in dem Leitungsstrang 3 ein Wärmeübertrager 5 und in dem Leitungsstrang 4 ein Wärmeübertrager 6 angeordnet ist. Von jedem der Wärmeübertrager (Erhitzer und/oder Kühler) 5,6 ist je ein Luftkanal 7,8, vorzugsweise in lotrechter Richtung durch das zu klimatisierende Gebäude in der Weise geführt, daß zumindest die an der gleichen Gebäudefassade gelegenen Räume von denselben Luftkanälen 7 und 8 aus versorgt werden können. In jedem der Räume ist ein der Raumgröße angepaßter Mischkasten 9¹,9²,9³, Θ⁴ vorgesehen, von denen jeder einerseits an den Luftkanal 7 und andererseits an den Luftkanal 8 angeschlossen ist

Beide Luftkanäle 7 und 8 sind für übereinstimmendes Luftdurchsatzvolumen ausgelegt, so daß die angeschlossenen Mischkästen 9¹ bis 9^ zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Raumklimas die benötigte Luft jeweils zur Hälfte aus den beiden Luftkanälen 7 und 8 beziehen. Die beiden Wärmeübertrager 5 und 6 werden dabei mit einer ganz bestimmten Temperaturdifferenz, beispielsweise einem zwischen 3 und 10⁰C₁ vorteilhaft aber zwischen 5 und 7° C liegenden Temperaturunterschied, gefahren, und zwar im Sommer im Kühlbetrieb und im Winter im Heizbetrieb, d. h. im ersteren Falle werden beide Luftkanäle mit Kühlluft und im letzteren Fall beide Luftkanäle mit Warmluft beschickt Während der Obergangszeit hingegen ist es zweckmäßig, einen der Wärmeübertrager, z. B. den Wärmeübertrager 5, für Kühlbetrieb und den anderen, beispielsweise den Wärmeübertrager 6, für Heizbetrieb anzuschalten. Das kann vorteilhaft mit Hilfe einer Steuerautomatik erfolgen, die z. B. für zwei oder drei verschiedene Außentemperaturbereiche zwei oder drei verschiedene Betriebsweisen selbsttätig bestimmt.

Unter der Maßgabe, daß die Luftkanäle 7 und 8 von den Wärmeübertragern 5 und 6 aus mit Luft bestimmter Temperaturdifferenz beschickt werden und jeder der Mischkästen 9¹ bis 9⁴ die benötigte Luft etwa hälftig aus jedem der beiden Luftkanäle 7 und 8 abzieht, wird im Normalfall das vorbestimmte Raumklima erzeugt. Treten infolge innerer Belastungen der Räume, durch Sonneneinstrahlung und Windanfall od. dgl. veränderte Bedingungen ein, dann wird eine thermostatische Regelung in jedem einzelnen der Räume wirksam. Dazu ist jedem der Mischkästen 9¹ bis 9* ein Thermostat 10¹ bis 10⁴ zugeordnet der auf eine Mischvorrichtung II¹ bis II⁴ regelnd einwirkt, die sich in den einzelnen Mischkästen 9¹ bis 9* befindet. Im Normalfall stehen die Mischvorrichtungen It¹ bis II⁴ in ihrer Mittelstellung, und aus dieser werden sie bei positiver Verlagerung des Raumklimas durch die Thermostaten 10' bis 10⁴ im Sinne der Verminderung der Menge der zuströmenden wärmeren Luft verstellt Bei negativer Verlagerung des Raumklimas hingegen findet durch die Thermostaten 10¹ bis IO⁴ eine Verstellung der Mischvorrichtungen II¹ bis II⁴ im Sinne einer Vergrößerung der zuströmenden Menge der wärmeren Luft statt. Die Menge der gleichzeitig zuströmenden kälteren Luft stellt sich auf Grund entsprechender Ausbildung der Mischvorrichtung, die für die kalte, wie für die warme Seite gekoppelt ist, so ein, daß immer ein konstanter Luftdurchsatz jedes einzelnen Mischkastens 9¹ bis Ψ gewährleistet ist. Dadurch, daß die Luftentnahme aus den einzelnen Luftkanälen max. 30 bis 70% der Leistung eines Mischkastens 9¹ bis9⁴ beträgt, ist eine mechanische Kupplung der vorzugsweise verwendeten Drosselkegel ohne Einbau zusätzlicher Federn, die sich bei einer ungünstigen Schließcharakteristik einer Drosselregelung ergeben, möglich. Mit der Änderung der Bedingungen treten also Verschiebungen der anteiligen Luftmengen aus den beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströmen am Gesamt-Durchsatzvolumen der Mischkästen 9' bis 9* ein, die dazu benutzt werden, die Leistungen der beiden Wärmeübertrager 5 und 6 nachzuregeln, bis sich wieder eine jeweils hälftige Beschickung der Mischkästen aus beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströmen ergibt.

