DE3703754A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung bei der be- und entlueftung von vorzugsweise grossraeumen, werkhallen und dgl. - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung bei der be- und entlueftung von vorzugsweise grossraeumen, werkhallen und dgl.Info
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmerückge
winnung bei der Be- und Entlüftung von vorzugsweise
Großräumen, Werkhallen und dergl. in Gebäuden mit ins
besondere hoher Luftfeuchtigkeit, vor allem bei der
Be- und Entlüftung von Räumen und Hallen, die von Infra
rot-Strahlungsheizungen beheizt und mit einem Zuluftka
nal zur Förderung von Außenluft in das Gebäudeinnere so
wie einem Abluftkanal zur Förderung von Abluft aus dem
Gebäudeinneren ins Freie versehen sind. Weiter betrifft
die Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
bei der Be- und Entlüftung von vorzugsweise Großräumen,
Werkhallen und dergl. nach dem genannten Verfahren.
Die Wärmerückgewinnung bei der Be- und Entlüftung ist
insbesondere dann von Bedeutung, wenn etwa in Folge
größerer Schadstoffemmissionen in den zu belüftenden
Räumen Umluftverfahren ausscheiden, bei denen ledig
lich eine Aufbereitung der Luft bei allenfalls geringer
Zufuhr von Außenluft erfolgt, wenn also die gesamte um
gewälzte Luftmenge vollständig oder jedenfalls nahezu
vollständig ins Freie geführt und durch entsprechende
Luft aus dem Freien ersetzt werden muß. Solche Bedin
gungen liegen beispielsweise auch beim Betrieb von In
frarot-Strahlungsheizungen vor, in denen durch die Ver
brennung eines gasförmigen Energieträgers Keramikplat
ten auf Rohtglut erhitzt werden, die dann ihre Energie
vorzugsweise über Wärmestrahlung an die zu beheizende
Umgebung abgeben. Bei der Verbrennung dieses Gases ent
steht in erheblichem Umfang CO2 sowie in geringerem
Maß gegebenenfalls auch CO, so daß wegen der erforder
lichen Entfernung dieser Gase aus den Räumen die genann
ten Umluftsysteme ausscheiden. Im übrigen gilt für In
frarot-Strahlungsheizungen die Vorschrift, daß je nach
Form der Hallen bzw. Räume 14 bis 22 m3 Außenluft je
Stunde kW Heizleistung zugeführt werden müssen. Dies
macht eine außerordentlich effektive Wärmerückgewin
nung aus der Abluft erforderlich, um solche Strahlungs
heizungen mit einem guten Wirkungsgrad zu betreiben.
Hinzu kommt, daß bei der Verbrennung von beispielsweise
1 kg Propangas 1,2 kg Wasser entstehen, wodurch die Ab
luft eine außergewöhnlich hohe relative Luftfeuchtig
keit aufweist. Dieser Wasserdampf ist Träger einer
hohen Wärmeenthalpie, die es ebenfalls aus der Abluft
rückzugewinnen gilt.
Der Erfindung liegt in verfahrensmäßiger Hinsicht die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, das es ermöglicht, eine besonders hohe
Wärmerückgewinnung aus der Abluft zu erzielen, insbeson
dere dann, wenn die Abluft zu 100% als Fortluft ins
Freie geführt wird und darüber hinaus die Abluft bei
hoher Temperatur zugleich eine hohe Luftfeuchtigkeit
besitzt.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst,
daß die Abluft über den Verdampfer eines ersten und an
schließend den eines zweiten Wärmetauschers geführt und
dabei so abgekühlt wird, daß die Taupunktlinie der Luft
unterschritten wird und daß die Zuluft zunächst über den
Kondensator des ersten und anschließend über den Konden
sator des zweiten Wärmetauschers geführt und dabei er
wärmt wird.
Der durch die Erfindung erreichte Fortschritt besteht
im wesentlichen darin, daß neben dem Wärmeanteil der
Luft ein wesentlicher Teil der in dem Wasserdampf ent
haltenen Wärmeenthalpie zurückgewonnen werden kann,
wobei hier insbesondere dann erhebliche Wärmemengen
anfallen, wenn die Abluft unmittelbar aus dem Bereich
der Infrarot-Strahlungsheizungen stammt. Im übrigen
ergibt die zweistufige Wärmerückgewinnung über zwei
Wärmetauscher einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad.
