DE7619614U1

DE7619614U1 - VENTILATION AND AIR CONDITIONING UNIT WITH HEAT PUMP

Info

Publication number: DE7619614U1
Application number: DE19767619614
Authority: DE
Original assignee: Weiss Technik Umwelt-Klima-Messtechnik 6301 Reiskirchen De GmbH
Current assignee: Weiss Technik Umwelt-Klima-Messtechnik 6301 Reiskirchen De GmbH
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1976-06-21
Publication date: 1982-08-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüftungs- und Klimagerät mit Wärmepumpe, insbesondere zur Rückgewinnung von Fortluftwärme, das in Verbindung mit konventionellen Heizungs- und Kühlanlagen einsetzbar ist. Die Aufwärmung großer Luftmengen im Winter auch bei mittlerer Außenluftrate und ebenso die Kühlung dieser Luftmengen im Sommer erfordert einen erheblichen apparativen und Energieaufwand.The invention relates to a ventilation and air conditioning device with a heat pump, in particular for recovering heat from the exhaust air, which can be used in conjunction with conventional heating and cooling systems. The warming up of large amounts of air in winter, even with a medium rate of outside air, and also the cooling of this amount of air in summer, requires a considerable amount of equipment and energy.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüftungs- und Klimagerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach zu montieren und zu warten ist und zum einen durch Verringerung des Außenluftanteils an der Gesamtluftmenge im Winter und im Sommer, zum anderen durch Einsatz einer Kältemaschine in Wärmepumpenschaltung ermöglicht Heizungsenergie zu sparen.The invention is based on the object of creating a ventilation and air conditioning device of the type mentioned, which is easy to assemble and maintain and, on the one hand, by reducing the amount of outside air in the total amount of air in winter and in summer, on the other hand by using a refrigeration machine in Heat pump circuit enables heating energy to be saved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß in einer Fortluftkammer und in einer Zuluftkammer des Gerätes je ein Kältemittel-Luft-Wärmetauscher angeordnet ist. Beide sind in bekannter Weise durch einen in seiner Strömungsrichtung umkehrbaren Kältemittel-Kreislauf mit einem Kompressor verbunden. Die Fortluftkammer und die Zuluftkammer sind mit dem Innenraum und der Außenluft über eine Kreuzklappe zur Verteilung der Außenluft und der Abluft auf Fortluft und Zuluft verbunden.This object is achieved according to the invention in such a way that one refrigerant-air heat exchanger each in an exhaust air chamber and in an intake air chamber of the device is arranged. Both are connected in a known manner to a compressor by a refrigerant circuit which is reversible in its flow direction. The exhaust air chamber and the supply air chamber are connected to the interior and the outside air via a cross flap to distribute the outside air and the exhaust air to the exhaust air and supply air.

Unter "Kammern" werden hier allgemein die zwischen den Aggregaten liegenden Teile der Luftführung im Gerätegehäuse verstanden."Chambers" are generally understood here to mean the parts of the air duct in the device housing located between the units.

Erfindungsgemäß optimiert die Kreuzklappe über den Anteil der zugeführten Außenluft den Einsatzbereich der Wärmepumpe im Temperaturfeld. Die Investitionskosten des Gerätes sind niedrig, da für den Kühlbetrieb im Sommer ohnehin eine Kältemaschine erforderlich ist und diese durch Umschaltung des Kältemittel-Kreislaufs in Wärmepumpenschaltung betrieben und genützt werden kann.According to the invention, the cross valve optimizes the area of application of the heat pump in the temperature field via the proportion of the outside air supplied. The investment costs of the device are low, since a cooling machine is required anyway for cooling operation in summer and this can be operated and used by switching the refrigerant circuit to a heat pump circuit.

Besonders vorteilhaft ist es, den der Fortluft ihre Wärme entziehenden Wärmetauscher (Winterbetrieb) am Fortluftstutzen anzuordnen, weil dann ein zusätzlicher luftgekühlter Kondensator mit zusätzlichem Ventilator im Freien (Sommerbetrieb) eingespart werden kann. Die ohnehin vorhandenen Außenluft- und Fortluftkanäle einschließlich der ggf. vorhandenen Schalldämpfer werden zur Führung der Kondensatorluft mitbenutzt, so daß weitere Investitions- und Energiekosten eingespart werden.It is particularly advantageous to arrange the heat exchanger, which extracts its heat from the exhaust air (winter operation), on the exhaust air nozzle, because then an additional air-cooled condenser with an additional fan outdoors (summer operation) can be saved. The outside air and exhaust air ducts that are already present, including the silencers that may be present, are also used to guide the condenser air, so that further investment and energy costs are saved.

