Verfahren und raumlufttechnische Anlage zur Klimatisierung eines Raumes

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine raumlufttechnische Anlage zum Klimatisieren eines Raumes gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 1 1.

Aus der DE 198 13 157 A1 ist eine raumlufttechnische Anlage zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes mit einem Primärluftsystem und einem sekundären Klimatisierungs- System bekannt. Das als Luftströmungssystem ausgebildete Primärluftsystem weist einen in die Umgebung des Raumes gerichteten Fortluftstrom und einen in den Raum gerichteten Zuluftstrom auf, die aus der Abluft des Raumes und/oder der Außenluft bestehen oder zusammengesetzt sind. Das als konvektives System und/oder Strahlungssystem ausgebildete sekundäre Klimatisierungssystem enthält eine im zu klimatisieren- den Raum angeordnete konvektive Einrichtung und/oder Strahlungseinrichtung und eine Wärme tauschende Einrichtung, die von einem Trägermedium durchströmt wird. Die Wärme tauschende Einrichtung oder eine mechanische Kühleinrichtung bzw. Kälte erzeugende Einrichtung mit einem Verdampfer- und Kondensatorsystem, das über ein Kältemittel enthaltende Leitungen mit der Wärme tauschenden Einrichtung verbunden ist, ist bzw. sind im Fortluftstrom des Primärluftsystems angeordnet.

Durch die Kombination eines Luftströmungssystems mit einem konvektiven System und/oder Strahlungssystem, die über ein Kältemittel miteinander verbunden sind, wird der Wirkungsgrad der raumlufttechnischen Anlage zur bivalenten Klimatisierung des Raumes deutlich heraufgesetzt, indem insbesondere der Primärluftanteil, der zum Transport der Kühlleistung genutzt wird, erheblich abgesenkt wird, so dass der Primärluftanteil allein die Kühllast des zu klimatisierenden Raumes nicht abführen kann. Durch das zusätzliche konvektive System oder Strahlungssystem wird direkt im Raum ein zusätzlicher Kühleffekt und damit eine Abkühlung der Luft bewirkt.

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Weiterhin können unabhängig voneinander steuerbare Luftklappensysteme auf der Saugseite der raumlufttechnischen Anlage vorgesehen werden, die ein beliebiges Mischungsverhältnis des Zuluft- und Fortluftstromes aus der Außenluft und der Abluft zur Erfüllung von Konditionierungsaufgaben ermöglichen und damit eine hohe Wirtschaft- lichkeit und maximale Sicherheit gewährleisten, da dem Abluft- oder Fortluftstrom, der den Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung durchströmt, auch bei außergewöhnlichen Temperaturverhältnissen Außenluft beigemischt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der bekannten raumlufttechnischen Anlage besteht darin, ein vor- zugsweise als Kreislauf-Verbundsystem ausgebildetes Wärmerückgewinnungssystem im Fortluft- und Zuluftstrom sowie einen Warmwassererhitzer zur Lufterwärmung im Zuluftstrom anzuordnen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Gesamt-Wirkungsgrad eines Verfahrens und einer raumlufttechnischen Anlage zur Klimatisierung eines Raumes der eingangs genannten Art weiter zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine raumlufttechnische Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst.

Durch den kombinierten Einsatz eines Wärmerückgewinnungssystems zum Austausch von Energie zwischen dem Außenluft- oder Zuluftstrom und dem Abluft- oder Fortluftstrom in Verbindung mit einer adiabaten Kühlung des Abluft- oder Fortluftstromes in Strömungsrichtung vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung wird der Gesamt-Wirkungsgrad einer raumlufttechnischen Anlage in einem solchen Maße erhöht, dass entweder die Kühlleistung zum Kühlen des in den Raum gerichteten Zuluftstromes erheblich gesteigert oder der Volumenstrom des Zuluft- und Fortluftstromes bei konstanter Kühlleistung der Kälte erzeugenden Einrichtung und damit die Baugröße der raum- lufttechnischen Anlage erheblich reduziert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von der überlegung aus, dass der Einsatz eines Wärmerückgewinnungssystems zur Energieeinsparung bei einer raumlufttechnischen Anlage mit einem Primärluftsystem und einer Kälte erzeugenden Einrichtung zur zusätz-

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liehen Kühlung des in den zu klimatisierenden Raum gerichteten Zuluftstromes Einfluss auf die Temperaturhöhe im Abluft- oder Fortluftstrom hat, da mit dem Wärmerückgewinnungssystem in Abhängigkeit von den klimatischen Verhältnissen und Bedingungen im zu klimatisierenden Raum und dem Umgebungsklima des zu klimatisierenden Raumes Energie vom Abluft- oder Fortluftstrom zum Außenluft- oder Zuluftstrom oder umgekehrt vom Außenluft- oder Zuluftstrom zum Abluft- oder Fortluftstrom transportiert wird. Insbesondere beim Einsatz von Sorptionsrotoren in einem Wärmerückgewinnungssystem und in den Sommermonaten, wenn die aus dem zu klimatisierenden Raum abgezogene Ab- lufttemperatur unter der Außenlufttemperatur der Umgebung des zu klimatisierenden Raumes liegt, übertragen Sorptionsrotoren Energie aus dem Außenluft-Zuluftstrom zum Abluft-Fortluftstrom und erhöhen damit die Lufteintrittstemperatur vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung auf einen Temperaturwert, der nur noch geringfügig unter dem Wert der Außenlufttemperatur liegt. Der Grund hierfür liegt in dem hohen Wirkungsgrad von ca. 80% von Wärmerückgewinnungs-Sorptionsrotoren, was gleichbedeu- tend ist mit 80% Energieübertragung vom Außenluft-Zuluftstrom zum Abluft- Fortluftstrom.