Dabei besteht ferner die Möglichkeit, die beiden Wärme
tauscher in ihren physikalischen Eigenschaften so aus
zulegen, daß sie der jeweiligen Wärmerückgewinnungs
stufe entsprechend angepaßt sind, so daß sie sich zur
Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades gegenseitig
ergänzen. Auf diese Weise ist je nach Betriebszustand
eine Rückgewinnung von 25% bis zu 40% der instal
lierten Strahlungsheizleistung möglich.
In vorrichtungsmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe nach
der Erfindung dadurch gelöst, daß ein erster, mit dem
Zuluftkanal und dem Abluftkanal in thermischer Wech
selwirkung stehender Wärmetauscher vorgesehen ist,
dessen Verdampfer im Abluftkanal und dessen Kondensa
tor im Zuluftkanal angeordnet ist, und daß ein zweiter
Wärmetauscher vorgesehen ist, dessen Verdampfer im Ab
luftkanal dem Verdampfer des ersten Wärmetauschers in
Strömungsrichtung der Abluft nachgeschaltet ist und
dessen Kondensator im Zuluftkanal dem Kondensator des
ersten Wärmetauschers in Strömungsrichtung der Zuluft
nachgeschaltet ist.
Als weiterer Vorteil ergibt sich dabei, daß keine Mon
tage von Abgasschornsteinen, insbesondere auch keine
Dachaussparungen für Abluftöffnungen erforderlich sind,
so daß Strahlungsheizungen auch bei Flachdächern ohne
weiteres installiert werden können.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der
erste Wärmetauscher von einem Wärmerohr gebildet, das
innenseitig kapillar strukturiert und evakuiert ist
und einen flüssigen Wärmeträger enthält, der in einem
kontinuierlichen Prozeß am einen, den Kondensator bil
denden Rohrende kondensiert, anschließend zum anderen,
den Verdampfer bildenden Rohrende fließt, dort wieder
verdampft und schließlich zurück zu dem Kondensator
strömt. Dieses Wärmerohr ergibt bei einfachem Aufbau
und verschleißfreiem Betrieb einen in der ersten Wär
merückgewinnungsstufe ausreichenden Wirkungsgrad. Wei
ter empfiehlt es sich im Rahmen der Erfindung, daß der
zweite Wärmetauscher von einem Kühlaggregat mit Kom
pressor gebildet ist, da in der zweiten Wärmerückge
winnungsstufe der Abluft bereits ein Teil der Wärme
entzogen ist.
Um den erforderlichen Luftdurchsatz in den Zu- und Ab
luftkanälen zu gewährleisten, empfiehlt es sich, daß
jeweils in dem von den Wärmetauschern aus zur Gebäude
außenseite hin sich erstreckenden Bereich des Zuluft
kanals und des Abluftkanals ein Zuluftventilator bzw.
ein Abluftventilator angeordnet ist. Diese Anordnung
besitzt den Vorteil, daß die Ventilatoren im Bereich
niedriger Temperaturen eingesetzt sind, wodurch deren
Betrieb einem geringeren Verschleiß unterworfen und
damit zuverlässiger ist. Um Verschmutzungen an den
Wärmetauscherflächen sowie an den Ventilatoren zu ver
meiden, ist es weiter von Vorteil, wenn im Zuluftkanal
in Strömungsrichtung vor den Wärmetauschern bzw. vor
dem Zuluftventilator ein Zuluftfilter angeordnet ist.
Ebenso empfiehlt es sich, daß im Abluftkanal in Strö
mungsrichtung vor den Wärmetauschern ein Abluftfilter
angeordnet ist.
Im Zuluftkanal und im Abluftkanal kann jeweils zwischen
den Kondensatoren bzw. den Verdampfern der beiden Wärme
tauscher ein Temperaturfühler angeordnet sein, so daß
je nach Betriebs- und Umgebungsbedingungen der zweite
Wärmetauscher bedarfsweise zu- bzw. abgeschaltet wer
den kann. An den ins Freie mündenden Enden des Abluft
kanals bzw. des Zuluftkanals sind zweckmäßigerweise
Außenluftklappen angeordnet, die bei abgeschalteter
Vorrichtung geschlossen sind.