In Weiterbildung dieser Ausführung ist zwischen der Außenluftkammer und der Fortluftkammer eine einstellbare Bypassklappe angeordnet, mit der im Sommerbetrieb eine zusätzliche Luftmenge aus der Außenluft unmittelbar über den als Kondensator geschalteten Wärmetauscher amIn a further development of this embodiment, an adjustable bypass flap is arranged between the outside air chamber and the exhaust air chamber, with which an additional amount of air from the outside air directly via the heat exchanger connected as a condenser in summer operation

Fortluftstutzen geleitet werden kann, um dem Wärmetauscher die für eine optimale Kondensationsleistung und Kondensationstemperatur erforderliche Luftmenge zuzuführen.Exhaust air nozzle can be routed in order to supply the heat exchanger with the amount of air required for optimal condensation performance and condensation temperature.

Vorteilhaft kann in der Außenluftkammer eine Drosselklappe angeordnet sein, um das Gerät universell den verschiedenen Druckverlusten bei verschiedenen angeschlossenen Lüftungsanlagen anpassen zu können.A throttle valve can advantageously be arranged in the outside air chamber in order to be able to adapt the device universally to the various pressure losses in various connected ventilation systems.

Schließlich kann in weiterer Ausgestaltung des Gerätes auch zusätzlich in der Zuluftkammer eine Dampfbefeuchtung angeordnet sein.Finally, in a further embodiment of the device, steam humidification can also be arranged in the supply air chamber.

Im folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand einer Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:The invention and its advantages are explained below with reference to a drawing. In this show:

Fig. 1 in einem schematischen Längsschnitt einen möglichen Aufbau des erfindungsgemäßen Lüftungs- und Klimagerätes;1 shows, in a schematic longitudinal section, a possible structure of the ventilation and air conditioning device according to the invention;

Fig. 2 in Schaubildern die möglichen Luftführungen an der Kreuzklappe des Gerätes zur Einstellung des Außenluftanteils an der Zuluft;2 shows diagrams of the possible air ducts on the cross flap of the device for setting the proportion of outside air in the supply air;

Fig. 3 ein Schaubild der Arbeitsweise des Gerätes im normalen Temperaturfeld zwischen -15° C und +30° C.Fig. 3 shows a diagram of the operation of the device in a normal temperature field between -15 ° C and + 30 ° C.

In der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein Gehäuse 10 in sechs Kammern unterteilt, die in zwei Reihen übereinander angeordnet sind. In der unteren Kammer 10.3 ist der Kompressor 1 einer Kältemaschine angeordnet, in deren in seiner Strömungsrichtung umkehrbaren Kreislauf in den oberen Kammern 10.6 und 10.4 je ein Wärmetauscher 3 und 5 liegen, die wahlweise als Kondensator oder Verdampfer arbeiten. In der mittleren Kammer 10.5 ist eineIn the schematic representation of FIG. 1, a housing 10 is divided into six chambers which are arranged in two rows one above the other. In the lower chamber 10.3, the compressor 1 of a refrigeration machine is arranged, in whose flow direction reversible circuit in the upper chambers 10.6 and 10.4 are each a heat exchanger 3 and 5, which work either as a condenser or evaporator. In the middle chamber 10.5 is a

Kreuzklappe 6 angeordnet, die aus vier üblichen Lamellenklappen, Kupplungsgestänge und Antriebsmotor besteht.Cross flap 6 arranged, which consists of four conventional lamellar flaps, coupling linkage and drive motor.

Die Kammer 10.5 hat Verbindungen zu den Kammern 10.4 und 10.6 und über die untere mittlere Kammer 10.2 zu der Außenluftkammer 10.1. Zwischen dieser und der Kammer 10.4 ist eine einstellbare Bypassklappe 8 angeordnet.The chamber 10.5 has connections to the chambers 10.4 and 10.6 and via the lower middle chamber 10.2 to the outside air chamber 10.1. An adjustable bypass flap 8 is arranged between this and the chamber 10.4.

Um eine Anpassung des Gerätes an vorhandene Lüftungsanlagen vornehmen zu können, ist in der Außenluftkammer 10.1 eine Drosselklappe 9 angeordnet.In order to be able to adapt the device to existing ventilation systems, a throttle valve 9 is arranged in the outside air chamber 10.1.