Die Erhöhung der Lufteintrittstemperatur vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung wirkt sich in erheblichem Maße auf die Leistung des Kondensators und da- mit auf die Entwärmungsleistung aus dem Kühlprozess zur Klimatisierung des Raumes aus. Um die hierfür erforderliche Entwärmungsleistung zu erfüllen und damit die Betriebssicherheit der raumlufttechnischen Anlage zu gewährleisten, wird über Bypass- klappen im Strömungsweg des Zuluft- und Fortluftstromes mittels des durch den Kondensationsdruck gesteuerten Fortluftventilators zusätzlich Außenluft angesaugt und damit eine erhöhte Luftmenge zu Steigerung der Entwärmungsleistung gefördert. Diese Erhöhung des Volumenstromes hat aber erheblichen Einfluss auf die Baugröße der raumlufttechnischen Anlage sowie auf die Baugröße des Fortluftventilators und insbesondere dessen Antriebsleistung und damit auf die Energiekosten der raumlufttechnischen Anlage.

Der energetische Vorteil, der sich aus der Wärmerückgewinnung insbesondere mit einem Wärmerückgewinnungssystem mit Sorptionsrotoren ergibt, führt somit zu Nachteilen im Entwärmungsprozess der raumlufttechnischen Anlage, deren Leistung zur Gewährleistung der Betriebssicherheit entsprechend groß ausgelegt werden muss.

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Durch die erfindungsgemäß adiabate Kühlung des Abluft- oder Fortluftstromes unmittelbar vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung wird der Gesamt- Luftvolumenstrom in wirtschaftlicher Weise auf ein niedrigeres Temperaturniveau ge- bracht, wodurch die Kondensatorleistung und damit die Entwärmungsleistung der raum- lufttechnischen Anlage erheblich erhöht wird.

Dementsprechend kann die Kühlung des Zuluftstromes mittels des im Zuluftstrom angeordneten Verdampfers der Kälte erzeugenden Einrichtung bei konstantem Volumen- ström des Zuluft- und Fortluftstromes in Abhängigkeit von dem Maß der adiabaten Kühlung des Abluft- oder Fortluftstromes um ca. 30 Prozent erhöht werden, d.h. die Kühlleistung der raumlufttechnischen Anlage kann erhöht werden, ohne dass deren Baugröße zur Erfüllung der Kühlleistung verändert werden muss.

Alternativ kann der Volumenstrom des Zuluft- und Fortluftstromes bei konstanter Kühlleistung der Kälte erzeugenden Einrichtung in Abhängigkeit von dem Maß der adiabaten Kühlung des Abluft- oder Fortluftstromes um etwa 30 Prozent reduziert werden, d.h. bei vorgegebener Kälteleistung kann durch die Verringerung des Volumenstromes des Zuluft- und Fortluftstromes die Baugröße und Leistung des Fortluftventilators und damit die Baugröße der raumlufttechnischen Anlage verringert werden.

Vorzugsweise weisen der Außenluft-/Zuluftstrom und der Abluft-/Fortluftstrom einander entgegen gesetzte Strömungsrichtungen auf.

Durch den Einsatz des Gegenstromprinzips im Luftströmungssystem wird ein maximaler Wirkungsgrad des Wärmerückgewinnungssystems, insbesondere bei Einsatz eines Sorptionsrotors, erreicht, der bei Anwendung des Gleichstromprinzips einen schlechteren Wirkungsgrad aufweisen würde.

Die adiabate Kühlung des Fortluftstromes wird bevorzugt in Abhängigkeit vom Istwert der Außenlufttemperatur und dem Sollwert der Entwärmungsleistung des zu klimatisierenden Raumes gesteuert, insbesondere wird die adiabate Kühlung des Fortluftstromes bei niedrigen Außenlufttemperaturen in Abhängigkeit vom Sollwert der Entwärmungsleistung des zu klimatisierenden Raumes zu- oder abgeschaltet.

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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die adia- bate Kühlung in Abhängigkeit von dem im Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung gemessenen Kondensationsdruck, insbesondere durch Zu- und Abschaltung der adiabaten Kühlung, zu steuern.

Insgesamt erhöht die adiabate Kühlung des Abluft- oder Fortluftstromes unmittelbar vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad des Kondensators der Kälte erzeugenden Einrichtung durch Steigerung von dessen Entwärmungsleistung, insbesondere zur Leistungserhöhung bei Spitzenlasten. Bei niedrigen Außentemperaturen, die mit geringerer Kühllast und geringerer Entwär- mungslast einhergehen, kann die adiabate Kühlung dann leistungsabhängig zu- oder abgeschaltet werden.

Eine zur Lösung der vorstehenden Aufgabenstellung geeignete raumlufttechnische Anlage zur Klimatisierung eines Raumes mit einem Luftströmungssystem, das einen in die Umgebung des Raumes gerichteten Fortluftstrom und einen in den Raum gerichteten Zuluftstrom erzeugt, die aus einem Abluftstrom des Raumes und/oder einem Außenluft- strom bestehen oder zusammengesetzt sind, und mit einer Kälte erzeugenden Einrich- tung, die einen Verdampfer und einen Kondensator enthält, die über Kältemittelleitungen mit mindestens einem Kompressor verbunden sind, ist durch ein Energie zwischen dem Abluft-/Fortluftstrom und dem Außenluft-/Zuluftstrom austauschenden Wärmerückgewinnungssystem und eine im Fortluftstrom in Strömungsrichtung vor dem Kondensator angeordnete adiabate Kühleinrichtung gekennzeichnet.