Diese Regelungsarbeit wird einerseits von einem Differenzthermostaten 12 und andererseits von einer Vorrichtung 13 zur Messung der Luftmenge ausgeführt Der Differenzthermostat 12 wird bei sich gegenüber der jeweils vorgegebenen Temperaturdifferenz einstellenden Temperaturschwankungen der Luft in den beiden Luftkanälen betätigt Er regelt jeweils die L eistung des Wärmeübertragers 5 nach, bis die vorgegebene Temperaturdifferenz sich wieder einstellt. Die Vorrichtung 13 wird demgegenüber durch Änderungen der Luftdurchsatzmenge im Luftkanal 8 beeinflußt und regelt dadurch die Leistung des Wärmeübertragers 6 als Soliwert über

die jeweilige Luftdurchsatzmenge nach. Durch die selbsttätige Nachregelung der beiden Wärmeübertrager 5 und 6 wird wieder die vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen den beiden Hochgeschwindigkeits-Luftströmen erhalten und über die Verschiebung des Temperatur-Sollwerts für den einen Hochgeschwindigkeits-Luftstrom wird ein Zurückstellen der Mischvorrichtungen II¹ bis II⁴ in ihre Mittelstellung über die Raumthermostaten 1O¹ bis 10⁴ erreicht. Damit ist der normale Betriebszustand der Klimaanlage wieder erreicht, in den die jeweils hälftige Beschickung der Mischkästen 9¹ bis Ψ aus beiden Luftkanälen 7 und 8 erfolgt.

Abweichend von der vorbeschriebenen Regelungsart ist es auch möglich, an Stelle der Vorrichtung 13 zur Messung der Luftmenge für die Nachregelung des Leistungs-Sollwerts des Wärmeübertragers 6 eine Vorrichtung 14 zur Messung des Differenzvolumens der Luftströme zu benutzen, wie strichpunktiert in F i g. 1 dargestellt ist. Statt eines Differenzvolumenmessers kann auch ein Differenzdruckregler eingesetzt werden. Dieser vergleicht die Drücke in der Dynamik oder Statik der beiden Luftkanäle 7 und 8, wobei er bei sich einstellenden Druckunterschieden den Wärmeübertrager 6 so lange nachregelt, bis sich wieder übereinstimmende Drücke in beiden Luftkanälen 7 und 8 ergeben.

Bei der Hochdruck-Zweikanalanlage ist es, wenn die Räume bzw. Zonen in einem Gebäude stark unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sind, tunlich, jeder Belastungszone einen eigenen Primär-Luft-Regelkreis zuzuordnen, wie in F i g. 1 durch die beiden Paare von Luftkanälen 7,8 und 7¹,8¹ sowie die diesen zugeordneten Wärmeübertrager-Paare 5,6 und 5', 6¹ angedeutet ist, weil dadurch sich eine bessere Anpassungsfähigkeit ergibt.

Die Hochdruck-Zweikanalanlage ermöglicht, die Luftkanäle im Querschnitt wesentlich kleiner zu bauen, da sie im Extremfall höchstens etwa 60 bis 70% der benötigten Gesamtluftmenge einzeln zu führen haben.

Bei entsprechender Wahl der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Hochgeschwindigkeits-Luftslrömen kann erreicht werden, daß sich einstellende Mengenverschiebungen in beiden Luftströmen nur zwischen 30 und 70% der Gesamtluftmengen liegen.

Dadurch fällt das lästige Geräuschproblem bei der starken Drosselung der Luftströme kurz vor dem Schließen weg. Es ist eine wesentliche Vereinfachung und Verbilligung der Lüftungsgeräte möglich, und die sonst benötigten Volumen-Konstanthalter sind entbehrlieh.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Zweikanalanlage zum Temperieren von Räumen, bei der in jedem Raum ein Mischkasten vorgsehen ist, der bei konstantem Gesamtvolumen der austretenden Luft entsprechend der Wärmebelastung des Raums die Mischungsanteile der Warmbzw. Kaltluft ändert, wobei der Luftdurchsatz der Mischkästen jeweils etwa hälftig aus den beiden Hochgeschwindigkeitsluftkanälen abgezweigt wird, gekennzeichnet durch einen Differenzthermostaten (12) zwischen den beiden Luftkanälen (7, 8), der bei allen Belastungszuständen der Anlage eine vorbestimmte Temperaturdifferenz aufrecht erhält, und durch eine Vorrichtung (13) zur Messung der Luftmenge in mindestens einem der beiden Kanäle (7,8), die den Sollwert eines der beiden Wärmeübertrager (5,6) derart steuert, daß bei Änderung der Gesamtbelastung des Gebäudes im Zusammenwirken mit dem Differenzthermostaten (12) und den Mischvorrichtungen (11) in den einzelnen Mischkästen (9) der hälftige Luftdurchsatz durch die beiden Luftkanäle (7,8) eingehalten wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Sollwerts eines der

*■ beiden Wärmeübertrager eine Vorrichtung (14) zur Messung des Differenzvolumens der beiden in den Luftkanälen (7,8) strömenden Luftströme verwendet wird.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Differenzvolumenmessers ein Differenzdruckmesser verwendet wird.