TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Klimatechnik. Sie betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Sie betrifft weiterhin eine HVAC-Anlage zur Durchführung des Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

Für die Heizung, Kühlung, Klimatisierung und Lüftung von Räumlichkeiten in Gebäuden werden üblicherweise zentrale Anlagen eingesetzt, die unter dem Begriff HVAC-Anlagen zusammengefasst werden. HVAC steht dabei für Heating, Ventilation und Air Conditio- ning. Bei derartigen HVAC-Anlagen wird zentral Wärme und/oder Kälte erzeugt und über ein geeignetes Wärmeträgermedium, meist Wasser, zu den entsprechenden Räumlichkeiten geführt, wo die Wärme bzw. Kälte über lokale Wärmetauscher beispielsweise an die dortige Raumluft abgegeben wird.

Der zum Erreichen einer vorgegebenen Raumtemperatur benötigte und über den lokalen Wärmetauscher abgegebene bzw. aufgenommene Wärmestrom wird häufig dadurch geregelt, dass der primärseitige Massenstrom des Wärmeträgermediums entsprechend verändert wird. Ein Ausschnitt aus einer beispielhaften HVAC-Anlage ist in Fig. 1 darge- stellt. Die HVAC-Anlage 1 0' der Fig. 1 umfasst einen lokalen Wärmetauscher 1 5, der primärseitig über eine Vorlauf-Abzweigleitung 1 3 an eine übergeordnete Vorlaufleitung 1 1 und über eine Rücklauf-Abzweigleitung 1 4 an eine übergeordnete Rücklaufleitung 1 2 angeschlossen ist. Vorlauf Leitung 1 1 und Rücklaufleitung 1 2 sind mit einer nicht gezeig-

BESTÄTIGUNGSKOPIE ten zentralen Einrichtung zur Wärme- und/oder Kälteerzeugung verbunden. Sekundär- seitig wird der Wärmetauscher 1 5 von einem Luftstrom 1 6 durchströmt, der im Heizungsfall Wärme aufnimmt und dem Kühlungsfall Wärme abgibt. Zur Einstellung des Massenstroms des Wärmeträgermediums durch die Primärseite des Wärmetauschers 1 5 ist im Beispiel der Fig. 1 in der Vorlauf-Abzweigleitung 1 3 einen Regelventil 1 7 angeordnet, dass von einer Steuerung 21 angesteuert wird.

Der im Wärmetauscher 1 5 an den Luftstrom 1 6 abgegebene Wärmestrom bestimmt sich aus dem primärseitigen Massenstrom des Wärmeträgermediums, dessen Eintrittstemperatur T _n am Eingang des Wärmetauschers 1 5 und dessen Austrittstemperatur T^ _s am Ausgang des Wärmetauschers 1 5 nach der einfachen Beziehung Q = rh - c _p - (T _n - T^ _s ) mit dem Massenstrom m und der spezifischen Wärme c _p des Wärmeträgermediums.

Der Massenstrom wird dabei über den entsprechenden Volumenstrom V bestimmt, der mit einem beispielsweise in die Rücklauf-Abzweigleitung 1 4 eingesetzten Durchflussmesser 1 8 gemessen wird. Die Messung der beiden Temperaturen T _n und T^ _s erfolgt mit- tels zweier Temperatursensoren 1 9 und 20, die zweckmässigerweise am primärseitigen Eingang bzw. Ausgang des Wärmetauschers 1 5 angeordnet sind.