Die Kombination eines Wärmerückgewinnungssystems zum Energieaustausch zwischen dem Außenluft- oder Zuluftstrom und dem Abluft- oder Fortluftstrom mit einer adiabaten Kühleinrichtung des Abluft- oder Fortluftstromes in Strömungsrichtung vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung erhöht den Gesamt-Wirkungsgrad der raumlufttechnischen Anlage und ermöglicht es, entweder die Kühlleistung zum Kühlen des in den Raum gerichteten Zuluftstromes ohne bauliche Vergrößerung der raumlufttechnischen Anlage erheblich zu steigern oder alternativ den Volumenstrom des Zuluft- und Fortluftstromes bei konstanter Kühlleistung der Kälte erzeugenden Einrichtung und damit die Baugröße der raumlufttechnischen Anlage erheblich zu reduzieren.

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Als adiabate Kühleinrichtung könnten unter anderem Kühltürme als indirekte Kühler für Kälte- und Entwärmungsanlagen eingesetzt werden. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie einerseits in der Regel nur im Freien aufgestellt werden können und ande- rerseits von der geometrischen Form eine Dimension aufweisen, die sich innerhalb von Gebäuden nicht unterbringen lässt. Alternativ könnten außen stehende, Luft gekühlte und mit Wasser besprühte Kondensatoren eingesetzt werden, wodurch ein adiabater Kühleffekt erzeugt und die Leistung der Luft gekühlten Kondensatoren erhöht wird. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Lamellen im Kondensator verschmutzt werden und dass Ablagerungen von Mineralien aus dem Sprühwasser an den Lamellen mit der Folge von Korrosionen und Verkrustungen an den Lamellen auftritt, die mit einer Leistungsminderung und einem erhöhten Wartungsaufwand einhergehen.

Vorzugsweise besteht die adiabate Kühleinrichtung daher aus einem Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter, insbesondere aus einem Mattenbefeuchter.

Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter beruhen auf dem Verdunstungseffekt, bei dem Wasser aus seiner Oberfläche in die umgebende Luft verdunstet und diese befeuchtet, wobei der Verbrauch von Wärme dabei gleichzeitig zur Abkühlung führt, so dass dieser Vorgang aufgrund seines natürlichen Ablaufs keinerlei Energiezufuhr benötigt, d.h. Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter beruhen auf dem physikalischen Effekt, dass bei jeder Wasserverdunstung die Temperatur auf der Enthalpie-Linie im Mollier-h-x- Diagramm absinkt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter unmittelbar mit dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung verbunden und insbesondere mit dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung zu einer baulichen Einheit verbunden werden.

Für eine derartige bauliche Einheit eignet sich insbesondere ein als Mattenbefeuchter ausgebildeter Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter, der eine maximale Verdunstungsfläche bei minimalem Volumen und damit geringem Luftwiderstand aufweist und somit ein sehr wirtschaftliches adiabates Kälteverfahren ermöglicht.

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Während Kühltürme und außen stehende, luftgekühlte und mit Wasser besprühte Kondensatoren den zusätzlichen Nachteil aufweisen, dass sie infolge der Kombination von Wärme und Feuchtigkeit stark keimbeladene Luft abgeben, zeichnet sich die Kombination eines unmittelbar vor dem Kondensator einer Kälte erzeugenden Einrichtung ange- ordneten Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchters dadurch aus, dass auch bei extrem hohen Legionellenkonzentrationen im Befeuchtungswasser und sehr hohen Luftströmungsgeschwindigkeiten keine legionellenhaltigen Aerosole an den Luftstrom abgegeben werden. Dieser Effekt ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass die aus der adiabaten Kühleinrichtung bzw. dem Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter austreten- de feuchte und keimbeladene Luft im Kondensator getrocknet wird, so dass auch hohe Legionellenkonzentrationen im Befeuchtungswasser nicht zu einer Umweltbelastung durch die von der raumlufttechnischen Anlage abgegebenen Fortluft führen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung besteht das Wärmerückgewinnungssystem aus einem im Strömungsweg der Außenluft zur Zuluft und im Strömungsweg der Abluft zur Fortluft angeordneten Wärmerohr, Plattentauscher und/oder Wärmerückgewinnungs- Rotor, insbesondere aus einem Sorptionsrotor.

Durch die Anordnung eines im Strömungsweg der Außenluft zur Zuluft vor dem Wärme- rückgewinnungs-Rotor und im Strömungsweg der Abluft zur Fortluft hinter dem Wärme- rückgewinnungs-Rotor angeordneten Bypasses, der vorzugsweise aus einem unabhängig voneinander steuerbaren Bypass-Klappensystem mit einer im Strömungsweg des Außenluftstromes zum Zuluftstrom angeordneten Außenluft-Zuluftklappe, einer im Strömungsweg des Abluftstromes zum Fortluftstrom angeordneten Abluft-Fortluftklappe und zwischen beiden Strömungswegen und zu beiden Seiten des Wärmerückgewinnungs- Rotors angeordneten ersten und zweiten Bypassklappen besteht, wird ein beliebiges Mischungsverhältnis des Zuluft- und Fortluftstromes aus der Außenluft und Abluft zur Erfüllung von Konditionierungsaufgaben ermöglicht und damit eine hohe Wirtschaftlichkeit und maximale Sicherheit gewährleistet. Bezüglich der Kondensatorleistung bietet das unabhängig voneinander steuerbare Bypass-Klappensystem den wesentlichen Vorteil, dass selbst bei außergewöhnlichen Temperaturverhältnissen, die den Normalfall auch zufällig übersteigen können, dem Abluft/Fortluftstrom Außenluft beigemischt werden kann, wodurch jederzeit eine maximale Betriebssicherheit der Kälte erzeugenden Einrichtung und damit der raumlufttechnischen Anlage gewährleistet ist.