Um die im Bereich der Infrarot-Strahlungsheizungen ent
stehenden Schadstoffe sowie die mit hoher Feuchtigkeit
beladene Luft möglichst quantitativ abführen zu können,
ist es von Vorteil, wenn in den Abluftkanal mit je
weils einer Drosselklappe versehene Abluftleitungen
münden, an deren anderem Ende im Bereich der Strahlungs
heizungen angeordnete Abzugshauben angeschlossen sind.
Im folgenden wird die Erfindung an einem in der Zeich
nung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert;
die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung
der Vorrichtung nach der Erfindung.
Die in der Zeichnung nur schematisch wiedergegebene
Vorrichtung dient zur Wärmerückgewinnung bei der Be-
und Entlüftung von vorzugsweise Großräumen, Werkhal
len und dergl. in Gebäuden mit insbesondere hoher
Luftfeuchtigkeit. Von besonderem Vorteil ist die Vor
richtung daher bei der Be- und Entlüftung von Räumen
und Hallen, die von Infrarot-Strahlungsheizungen be
heizt sind. Solche Strahlungsheizungen, von denen in
der Zeichnung zwei nur schematisch angedeutet und mit
1 bezeichnet sind, bestehen im wesentlichen aus mit
kleinen Verbrennungsöffnungen versehenen Keramikplat
ten, die durch das Abbrennen eines Gases auf ihrer
der Wärmeabstrahlrichtung abgewandten Seite auf Ober
flächentemperaturen von etwa 900°C gebracht werden.
Bei der Verbrennung des Gases, z. B. Propan, entsteht
insbesondere CO2 und in geringerem Maße auch CO. Diese
Gase müssen - möglichst schon im Bereich ihres Ent
stehens - abgesaugt und aus dem Gebäude ins Freie be
fördert werden, um eine Anreicherung im Gebäude und
somit eine Gefährdung von Personen zu vermeiden. Da
durch hat die abzuführende Luft nicht nur eine ver
gleichsweise hohe Temperatur, sondern besitzt darüber
hinaus eine hohe relative Luftfeuchtigkeit, da bei der
Verbrennung von beispielsweise 1kg Propan ungefähr 1,2 kg
Wasser gebildet werden. Wegen der entstehenden schädli
chen Abgase sind verhältnismäßig hohe Abluftraten vor
geschrieben, die je nach Gebäudeform zwischen 14 und
22 m3 je Stunde und kW Heizleitung bei Strahlungshei
zungen liegen. Die abzuführende Luft besitzt daher ins
besondere auch wegen der Verdampfungsenthalpie des ent
haltenen Wasserdampfes einen hohen Wärmeinhalt, der für
eine wirtschaftliche Betriebsweise der Vorrichtung der
Abluft entzogen und der die Abluft ersetzenden Zuluft
wieder zugeführt werden muß.
Im einzelnen ist dazu ein Zuluftkanal 2 zur Förderung
von Außenluft in das Gebäudeinnere sowie ein Abluft
kanal 3 zur Förderung von Abluft aus dem Gebäudeinne
ren ins Freie vorgesehen. Weiter enthält die Vorrich
tung einen ersten mit dem Zuluftkanal 2 und dem Ab
luftkanal 3 in thermischer Wechselwirkung stehenden
Wärmetauscher 4, dessen Verdampfer 4.1 im Abluftka
nal 3 und dessen Kondensator 4.2 im Zuluftkanal 2 an
geordnet ist. Ferner ist ein zweiter Wärmetauscher 5
vorgesehen, dessen Verdampfer 5.1 im Abluftkanal 3
dem Verdampfer 4.1 des ersten Wärmetauschers 4 in Strö
mungsrichtung der Abluft nachgeschaltet ist und dessen
Kondensator 5.2 im Zuluftkanal 2 dem Kondensator 4.2
des ersten Wärmetauschers 4 in Strömungsrichtung der
Zuluft nachgeschaltet ist. Der erste Wärmetauscher 4
ist von einem üblichen Wärmerohr gebildet, das in nicht
näher dargestellter Weise innenseitig kapillar struktu
riert und evakuiert ist und einen flüssigen Wärmeträger
enthält, der in einem kontinuierlichen Prozeß am einen,
den Kondensator 4.2 bildenden Rohrende kondensiert, an
schließend zum anderen, den Verdampfer 4.1 bildenden
Rohrende fließt, dort wieder verdampft und schließlich
zurück zum Kondensator 4.2 strömt. Der zweite Wärme
tauscher 5 ist dagegen von einem Kühlaggregat mit einem
Kompressor 5.3 gebildet. Der Kompressor 5.3 versorgt
heißgasseitig den Kondensator 5.2. Das von dort zurück
strömende Kältemittel wird dem Sammler 6 zugeführt,
in dem volumetrische Schwankungen ausgeglichen werden.