An der Kammer 10.1 sitzt der Außenluftstutzen, an der Kammer 10.4 der Fortluftstutzen, an der Kammer 10.5 der Abluftstutzen und an der Kammer 10.6 der Zuluftstutzen. Zuluft- und Fortluftstutzen können auch um 90° gedreht angeordnet werden, wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist.The outside air connector is located on chamber 10.1, the exhaust air connector on chamber 10.4, the exhaust air connector on chamber 10.5 and the supply air connector on chamber 10.6. Supply air and exhaust air nozzles can also be arranged rotated by 90 °, as shown in dashed lines in FIG. 1.

In der Kammer 10.4 sind ein Gebläse 7 und der Wärmetauscher 5 angeordnet. In der Kammer 10.6 ist am Zuluftstutzen ein weiteres Gebläse 2 angeordnet und vor der Öffnung zur Kreuzklappen-Kammer 10.5 der Wärmetauscher 3 angebracht. In Reihe mit diesem Wärmetauscher 3 ist in dieser Kammer noch ein Warmwasser-Wärmetauscher 4 angeordnet, der an eine vorhandene Warmwasser-Zentralheizung anschließbar ist. Ersatzweise kann der Wärmetauscher 4 ein Elektro-Heizregister sein.A fan 7 and the heat exchanger 5 are arranged in the chamber 10.4. In the chamber 10.6, a further fan 2 is arranged on the supply air connection and the heat exchanger 3 is attached in front of the opening to the cross-flap chamber 10.5. In series with this heat exchanger 3, a hot water heat exchanger 4 is also arranged in this chamber, which can be connected to an existing hot water central heating system. As an alternative, the heat exchanger 4 can be an electric heating register.

Die Kreuzklappe dient zur kreuzweisen Umschaltung der Außenluft- und Abluftströme in ihren Extremstellungen bzw. zur Beimischung dieser Ströme zur Fortluft und Zuluft in ihren Zwischenstellungen, wie dies in Fig. 2 für den Anteil der Außenluft an der Zuluft sinnbildlich dargestellt ist.The cross flap is used to switch the outside air and exhaust air flows in their extreme positions or to mix these flows with the exhaust air and supply air in their intermediate positions, as is shown symbolically in FIG. 2 for the proportion of outside air in the supply air.

Die Arbeitsweise des Gerätes in Abhängigkeit von der Außentemperatur läßt sich anhand des Schaubildes der Fig. 3 in folgende Stufen unterteilen:The mode of operation of the device depending on the outside temperature can be divided into the following stages using the diagram in Fig. 3:

1. Bei tiefen Außentemperaturen heizt der Warmwasser-Wärmetauscher (WW) die Außenluft vor. Dies geschieht nur in wenigen Betriebsstunden des Jahres. Gleichzeitig arbeitet die eingebaute Kältemaschine als Wärmepumpe (WP) mit der optimalen Leistungsziffer, die bei Mischtemperaturen zwischen 0 und +10° C (zwischen Außenluft und Abluft) liegt (Bereich WW + WP).1. When outside temperatures are low, the hot water heat exchanger (DHW) preheats the outside air. This only happens in a few operating hours of the year. At the same time, the built-in refrigeration machine works as a heat pump (HP) with the optimum performance figure, which is at mixed temperatures between 0 and + 10 ° C (between outside air and exhaust air) (area WW + HP).

2. Bei Außentemperaturen zwischen etwa +2° C und der Temperatur t tief1 arbeitet die Wärmepumpe zum Teil in Regelbetrieb und deckt die volle Heizleistung, wiederum mit optimaler Leistungsziffer. Dies ist mit einer Kältemaschine zu erreichen, deren Größe auf die bei Kühlbetrieb erforderlichen Dimensionen abgestimmt ist (Bereich WP).2. At outside temperatures between approx. + 2 ° C and the temperature t low1, the heat pump partly works in normal mode and covers the full heating output, again with the optimum performance figure. This can be achieved with a refrigeration machine, the size of which is matched to the dimensions required for cooling operation (HP area).

3. Wenn keine Heizung mehr erforderlich ist, ab t tief1, wird die Wärmepumpe (Kompressor 1) abgeschaltet. In einem gewissen Übergangsbereich (t tief1 bis t tief2) übernimmt die Kreuzklappe 6 allein die Temperaturregelung durch Zumischung von Außenluft.3. When heating is no longer required, from t low1, the heat pump (compressor 1) is switched off. In a certain transition area (t deep1 to t deep2), the cross valve 6 takes over the temperature control solely by adding outside air.