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Durch den Einsatz weiterer klimatechnischer Einrichtungen in der erfindungsgemäßen raumlufttechnischen Anlage ist eine weitere Steigerung des Gesamt-Wirkungsgrades der raumlufttechnischen Anlage und deren Anpassung an unterschiedliche Aufgaben- Stellungen und Klimatisierungsbedingungen unter optimaler Ausnutzung der zugeführten Energie bei der Klimatisierung eines Raumes möglich.

So kann die raumlufttechnische Anlage auch zur Optimierung der Raumerwärmung eingesetzt werden, indem sie als Wärmepumpe geschaltet wird und sowohl zur Primärluft- erwärmung als auch zur Brauchwassererwärmung eingesetzt wird.

Die Wärme tauschende Einrichtung kann als Wasserwärmetauscher ausgebildet werden, der über eine Vor- und Rücklaufleitung mit einer konvektiven und/oder Strahlungseinrichtung verbunden ist und vorzugsweise aus einem Kältemit- tel/Wasserwärmetauscher besteht, der über eine Kältemittelleitung mit einem Kompressor und einem im Fortluftstrom angeordneten Kondensator sowie über eine Vorlauf- und Rücklaufleitung mit der konvektiven und/oder Strahlungseinrichtung verbunden ist.

Durch die Integration weiterer Kühlaggregate und -Systeme im Klimagerät kann das E- nergiepotential aus der Abluft/Fortluft für höhere, wirtschaftlichere Kondensationsleistungen genutzt werden, so dass eine weitere Optimierung des Betriebs sowie Erhöhung des Wirkungsgrades der raumlufttechnischen Anlage gegeben ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dem entsprechend durch einen zweikreisigen Kondensator gekennzeichnet, dessen erster Kreis aus einer ersten Kältemittelleitung, die den Kondensator mit einem ersten Kompressor verbindet, einer zweiten Kältemittelleitung, die den ersten Kompressor mit einem im Zuluftstrom angeordneten Verdampfer verbindet und einer dritten Kältemittelleitung, die den Verdampfer mit dem Kondensator verbindet. Der zweite Kreis des zweikreisigen Kondensa- tors enthält eine vierte Kältemittelleitung, die den Kondensator mit einem zweiten Kompressor verbindet, eine fünfte Kältemittelleitung, die den zweiten Kompressor mit der Wärme tauschenden Einrichtung verbindet und eine sechste Kältemittelleitung, die die Wärme tauschende Einrichtung mit dem Kondensator verbindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme tauschende Einrichtung aus einem Rohrbündelverdampfer, Plattentauscher oder Direktverdampfungssystem besteht. Diese Einrichtungen er-

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möglichen es, die überschüssige Kondensatorleistung in optimaler Weise zur Kaltwassererzeugung zu nutzen. Das sonst übliche, separat aufgestellte Aggregat zur Kaltwassererzeugung kann dadurch ersatzlos entfallen, so dass sich eine sehr kompakte Bauweise ergibt, die die Investitionen erheblich reduziert und eine wirtschaftliche Betriebs- weise auch aus energetischer Sicht darstellt, weil die zur Verfügung stehenden Reserven in der Abluft/Fortluft in optimaler Weise genutzt werden.

Die raumlufttechnische Anlage kann in Jahreszeiten, in denen keine Kühlung erforderlich ist, als Wärmepumpe arbeiten, wobei nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung der Kondensator und der Verdampfer als Register ausgebildet und in ihrer Funktion umschaltbar sind, so dass der Verdampfer zum Kondensator und der Kondensator zum Verdampfer wird und auf diesem Wege dem Fortluftstrom Energie entzogen wird, um dem Zuluftstrom Wärme zuzuführen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine derartige Wärmepumpenschaltung zum Zwecke der Brauchwassererwärmung umgeschaltet wird. Dabei würde das im Abluft/Fortluftstrom angeordnete Register als Verdampfer arbeiten und die dem Abluft/Fortluftstrom entzogene Energie über einen Kältemittel-Wasserwärmetauscher zur Brauchwassererwärmung abgeben.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise als Kreislauf-Verbundsystem ausgebildetes Wärmerückgewinnungssystem im Fortluft- und Zuluftstrom angeordnet ist.

Weiterhin kann ein Erhitzer zur Lufterwärmung, insbesondere ein Warmwassererhitzer im Zuluftstrom angeordnet werden.