In dem Filtertrockner 7 wird das Kältemittel gereinigt
und zugleich getrocknet. Ein dahinter angeordnetes
Magnetventil 8 wird von einer die Vorrichtung ansteuern
den Schalt- und Regeleinrichtung 9 geschlossen, wenn die
Anlage außer Betrieb ist, so daß ein Zirkulieren des
Kältemittels unterbunden wird. Ein weiteres Ventil
10 regelt je nach Temperatur die Überhitzung nach,
wobei ein Schauglas 11 zur Einstellung des Ventils
10 dient.
Um den geforderten Luftaustausch zu gewährleisten, ist
jeweils in dem von den Wärmetauschern 4, 5 aus zur Ge
bäudeaußenseite hin sich erstreckenden Bereich des Zu
luftkanals 2 und des Abluftkanals 3 ein Zuluftventila
tor 12 bzw. ein Abluftventilator 13 angeordnet. Diese
Ventilatoren 12, 13 befinden sich damit in den Strö
mungsbereichen niedrigerer Lufttemperatur, wodurch ein
weitgehend verschleißfreier und daher zuverlässiger
Betrieb gewährleistet ist.
Zur Vermeidung von Verschmutzungen im Bereich der Wärme
tauscher 4, 5 sowie der Ventilatoren 12, 13 ist im Zu
luftkanal 2 in Strömungsrichtung vor den Wärmetauschern
4, 5 bzw. vor dem Zuluftventilator 12 ein Zuluftfilter
14 und im Abluftkanal 3 in Strömungsrichtung vor den
Wärmetauschern 4, 5 ein Abluftfilter 15 angeordnet.
Im Zuluftkanal 2 und im Abluftkanal 3 befindet sich je
weils zwischen den Kondensatoren 4.2, 5.2 bzw. den Ver
dampfern 4.1, 5.1 der beiden Wärmetauscher 4, 5 ein
Temperaturfühler 16, 17, die über die Regeleinrichtung
9 eine Zu- bzw. Abschaltung des zweiten Wärmetauschers
5 in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen
ermöglichen. Fällt die Zulufttemperatur unter z. B.
22°C, so veranlaßt der Temperaturfühler 16 die Zuschal
tung des Wärmetauschers 5. Fällt dagegen die von dem
Temperaturfühler 17 gemessene Temperatur unter einen
bestimmten unteren Wert, so erfolgt eine Abschaltung
des Wärmetauschers 5 in der Art einer Frostschutz
schaltung.
An den ins Freie mündenden Enden des Abluftkanals 2
bzw. des Zuluftkanals 3 sind Außenluftklappen 18, 19
angeordnet, die bei abgeschalteter Vorrichtung ge
schlossen sind.
Um eine möglichst wirksame Absaugung der Abluft zu er
reichen, sind im Bereich der Strahlungsheizungen 1 Ab
zugshauben 20 angeordnet, die an jeweils mit einer
Drosselklappe 21 versehene Abluftleitungen angeschlos
sen sind, die in den Abluftkanal münden. Die Zuluft
kann, wie dies etwa bei 22 angedeutet ist, in Boden
nähe des Raums zugeführt werden. Im übrigen wird die
Vorrichtung, wie dies durch die gestrichelten Linien
angedeutet ist, unter regelungstechnischen Gesichts
punkten von der Regeleinrichtung 9 gesteuert.
Claims (10)
1. Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei der Be- und
Entlüftung von vorzugsweise Großräumen, Werkhal
len und dergl. in Gebäuden mit insbesondere hoher
Luftfeuchtigkeit, vor allem bei der Be- und Ent
lüftung von Räumen und Hallen, die von Infrarot-
Strahlungsheizungen (1) beheizt und mit einem Zu
luftkanal (2) zur Förderung von Außenluft in das
Gebäudeinnere sowie einem Abluftkanal (3) zur
Förderung von Abluft aus dem Gebäudeinneren ins Freie
versehen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft über den Ver
dampfer (4.1) eines ersten (4) und anschließend den
Verdampfer (5.1) eines zweiten Wärmetauschers (5)
geführt und dabei so abgekühlt wird, daß die Tau
punktlinie der Luft unterschritten wird und daß die
Zuluft zunächst über den Kondensator (4.2) des ersten
und anschließend über den Kondensator (5.2) des zwei
ten Wärmetauschers (5) geführt und dabei erwärmt wird.
2. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei der Be- und
Entlüftung von vorzugsweise Großräumen, Werkhallen
und dergl. in Gebäuden mit hoher Luftfeuchtigkeit
nach dem Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere
bei der Be- und Entlüftung von Räumen und Hallen,
die von Infrarot-Strahlungsheizungen (1) beheizt
sind, mit einem Zuluftkanal (2) zur Förderung von
Außenluft in das Gebäudeinnere sowie einem Abluft
kanal (3) zur Förderung von Abluft aus dem Gebäude
inneren ins Freie, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erster, mit dem Zuluftkanal (2) und dem Abluftkanal
(3) in thermischer Wechselwirkung stehender Wärme
tauscher (4) vorgesehen ist, dessen Verdampfer (4.1)
im Abluftkanal (3) und dessen Kondensator (4.2) im
Zuluftkanal (2) angeordnet ist, und daß ein zweiter
Wärmetauscher (5) vorgesehen ist, dessen Verdampfer
(5.1) im Abluftkanal (3) dem Verdampfer (4.1) des
ersten Wärmetauschers (4) in Strömungsrichtung der
Abluft nachgeschaltet ist und dessen Kondensator
(5.2) im Zuluftkanal (2) dem Kondensator (4.2) des
ersten Wärmetauschers (4) in Strömungsrichtung der
Zuluft nachgeschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Wärmetauscher (4) von einem Wärmerohr
gebildet ist, das innenseitig kapillar strukturiert
und evakuiert ist und einen flüssigen Wärmeträger
enthält, der in einem kontinuierlichen Prozeß am
einen, den Kondensator (4.2) bildenden Rohrende
kondensiert, anschließend zum anderen, den Ver
dampfer (4.1) bildenden Rohrende fließt, dort wie
der verdampft und schließlich zurück zum Kondensa
tor (4.2) strömt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Wärmetauscher (5) von
einem Kühlaggregat mit Kompressor (5.3) gebildet
ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß jeweils in dem von den Wärmetau
schern (4, 5) aus zur Gebäudeaußenseite hin sich
erstreckenden Bereich des Zuluftkanals (2) und des
Abluftkanals (3) ein Zuluftventilator (12) bzw. ein
Abluftventilator (13) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Zuluftkanal (2) in Strömungs
richtung vor den Wärmetauschern (4, 5) bzw. vor dem
Zuluftventilator (12) ein Zuluftfilter (14) angeord
net ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Abluftkanal (3) in Strömungs
richtung vor den Wärmetauschern (4, 5) ein Abluft
filter (15) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß im Zuluftkanal (2) und im Abluft
kanal (3) jeweils zwischen den Kondensatoren (4.2,
5.2) bzw. den Verdampfern (4.1, 5.1) der beiden
Wärmetauscher (4, 5) ein Temperaturfühler (16, 17)
angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß an den ins Freie mündenden Enden
des Abluftkanals (3) bzw. des Zuluftkanals (2) Aus
senluftklappen (18, 19) angeordnet sind, die bei
abgeschalteter Vorrichtung geschlossen sind.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Abluftkanal (3) mit je
weils einer Drosselklappe (21) versehene Abluft
leitungen münden, an deren anderem Ende im Bereich
der Strahlungsheizungen (1) angeordnete Abzugshau
ben (20) angeschlossen sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873703754 DE3703754A1 (de) | 1987-02-07 | 1987-02-07 | Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung bei der be- und entlueftung von vorzugsweise grossraeumen, werkhallen und dgl. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873703754 DE3703754A1 (de) | 1987-02-07 | 1987-02-07 | Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung bei der be- und entlueftung von vorzugsweise grossraeumen, werkhallen und dgl. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3703754A1 true DE3703754A1 (de) | 1988-08-18 |
Family
ID=6320451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873703754 Ceased DE3703754A1 (de) | 1987-02-07 | 1987-02-07 | Verfahren und vorrichtung zur waermerueckgewinnung bei der be- und entlueftung von vorzugsweise grossraeumen, werkhallen und dgl. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3703754A1 (de) |
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- 1987-02-07 DE DE19873703754 patent/DE3703754A1/de not_active Ceased
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