Eine vergleichbare Anordnung ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 035 085 A1 bekannt, wo sie im Zusammenhang mit einer Verbrauchsmessung eingesetzt wird. Zusätzlich ist dort ein Temperatursensor im zu heizenden/klimatisierenden Raum vorgese- hen, der die Zufuhr des Wärmeträgermediums auf der Primärseite des Wärmetauschers steuert. Signalisiert in dieser bekannten Anordnung nun der Raumtemperatursensor (RTS in Fig. 1 ) einen erhöhten Wärmebedarf, wird (bei gleich bleibender Vorlauftemperatur) das Ventil auf der Primärseite des Wärmetauschers weiter geöffnet, um mehr Wärme bereitzustellen. Problematisch ist hierbei nun, dass der über den Wärmetauscher übertragene Wärmestrom Q in Abhängigkeit vom primärseitigen Volumenstrom V einen Verlauf zeigt, der in Fig. 2 wiedergegeben ist. Der Kurvenverlauf hängt dabei - wie weiter unten noch erläutert wird - einerseits von der Bauweise des Wärmetauschers ab (insbesondere von der Wärmeübertragerfläche A, dem Wärmedurchgangskoeffizienten k, einem Faktor F und einem Exponenten n) und andererseits von der Temperatur, dem Massenstrom und der Wärmekapazität des Mediums auf der Sekundärseite des Wärmetauschers.

Die bei kleinen Volumenströmen zunächst stark ansteigende Kurve flacht mit grösser werdendem Volumenstrom immer stärker ab und nähert sich asymptotisch einem Grenzwert Q _mx (Sättigung). Das Abflachen der Kurve bedeutet, dass für gleiche Zuwächse an Wärmestrom immer grössere Zuwächse an Volumenstrom und damit immer mehr Pumpleistung zur Verfügung gestellt werden muss. Insbesondere steigt die für die Pumpe aufzuwendende Leistung mit der dritten Potenz des Volumenstroms, während sich die übertragene Wärme nur noch wenig erhöht. Dies ist jedoch aus ökonomischer Sicht wenig sinnvoll.

Es ist daher wünschenswert, innerhalb einer derartigen Regelung den Volumenstrom zu begrenzen, wenn ein vorgegebener Wert im Verhältnis -ß— , dem Sättigungsgrad des

Wärmetauschers, erreicht wird. Ein solcher Wert kann beispielsweise bei 0,8 gewählt werden, wie dies in Fig. 2 eingetragen ist. Durch Einführung eines solchen Grenzwertes kann die vom System aufzubringende Pumpleistung begrenzt werden, ohne grosse Ein- bussen der übertragenen Wärmemenge in Kauf nehmen zu müssen, was zu Vorteilen bei Auslegung und Betrieb der Anlage führt. Es ist andererseits aber auch denkbar, den Luftstrom auf der Sekundärseite des Wärmetauschers zu verändern. Wie bereits weiter oben erwähnt, können der aktuelle Wärmestrom im Wärmetauscher und damit der Punkt auf der in Fig. 2 gezeigten Kurve durch Messung des Volumenstroms und der primärseitigen Temperaturen bestimmt werden. Die Kurve und ihre Asymptote kann von der Steuerung 21 für bestimmte Bedingungen auf der Sekundärseite des Wärmetauschers nur durch Messungen über einen längeren Zeitraum bestimmt werden. Hierzu wird allerdings ein Durchflussmesser benötigt, der vergleichsweise aufwändig ist und - sofern er bewegliche Teile enthält - auch anfällig für Störungen sein kann.

Es wäre aus diesen Gründen von Vorteil, ein Verfahren zu haben, mit welchem der Sättigungsgrad des Wärmetauschers im Betrieb auf vereinfachte Weise bestimmt und überwacht werden könnte.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass auf den Einsatz eines Durchflussmessers verzichtet werden kann.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine HVAC-Anlage zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese und andere Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 1 2 gelöst.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Wärmetauschers, welcher Wärmetauscher auf einer Primärseite von einem Wärmeträgermedium durchströmt wird, welches mit einer ersten Temperatur in den Wärmetauscher eintritt und mit einer zweiten Temperatur aus dem Wärmetauscher austritt, und auf einer Sekundärseite im Heizungs- fall einen Wärmestrom an ein durch den Wärmetauscher strömendes Sekundärmedium abgibt bzw. im Kühlungsfall einen Wärmestrom von dem Sekundärmedium aufnimmt, welches mit einer dritten Temperatur in den Wärmetauscher eintritt und mit einer vierten Temperatur aus dem Wärmetauscher wieder austritt, wobei der Wärmetauscher einen maximalen Wärmestrom übertragen kann.

Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei der vier Temperaturen gemessen werden, und dass aus diesen gemessenen Temperaturen der jeweilige Sättigungsgrad des Wärmetauschers bestimmt und zur Steuerung des Betriebs des Wärmetauschers eingesetzt wird. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Wärmeträgermediums auf der Primärseite des Wärmetauschers steu ^¬ erbar ist, und dass der Strom des Wärmeträgermediums auf der Primärseite des Wärmetauschers begrenzt wird, wenn der Sättigungsgrad des Wärmetauschers einen vorgegebenen Wert erreicht. Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Strom des Sekundärmediums auf der Sekundärseite des Wärmetauschers steuerbar ist, und dass der Sättigungsgrad des Wärmetauschers zur Steuerung des Stroms des Sekundärmediums verwendet wird.

Grundsätzlich können auf beiden Seiten des Wärmetauschers (Primärseite und Sekundär- seite) je nach Anwendung und Bedarf die unterschiedlichsten Medien wie z.B. Wasser, Luft, Sole, Ice-Slurry oder ähnliche Medien verwendet werden.

Insbesondere kann jedoch das Wärmeträgermedium Wasser sein. Insbesondere kann jedoch das Sekundärmedium Luft sein.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher Teil einer HVAC-Anlage ist.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die erste, zweite und dritte oder vierte Temperatur gemessen, und zur Bestimmung des Sättigungsgrades des Wärmetauschers eine Funktion der Art - - = f(T\, T2,T3) bzw. - = f(T _e Z,T _{a e} l herangezogen.

Grundsätzlich kann der Wärmetauscher im Rahmen der Erfindung im Gleichstrom, Kreuzstrom oder Gegenstrom oder Mischformen dieser Arten betrieben werden.

Insbesondere wird der Wärmetauscher jedoch im Gegenstrom betrieben, und wird zur Bestimmung des Sättigungsgrades des Wärmetauschers die Funktion

Ö 1 Π - Γ2 Ö 1 T ^w - T ^w

= ₁ bzw. ^- = l £ä SBL herangezogen.

Q 2 Π - Γ3 Q 2 T ^w - T

Es ist aber auch denkbar, dass der Wärmetauscher im Gegenstrom betrieben wird, und dass zur Bestimmung des Sättigungsgrades des Wärmetauschers die Funktion

- 72

bzw. Q = 1 - ein aus ö _max 2 · (Θ + « · (1 - Θ)) Π - Γ3 Ö _max 2 · (Θ + « · (1 - Θ)) Τ^ - Τ^ herangezogen wird, wobei n eine vom Wert 1 abweichende Potenz bezeichnet und Θ eine Konstante ist, die insbesondere den Wert 0,7 aufweist.

Wenn das Sekundärmedium Luft ist, kann im Kühlungsfall zusätzlich der Feuchtigkeitsgehalt der Luft beim Eintritt in den Wärmetauscher gemessen werden, wobei der aus den Temperaturen bestimmte Sättigungsgrad des Wärmetauschers zur Berücksichtigung einer im Wärmetauscher stattfindenden Kondensation entsprechend korrigiert wird.

Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlauftemperatur des Wärmeträgermediums erhöht wird, wenn der Sättigungsgrad des Wärmetauschers einen vorgegebenen Wert erreicht.

Die erfindungsgemässe HVAC-Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung umfasst einen Wärmetauscher, welcher primärseitig an eine Vorlaufleitung und eine Rücklaufleitung eines mit einem Wärmeträgermedium arbeitenden zentralen Heiz/Kühl-Systems angeschlossen ist und sekundärseitig von einem Sekundärmedium durchströmt wird, umfassend weiterhin ein Steuerungsmittel zur Steuerung des primär- seitigen Massenstroms des Wärmeträgermediums und/oder des Sekundärstroms, sowie einen ersten Temperatursensor zur Messung der Einlauftemperatur des in den Wärmetauscher eintretenden Wärmeträgermediums, einen zweiten Temperatursensor zur Messung der Auslauftemperatur des aus dem Wärmetauscher austretenden Wärmeträgermediums, und eine Steuerung, an welche eingangsseitig der erste und zweite Temperatursensor angeschlossen sind, und die ausgangsseitig mit dem Steuerungsmittel verbun ^¬ den ist.

Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein dritter Temperatursensor zur Messung der Eingangstemperatur und/oder Ausgangstemperatur des in den Wärmetauscher sekundärseitig eintretenden Sekundärmediums vorgesehen ist, dass der dritte Temperatursensor an einen Eingang der Steuerung angeschlossen ist, und dass die Steuerung so ausgelegt ist, dass sie das Steuermittel nach Massgabe der von den wenigstens drei Temperatursensoren gemessenen Temperaturwerte steuert. Eine Ausgestaltung der erfindungsgemässen HVAC-Anlage ist dadurch gekennzeichnet dass an den Wärmetauscher sekundärseitig ein Verbraucher angeschlossen ist, und dass die Steuerung über eine Bedarfssignalleitung von dem Verbraucher Bedarfssignale empfängt.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemässen HVAC-Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium Wasser und das Sekundärmedium Luft ist.

Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel ein Regelventil ist, welches in eine zur Primärseite des Wärmetauschers führende Vorlauf- Abzweigleitung oder Rücklauf-Abzweigleitung eingebaut ist.

Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmittel ein Gebläse ist, welches in einen zur Sekundärseite des Wärmetauschers führenden Luftkanal eingebaut ist.

Insbesondere ist ein Feuchtesensor zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts der in den Wärmetauscher einströmenden Luft vorgesehen, wobei der Feuchtesensor an einen Eingang der Steuerung angeschlossen ist.

Eine weitere Ausgestaltung der HVAC-Anlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussmesser vorgesehen ist, welcher in eine zur Primärseite des Wärmetauschers führende Vorlauf-Abzweigleitung oder Rücklauf-Abzweigleitung eingebaut ist, und dass der Durchflussmesser an einen Eingang der Steuerung angeschlossen ist.

Eine noch andere Ausgestaltung der HVAC-Anlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmetauscher in mehreren Verbraucherkreisen angeord- net sind, dass die Verbraucherkreise von dem zentralen Heiz/Kühlsystem bzw. Energieerzeuger über einen Verteiler mit Energie versorgt werden, dass die Steuerung eine Bedarfsregelung umfasst, und dass die Steuerung über Steuerleitungen mit dem Energieerzeuger und dem Verteiler verbunden ist. KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer bekannten HVAC-Anlage mit einem Wärmetauscher und herkömmlichen Vorrichtungen zur Bestimmung des abgegebenen

Wärmestroms;

Fig. 2 eine beispielhafte Abhängigkeit des von einem Wärmetauscher übertragenen

Wärmestroms vom primärseitigen Volumenstrom (diese Abhängigkeit hängt bei jedem Wärmetauscher vom Betriebspunkt des Wärmetauschers ab, insbesondere von den Temperaturen und dem Wärmkapazitätsstrom (Massen- ström mal Wärmekapazität) auf der Sekundärseite);

Fig. 3 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung eine HVAC-Anlage gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; in einer zu Fig. 2 vergleichbaren Darstellung die Korrektur in der Bestimmung des Wärmestroms, wenn mit dem Wärmetauscher auf der Sekundärseite feuchte Luft abgekühlt wird; Fig. 5 eine prinzipielle Darstellung eines im Gegenstrom betriebenen Wärmetauschers mit den charakteristischen Variablen bzw. Parametern;

Fig. 6 in einer zu Fig. 3 vergleichbaren Darstellung eine HVAC-Anlage gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 das Prinzipschaltbild einer beispielhaften HVAC-Anlage mit mehreren Verbraucherkreisen und einer Bedarfsregelung, wie sie zur Anwendung der Erfindung geeignet ist; und

Fig. 8 das Zusammenwirken von Bedarfsregelung und Verbraucherkreis in einer

Anlage nach Fig. 7 gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung geht von Überlegungen aus, die sich auf einen modellhaften Wärmetauscher beziehen, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Der Wärmetauscher 23 der Fig.