Durch Einstellung des Anteils des Luftströmungssystems und des konvektiven und/oder Strahlungssystems an der Klimatisierung des Raumes können die Wirtschaftlichkeit und der Wirkungsgrad der raumlufttechnischen Anlage durch Anpassung an die Umge- bungs- und Klimatisierungsbedingungen optimal angepasst werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke sowie weitere Merkmale und Vorteile der erfindungs- gemäßen Lösung erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine raumlufttechnische Anlage mit einem Luftströmungssystem, einem Wärmerückgewinnungssystem mit einem Sorptionsrotor und einer adiabaten Kühleinrichtung sowie mehreren Kühlaggregaten und Luftbehandlungssystemen zur Optimierung des Wirkungsgrades der raumlufttechnischen Anlage;

Fig. 2 ein Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft für eine raumlufttechnische

Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch die raumlufttechnische Anlage gemäß Fig. 1 mit Zustandswerten einer beispielhaft ausgewählten klimatischen Bedingung und

Fig. 4 ein Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft für eine raumlufttechnische Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem und adiabatischer

Kühlung vor dem Kondensator der Kälte erzeugenden Einrichtung.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine raumlufttechnische Anlage 1 zur bivalenten Klimatisierung eines Raumes mit einem Luftströmungssystem, einem konvektiven und/oder Strahlungssystem 2, einem Wärmerückgewinnungssystem 15, einer adiabaten Kühleinrichtung 16 vor dem Kondensator 1 1 einer Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 11 , 14 und weiteren klimatechnischen Einrichtungen 12, 13, 17, 18. Das Gehäuse der raumlufttechnischen Anlage 1 weist einen in den zu klimatisierenden Raum gerichteten Zuluftanschluss 5 sowie einen Abluftanschluss 4 auf und ist mit der Umgebung des zu klimatisierenden Raumes über einen Außenluftanschluss 3 und einen Fortluftanschluss 6 verbunden, an denen ein als Außenluftklappe 30 ausgebildetes Klappensystem sowie ein als Fortluftklappe 60 ausgebildetes Klappensystem angeordnet sind.

Die raumlufttechnische Anlage 1 bildet ein Luftströmungssystem mit einem Bypassklap- pensystem 71 bis 74 zur Trennung und Einstellung der Luftströme in den übereinander angeordneten Kammern der raumlufttechnischen Anlage 1 aus. Das Luftströmungssystem weist einen in den zu klimatisierenden Raum gerichteten Zuluftstrom ZL, einen aus dem zu klimatisierenden Raum abgezogenen Abluftstrom AbL sowie einen aus der Um-

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gebung angesaugten Außenluftstrom AL und einen an die Umgebung abgegebenen Fortluftstrom FL auf. Der Zuluftstrom ZL wird durch einen Zuluftventilator 9 erzeugt und in Abhängigkeit von der Stellung der unabhängig voneinander steuerbaren Bypassklap- pen 71 bis 74 aus der Außenluft AL und einem Anteil der Abluft AbL zusammengesetzt, während der Fortluftstrom FL durch einen Fortluftventilator 8 erzeugt wird, der den Fortluftstrom FL aus der Abluft AbL und der Außenluft AL zusammensetzt. Die raumluft- technische Anlage 1 arbeitet nach dem Gegenstromprinzip, d. h. der Außenluftstrom AL und Zuluftstrom ZL verlaufen entgegengesetzt zum Abluftstrom AbL und Fortluftstrom FL.

In dem Strömungsweg der Abluft AbL ist ein erster Filter 17 und im Strömungsweg der Außenluft AL ein zweiter Filter 18 angeordnet. In beiden Strömungswegen ist eine Kälte erzeugende Einrichtung 10, 1 1 , 14 angeordnet, die aus einem im Zuluftstrom ZL angeordneten Verdampfer 10 und einem im Fortluftstrom FL angeordneten mehrkreisigen Kondensator 1 1 sowie mindestens einem Kompressor 14 besteht, die bzw. der mit dem Verdampfer 10 und dem Kondensator 1 1 über Kältemittelleitungen verbunden sind bzw. ist.

Ein Wärmerückgewinnungssystem 15 mit einem Soptionsrotor dient zur Energieübertra- gung vom Abluftstrom AbL und Fortluftstrom FL zum Außenluftstrom AL und Zuluftstrom ZU bzw. umgekehrt vom Außenluftstrom AL und Zuluftstrom ZU zum Abluftstrom AbL und Fortluftstrom FL. In Strömungsrichtung des Abluftstromes AbL vor dem Sorptionsrotor 15 ist eine erste Bypassklappe 71 angeordnet, die den Abluftstrom AbL mit dem Zuluftstrom ZL verbindet und in Strömungsrichtung des Abluftstromes AbL hin- ter dem Sorptionsrotor 15 eine zweite Bypassklappe 73, die die Außenluft AL mit der Fortluft FL verbindet. Eine im Abluftstrom AbL angeordnete Abluft-Fortluftklappe 72 bestimmt in Verbindung mit der zweiten Bypassklappe 73 die Anteile der Abluft AbL und der Außenluft AL, aus der die Fortluft FL zusammengesetzt wird. Eine im Strömungsweg der Außenluft AL zur Zuluft ZL angeordnete Außenluft-Zuluftklappe 74 bestimmt in Ver- bindung mit der zweiten Bypassklappe 73, welcher Anteil der Außenluft AL durch den Sorptionsrotor 15 geführt und in Verbindung mit der ersten Bypassklappe 71 , aus welchem Anteil der Außenluft AL und der Abluft AbL die Zuluft ZL zusammengesetzt wird.

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Eine im Strömungsweg des Fortluftstromes FL unmittelbar vor der Fortluftklappe 60 bzw. im Strömungsweg der Außenluft AL unmittelbar hinter der Außenluftklappe 30 angeordnete dritte Bypassklappe 75 dient zur Filterenteisung und Gerätetrocknung bei tiefen Temperaturen bzw. hoher relativer Feuchtigkeit der Außenluft AL.