4. Reichen auch die über die Kreuzklappe 6 eingestellten 100 % Außenluft nicht mehr zur Kühlung des Raumes aus, so wird die Kältemaschine (Kompressor 1) eingeschaltet (Bereich KM). Steigt die Außenlufttemperatur über die gewünschte Raumtemperatur an, wird die Kreuzklappe 6 auf den Mindestaußenluftbedarf verstellt. Die Einstellung der minimalen4. If the 100% outside air set via the cross flap 6 is no longer sufficient to cool the room, the refrigeration machine (compressor 1) is switched on (area KM). If the outside air temperature rises above the desired room temperature, the cross flap 6 is adjusted to the minimum outside air requirement. Setting the minimum

Außenluftrate reduziert die zur Abkühlung hoher, warmer Außenluftmengen erforderliche Kälteleistung. Die der Raumluft entzogene Wärme wird über den luftgekühlten Wärmetauscher 5 (als Kondensator) unmittelbar mit der Fortluft abgeführt.Outside air rate reduces the cooling capacity required to cool down high, warm amounts of outside air. The heat extracted from the room air is dissipated directly with the exhaust air via the air-cooled heat exchanger 5 (as a condenser).

5. Die Bypassklappe 8 zwischen Außenluftkammer 10.1 und Fortluftventilator 7 läßt im Sommerbetrieb eine zusätzliche Luftmenge von ca. 30 % der Nennluftmenge durch, um dem Kondensator 5 die zur Erzielung optimaler Kondensationsleistungen erforderlichen Luftmengen und Temperaturen zu geben.5. The bypass flap 8 between the outside air chamber 10.1 and the exhaust air fan 7 allows an additional amount of air of approx. 30% of the nominal air volume to pass through in summer, in order to give the condenser 5 the air volumes and temperatures required to achieve optimal condensation performance.

6. Die Verstellung der Bypassklappe 8 wird automatisch vorgenommen, wenn der Hochdruckwächter des Kompressors 1 einen einstellbaren Sollwert überschreitet. Gleichzeitig wird das Fortluftgebläse auf schnellere Drehzahl geschaltet. Bei Unterschreitung des eingestellten Sollwertes am Hochdruckwächter wird die Bypassklappe 8 wieder geschlossen und das Fortluftgebläse auf Normaldrehzahl geschaltet.6. The adjustment of the bypass flap 8 is carried out automatically when the high pressure monitor of the compressor 1 exceeds an adjustable setpoint. At the same time, the exhaust air fan is switched to a faster speed. If the setpoint value on the high pressure monitor is not reached, the bypass flap 8 is closed again and the exhaust air fan is switched to normal speed.

Bei Außenlufttemperaturen von -20° C bis zur Temperatur t tief1 wird die Kreuzklappe so eingestellt, daß nur der Mindestaußenluftbedarf des angeschlossenen Raumes gedeckt wird. Der variable Außenluftanteil, der mit der Kreuzklappe 6 eingestellt werden kann, vergrößert den Bereich des Temperaturfeldes, in welchem der Kompressor 1 abgeschaltet werden kann, t tief1 bis t tief3 von etwa +17° C bis +20° C bei herkömmlichen Geräten auf etwa +13° C bis +20° C, also etwa auf das Zweifache. Mit der Kreuzklappe 6 in Verbindung mit der Luft-Luft-Wärmepumpe 1, 3, 5 läßt sich in jedem Betriebspunkt die bezüglich des Energieaufwandes sparsamste Betriebsweise einstellen.At outside air temperatures from -20 ° C to temperature t low1, the cross damper is set in such a way that only the minimum outside air requirement of the connected room is covered. The variable proportion of outside air, which can be set with the cross flap 6, increases the range of the temperature field in which the compressor 1 can be switched off, t deep1 to t deep3 from around + 17 ° C to + 20 ° C for conventional devices to around + 13 ° C to + 20 ° C, i.e. about twice as much. With the cross flap 6 in connection with the air-to-air heat pump 1, 3, 5, the most economical mode of operation in terms of energy consumption can be set at every operating point.

Die einstellbaren Endstellungen der Kreuzklappe bei den Außenlufttemperaturen t tief1 und t tief2 sind von verschiedenen Bedingungen (Gebäudeart, Transmission, Wärmelast, Belegung usw.) abhängig. Ein Regelsignal vom Raum verstellt die Kreuzklappe so, daß zwischen t tief1 und t tief2 weder die Heizung noch die Kühlung anspricht.The adjustable end positions of the cross damper at the outside air temperatures t low1 and t low2 depend on various conditions (type of building, transmission, heat load, occupancy, etc.). A control signal from the room adjusts the cross damper in such a way that neither heating nor cooling responds between t low1 and t low2.