Im Strömungsweg des Fortluftstromes FL unmittelbar vor dem mehrkreisigen Kondensator 1 1 ist eine adiabate Kühleinrichtung 16 angeordnet, die vorzugsweise aus einem Verdunstungs- oder Kontaktbefeuchter, insbesondere einem Mattenbefeuchter, besteht.

Auf der Saugseite der Ventilatoren 8, 9 sind weitere Komponenten zur Luftaufbereitung, wie eine aus dem Kondensator 1 1 , einem Verdampfer 10 und mindestens einem Kompressor 14 zusammengesetzte Kälte erzeugende Einrichtung zur Abkühlung der Zuluft ZL, ein Warmwassererhitzer 12 zur Zulufterwärmung und ein Reheat-Wärmetauscher 13 angeordnet, der über Kältemittelleitungen mit dem Kompressor 14 zum Aufheizen der Zuluft ZL verbunden ist und der Einstellung der relativen Feuchte der dem zu klimatisierenden Raum zugeführten Zuluft ZL durch Trocknung der Zuluft ZL dient. Zusätzlich ist als Steuer- und Schalteinrichtung ein Schaltschrank 19 in einem der Module, in diesem Fall im Strömungsweg des Abluftstromes AbL, vorgesehen.

Die übereinander angeordneten Kammern zur Führung des Abluftstromes AbL und Fortluftstromes FL sowie des Außenluftstromes AL und Zuluftstromes ZL können alternativ auch nebeneinander angeordnet werden. Den jeweils projektbezogenen, örtlichen Verhältnissen entsprechend können die Module der raumlufttechnischen Anlage 1 mit Ausnahme der im Fortluftstrom FL unmittelbar vor dem Kondensator 11 der Kälte erzeugen- den Einrichtung 10, 1 1 , 14 anzuordnenden adiabaten Kühleinrichtung 16 in beliebiger Anordnung zusammengesetzt werden.

Der Kondensator 1 1 ist als zweikreisiger Kondensator ausgebildet und über eine erste Kältemittelleitung mit einem ersten Kompressor 14 verbunden, der mit dem Verdamp- fer 10 über eine zweite Kältemittelleitung und dieser wiederum über eine dritte Kältemittelleitung mit dem ersten Kreis des zweikreisigen Kondensators 1 1 verbunden ist.

über eine vierte Kältemittelleitung ist der zweite Kreis des zweikreisigen Kondensators 1 1 mit einem zweiten Kompressor 14 und dieser über eine fünfte Kältemittelleitung mit einer wärmetauschenden Einrichtung 21 verbunden, die über eine sechste Kältemit-

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telleitung mit dem zweiten Kreis des zweikreisigen Kondensators 1 1 verbunden ist, so dass auch dieser zweite Kreis geschlossen ist.

Die wärmetauschende Einrichtung 21 ist Teil eines konvektiven oder Strahlungssys- tems 2, das eine konvektive oder Strahlungseinrichtung 22 aufweist, die in dem zu klimatisierenden Raum angeordnet ist. Die wärmetauschende Einrichtung 21 besteht beispielsweise aus einem Kältemittel/Wasserwärmeaustauscher, der über eine Kalt- oder Warmwasservorlauf- und Rücklaufleitung 23, 24 mit der konvektiven oder Strahlungseinrichtung 22 verbunden ist und beispielsweise als Rohrbündel- oder Plattentauscher ausgebildet ist.

Alternativ kann das konvektive und/oder Strahlungssystem aus einem Direktverdampfersystem besteht, bei dem die konvektive und/oder Strahlungseinrichtung 22 über die Kältemittelvorlaufleitung 23 mit dem mindestens einen Kompressor 14 und über eine Kältemittelrücklaufleitung 24 mit dem zweikreisigen Kondensator 1 1 verbunden ist. Der zweikreisige Kondensator 1 1 ist über Kältemittelrohrleitungen mit dem mindestens einen Kompressor 14 und dem Verdampfer 10 verbunden, der wiederum über eine Kältemittelrohrleitungen mit einem Anschluss des zweikreisigen Kondensators 15 verbunden ist. Weiterhin ist der mindestens eine Kompressor 14 über eine Kältemittelrohrlei- tung mit dem einen Kreis des zweikreisigen Kondensators 1 1 verbunden.

In Verbindung mit der vorzugsweise kontinuierlich veränderbaren Förderleistung bzw. Drehzahl des Fortluftventilators 8 sowie des Zuluftventilators 9 kann die Zusammensetzung des Fortluft- und Zuluftstromes und deren Durchsatz in Abhängigkeit von den ge- forderten klimatischen Bedingungen im zu klimatisierenden Raum, den Außentemperaturen und den Druckbedingungen im zu klimatisierenden Raum so eingestellt werden, dass zum einen die Konditionierungsaufgaben der raumlufttechnischen Anlage 1 erfüllt werden und zum anderen eine hohe Wirtschaftlichkeit und ein hoher Sicherheitsstandard gewährleistet sind.

Insbesondere zur Kühlung von Räumen, in denen hohe Wärmelasten anfallen, kann durch Ausnutzung der sog. "freien Kühlung", das heißt der Ausnutzung gegebenenfalls niedriger Außenlufttemperaturen, sowie durch optimalen Einsatz des konvektiven und/oder Strahlungssystemes 2 ein optimales Mischungsverhältnis sowohl zwischen der aus dem zu klimatisierenden Raum abgeführten Abluft AbL und der dem Raum zugeführten Außenluft AL als auch bezüglich der Kühlleistung der Primärluftkühlung einerseits und der Strahlungs- und/oder Konvektionskühlung andererseits eingestellt werden.

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Bei höheren Außentemperaturen wird dem Fortluftstrom FL und/oder der Zuluftstrom ZL ein höherer Abluftanteil beigemischt, so dass die kühlere Abluft optimal ausgenutzt wird.

Durch Beimischen von Außenluft AL in den Fortluftstrom FL kann auch bei außerge- wohnlichen Temperaturverhältnissen die Kondensatorleistung unter Einhaltung eines hohen Sicherheitsstandards optimal ausgenutzt werden. Durch Erhöhung der Drehzahl des Fortluftventilators 8 kann dessen Luftleistung so verändert werden, dass auch ein erheblich höherer Volumenstrom der Fortluft eingestellt wird, so dass auch bei geforderter hoher Kühlleistung der Kondensator 1 1 sicher betrieben wird, wobei das Klappensys- tem durch entsprechende Einstellung der Bypassklappen 71 bis 74 soviel Abluft aus dem zu klimatisierenden Raum abführt, dass konstante Druckverhältnisse in dem zu klimatisierenden Raum oder Gebäude gewährleistet sind und die luftmäßige Mehrleistung aus der Außenluft und nicht aus der Abluft bezogen und über den Fortluftventilator 8 und den Fortluftanschluß 6 an die Umgebung abgeführt wird.

Wesentlich für die Optimierung der Raumklimatisierung mittels der in Fig. 1 schematisch dargestellten raumlufttechnischen Anlage 1 ist die Kombination eines Wärmerückgewinnungssystem 15, insbesondere mit einem Sorptionsrotor, und einer adiabaten Kühleinrichtung 16 im Luftströmungsweg unmittelbar vor dem Kondensator 1 1 der Kälte erzeu- genden Einrichtung 10, 1 1 , 14. Die Bedeutung dieser Kombination soll nachstehend anhand der in den Fig. 2 und 4 dargestellten Mollier-h-x-Diagramme und des in Fig. 3 dargestellten schematischen Längsschnittes durch die raumlufttechnische Anlage mit in die verschiedenen Kammern der raumlufttechnischen Anlage 1 eingetragenen Zu- standswerten der Volumenströme, der Temperaturen und der relative Feuchtigkeit der Luftströme in der raumlufttechnischen Anlage 1 erläutert werden.

In Fig. 2 sind in einem Mollier-h-x-Diagramm die klimatischen Verhältnisse in einer raumlufttechnischen Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem mit einem Sorptionsrotor und Bypassklappen im Außenluft-Zuluft-Strom bzw. Abluft-Fortluftstrom, jedoch ohne adiabate Kühleinrichtung dargestellt. Diesem Diagramm liegen als Zustandswerte der raumlufttechnischen Anlage eine Verdampfungstemperatur von 8°C, eine Kondensationstemperatur von 53°C, eine Ablufttemperatur von 24°C, eine Mischlufttemperatur aus der Abluft nach dem Sorptionsrotor mit zusätzlich beigemischter Außenluft von 30,1 ⁰ C und eine Temperatur von 48,1 ⁰ C nach dem Austritt aus dem Kondensator der Kälte er- zeugenden Einrichtung zugrunde.

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Dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm ist zu entnehmen, dass ausgehend von einer Ablufttemperatur des zu klimatisierenden Raumes von 24°C im Punkt 1 eine Erwärmung der Abluft mittels des Sorptionsrotors auf 30,1 ⁰ C bei einer Förderleistung von 10.000 m ³ /h des Sorptionsrotors bis zum Punkt 2 erfolgt. Durch die Beimischung von Außenluft mit einer Temperatur von 31 ⁰ C bei einer relativen Luftfeuchte von 73% (Punkt 3) zur Abluft im Verhältnis von 10.000 m ³ /h zu 13.000 m ³ /h wird der Punkt 4 mit einer Mischlufttemperatur von 30,1 ⁰ C eingestellt. Für die Entwärmungsleistung des Kondensators 1 1 bei einer Luftaustrittstemperatur des Kondensators 1 1 von 48,1 ⁰ C steht somit eine Energiedifferenz von δ h = 18°C zur Verfügung. Zur Rückkühlung wird dabei ein Ge- samt-Volumenstrom von 10.000 m ³ /h aus der Abluft zuzüglich 13.000 m ³ /h aus der Außenluft, also insgesamt ein Volumenstrom von 23.000 m ³ /h, benötigt.

Bei Einsatz einer adiabaten Kühlung des Abluft- und Fortluftstromes vor dem Kondensator 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 werden die in den Fig. 3 und 4 in einem schematischen Längsschnitt durch die raumlufttechnische Anlage mit in die verschiedenen Module der raumlufttechnischen Anlage eingetragenen Zustandswerten der Volumenströme, der Temperaturen und der relative Feuchtigkeit der Luftströme und einem Mollier-h-x-Diagramm für feuchte Luft dargestellten Verhältnisse unter Zugrundelegung der vorstehend angenommenen Zustandswerte der raumlufttechnischen Anlage 1 für die Verdampfungstemperatur von 8°C, Kondensationstemperatur von 53°C, Ablufttemperatur von 24°C, Mischlufttemperatur aus der Abluft nach dem Sorptionsrotor mit zusätzlich beigemischter Außenluft von 30,1 ⁰ C und die Temperatur von 48,1 ⁰ C nach dem Austritt aus dem Kondensator erzielt.