Die kompakte Bauweise mit allen Funktionen in einem Gerät führt zu erheblichen Montageeinsparungen und zu erhöhter Betriebssicherheit durch werkstattgeprüfte Geräte.The compact design with all functions in one device leads to considerable savings in installation and increased operational safety thanks to workshop-tested devices.

Claims

1. Klimatisier- und Lüftungsvorrichtung mit Wärmerückgewinnung aus der Fortluft und mit gleitendem Außenluftbetrieb, bestehend aus einer Wärmepumpe mit einem umschaltbaren Kältemittelkreislauf und zwei wechselweise als Verdampfer oder Kondensator schaltbaren Wärmeübertragern, von denen der erste oder Zuluftwärmeübertrager im Zuluftweg und der zweite oder Fortluftwärmeübertrager im Fortluftweg angeordnet ist und die mittels steuerbarer Strömungsverbindungen mit Außenluft und/oder Abluft beaufschlagbar sind (gleitender Außenluftbetrieb), sowie aus Ventilatoren für den Luftumlauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein geschlossenes, kompaktes Gerät ausgeführt ist, welches eine Fortluftkammer (10.4) mit dem Fortluftwärmeübertrager (5), einem Fortluftventilator (7) und einem Fortluftanschluß, eine Zuluftkammer (10.6) mit dem Zuluftwärmeübertrager (3), einem Zuluftventilator (2) und einem Zuluftanschluß, eine Außenluftkammer (10.1) mit einem Außenluftanschluß sowie einen Abluftanschluß aufweist und in dem die Außenluftkammer (10.1), die Fortluftkammer (10.4), der Abluftanschluß und die Zuluftkammer (10.6) um eine Verteilerkammer (10.5) herum angeordnet und mit dieser strömungsmäßig verbunden sind, welche mit in Abhängigkeit von der Außentemperatur gesteuerten Klappen (6) zur Verteilung der Abluft- und Außenluftströme auf die Fortluftkammer (10.4) und Zuluftkammer (10.6) versehen ist.1. Air conditioning and ventilation device with heat recovery from the exhaust air and with sliding outside air operation, consisting of a heat pump with a switchable refrigerant circuit and two heat exchangers that can be switched alternately as an evaporator or condenser, of which the first or supply air heat exchanger is arranged in the supply air path and the second or exhaust air heat exchanger in the exhaust air path and which can be acted upon by outside air and / or exhaust air by means of controllable flow connections (sliding outside air operation), as well as fans for air circulation, characterized in that the device is designed as a closed, compact device which has an exhaust air chamber (10.4) with the exhaust air heat exchanger (5), an exhaust air fan (7) and an exhaust air connection, a supply air chamber (10.6) with the supply air heat exchanger (3), a supply air fan (2) and a supply air connection, an outside air chamber (10.1) with an outside air connection and an exhaust air has connection and in which the outside air chamber (10.1), the exhaust air chamber (10.4), the exhaust air connection and the supply air chamber (10.6) are arranged around a distribution chamber (10.5) and are connected to this in terms of flow, which are controlled by flaps ( 6) is provided to distribute the exhaust air and outside air flows to the exhaust air chamber (10.4) and supply air chamber (10.6).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenluftkammer (10.1) und der Abluftanschluß einerseits und die Fortluft- und die Zuluftkammern (10.4, 10.6) andererseits jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Verteilerkammer (10.5) münden und die Klappen als Kreuzklappe (6) aus vier kreuzförmig angeordneten Lamellenklappen mit Kupplungsgestänge und Antriebsmotor ausgebildet sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the outside air chamber (10.1) and the exhaust air connection on the one hand and the exhaust air and supply air chambers (10.4, 10.6) on the other hand each open on opposite sides of the distribution chamber (10.5) and the flaps as a cross flap (6 ) are formed from four cross-shaped lamella flaps with coupling linkage and drive motor.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenluftkammer (10.1) und der Fortluftkammer (10.4) eine die Verteilerkammer (10.5) umgehende Bypassklappe vorgesehen ist.3. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that between the outside air chamber (10.1) and the exhaust air chamber (10.4) a distribution chamber (10.5) bypassing the bypass valve is provided.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenluftkammer (10.1) eine Drosselklappe (9) zur Anpassung der Druckverluste angeordnet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a throttle valve (9) is arranged in the outside air chamber (10.1) for adapting the pressure losses.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Zuluftwärmeübertrager (3) in der Zuluftkammer (10.6) ein an eine Warmwasserheizung anschließbarer Warmwasser-Wärmeübertrager (4) angeordnet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a hot water heat exchanger (4) which can be connected to a hot water heater is arranged in series with the supply air heat exchanger (3) in the supply air chamber (10.6).