Ausgehend von einer Ablufttemperatur von 24°C im Punkt 1 des Mollier-h-x-Diagramms gemäß Fig. 4 wird mittels des im Wärmerückgewinnungssystem 15 eingesetzten Sorptionsrotors am Ausgang des Wärmerückgewinnungssystems 15 eine Temperatur von 29,5°C im Abluft-Fortluftstrom im Punkt 2 erreicht. Durch Beimischen von Außenluft AL mit einer Temperatur von 31 ⁰ C (Punkt 3) zur Abluft AbL im Verhältnis 10.000 m ³ /h zu 7.000 m ³ /h wird der Punkt 3 mit einer Mischlufttemperatur von 30,1 ⁰ C erreicht, der gleichbedeutend ist mit der Temperatur vor Eintritt in die adiabate Kühleinrichtung 16. Diese bewirkt eine Herabsetzung der Temperatur auf ca. 23°C bei einer Zunahme der Enthalpie um ca. 2 g/kg im Punkt 4, wo die Temperatur nach Austritt aus der adiabaten

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Kühleinrichtung 16 der Temperatur vor Eintritt in den Kondensator 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 entspricht.

Bis zum Erreichen einer Temperatur von 48,1 ⁰ C am Ausgang des Kondensators 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 im Punkt 5 steht somit eine Temperaturdifferenz von 25, 1 °C zur Verfügung. Ein Vergleich des in Fig. 2 dargestellten Mollier-h-x- Diagramms für eine raumlufttechnische Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem ohne adiabate Kühlung mit dem in Fig. 4 dargestellten Mollier-h-x-Diagramm für eine raumlufttechnische Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem und einer adi- abaten Kühlung des Abluft-Fortluftstromes zeigt, dass der Kühleffekt aus der adiabaten Kühlung des Abluft-Fortluftstromes größer ist als die Wärmeübertragung aus dem Wärmerrückgewinnungssystem 15, da die Eintrittstemperatur am Eingang des Kondensators 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 um 1 °C unter der Ablufttempe- ratur von 24°C bei Einsatz der raumlufttechnischen Anlage ohne adiabate Kühlung liegt, wobei in der Anordnung der raumlufttechnischen Anlage mit adiabater Kühlung die Erwärmung des Abluft-Fortluftstromes durch den Motor des Fortluftventilators 8 bereits berücksichtigt bzw. kompensiert ist.

Insgesamt steht somit bei einem Verfahren mit kombiniertem Einsatz eines Wärmerück- gewinnungssystems 15 und einer adiabaten Kühleinrichtung 16 im Abluft-Fortluftstrom vor dem Kondensator 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 für die Entwär- mung eine Energiedifferenz von δ h = 25°C gegenüber einer Energiedifferenz von δ h =

18°C bei einer raumlufttechnischen Anlage mit einem Wärmerückgewinnungssystem ohne adiabate Kühleinrichtung vor dem Kondensator der 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung zur Verfügung.

Wie dem vorstehenden Vergleich ebenfalls zu entnehmen ist, kann die ergänzende Luftmenge aus der Außenluft beim Einsatz einer adiabaten Kühleinrichtung 16 vor dem Kondensator 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 von 13.000 m ³ /h auf 7.000 m ³ /h reduziert werden, so dass die raumlufttechnische Anlage mit einem Gesamt- Volumenstrom von 17.000 m ³ /h entwärmt werden kann, das heißt, gegenüber einer raumlufttechnischen Anlage mit Wärmerückgewinnungssystem ohne adiabate Kühlung ist somit eine Reduzierung des Gesamt-Volumenstromes um 6.000 m ³ /h möglich.

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Alternativ kann unter Beibehaltung des bei einer raumlufttechnischen Anlage mit Wärmerückgewinnungssystem ohne adiabate Kühlung des Abluft-Fortluftstromes vor dem Kondensator 1 1 der Kälte erzeugenden Einrichtung 10, 1 1 , 14 erforderlichen Gesamt- Volumenstromes von 23.000 m ³ /h eine um etwa 30% größere Kälteleistung erzeugt werden, so dass die raumlufttechnische Anlage ohne Veränderung ihrer Baugröße für eine entsprechende Entwärmungsleistung eines zu klimatisierenden Raumes eingesetzt werden kann.

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Bezugszeichenliste

1 raumlufttechnische Anlage

2 konvektives und/oder Strahlungssystem

3 Außenluftanschluss

4 Abluftanschluss

5 Zuluftanschluss

6 Fortluftanschluss

8 Fortluftventilator

9 Zuluftventilator

10 Verdampfer

1 1 Kondensator

12 Warmwassererhitzer

13 Reheat-Wärmetauscher

14 Kompressor

15 Wärmerückgewinnungssystem

16 adiabate Kühleinrichtung

17 erster Filter

18 zweiter Filter

19 Schaltschrank

21 Wärme tauschende Einrichtung

22 konvektive oder Strahlungseinrichtung

23 Kältemittelvorlaufleitung

24 Kältemittelrücklaufleitung 30 Außenluftklappe

60 Fortluftklappe

71 erste Bypassklappe

72 Abluft-Fortluftklappe

73 zweite Bypassklappe

74 Außenluft-Zuluftklappe

75 dritte Bypassklappe AL Außenluftstrom AbL Abluftstrom

FL Fortluftstrom

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ZL Zuluftstrom