5 überträgt einen Wärmestrom Q von einer Hydraulikseite mit einem Hydraulikkanal 24 zu einer Abgabeseite 25, die beispielsweise zur Vergrösserung der Abgabefläche mit Rippen ausgestattet ist, und die von einem Medium, insbesondere Luft, angeströmt wird.

Wasser tritt mit einer Wassereinlauftemperatur T _n in den Hydraulikkanal 24 von links ein und tritt mit einer Wasserauslauftemperatur T _s rechts aus dem Hydraulikkanal 24 wieder aus. Das Wasser durchsetzt den Wärmetauscher 23 mit einem Massenstrom rh und einem Volumenstrom V . Für den Übergang des Wärmestroms Q steht dem Hydraulikkanal 24 eine Fläche A _j)men zur Verfügung. Auf der Abgabeseite 25 strömt das Sekundärmedium (Luft) mit einer eingangsseitigen Lufteingangstemperatur T^ _jn und einer ausgangsseitigen Luftausgangstemperatur T _a ^L _us an einer Fläche A _amsen mit einem Massenstrom m _aussen und einem Volumenstrom V _aussen vorbei.

Für den vom Hydraulikkanal 24 zur Abgabeseite 25 fliessenden Wärmestrom Q ergeben sich (für einen stationären Zustand) die folgenden Gleichungen: mit der Wärmekapazität c _p auf der Hydraulikseite (Wasser).

^ . _c . ( ^L - ^L

aussen p, aussen ein aus .

mit der Wärmekapazität c _sen auf der Abgabeseite (Luft).

(3 ) Q = ^{k A>} " ^■ (AT)" (K=Einheit Kelvin)

K mit einer Wärmedurchgangszahl k gemäss der folgenden bekannten Gleichung

(4) k =

_|_ s■ A -, ' ⁿⁱ ? . ⁿ _(_ A innen

innen Material aussen aussen einem AT gemäss der folgenden bekannten Gleichung (logarithmisches Mittel) - j p . ^e '" ^{aUS em OUS} (F=Korrekturfaktor

V. aus ein J

zur Berücksichtigung der Art des Wärmetauschers, d.h. Gleichstrom, Kreuzstrom etc.), und einer zu bestimmenden Potenz n.

Aus diesen Gleichungen ergibt sich für den Fall n=1 für den Wärmestrom Q .

(6) Q = ein ein

1 1

+— -. + - k-A-F 2-V- rp-c p 2-V aussen r p aussen c p , aussen

und den für grosse Volumenströme V asymptotisch erreichten Maximalwert Q„

(7) 0 _™ = ein ein k-A-F 2-V _a a _u u _s s _s s _e e _n n- p r _a au„s.s.e„n„-c p„, aussen

Für den vereinfachten Fall mit n=1 ergibt sich für das Verhältnis QIQ^, d.h. für den

Anteil der erreichten Sättigung oder den Sättigungsgrad des Wärmetauschers, die fol- gende einfache Beziehung: w _ _w

lO *Z — 1 ein aus __ f (T ^W

O' .A ¹ ~ ^' r lV _ r L J A ¹ ein' ¹ aus' ¹ ein ' '

ein em

Für einen verallgemeinerten Fall mit allgemeinem n und linearisierter Gleichung (3) gilt: (9) Q = 1 - ms_ ₌ f (T ^w T ^w T ^L

L J 2 \ ein ' aus ' ei ) ·

ß •max 2 · (Θ + « · (1 - Θ)) ^' Γ _Ε mit der dimensionslosen mittleren Temperaturdifferenz Θ zur Beschreibung der bei der Linearisierung verwendeten Taylorreihe, die mit dem konstanten Wert Θ = 0,7 eine gute Genauigkeit liefert.

Die beiden Gleichungen (8) und (9) können entsprechend durch einen einzelne Gleichung der Form ersetzt werden, wobei B von der Art (nicht jedoch von der Grösse) des Wärmetauschers abhängt. Bei einem reinen Gegenstromwärmetauscher ist B= 1 /2 (siehe Gleichung (8) ), bei einem anderen Wärmetauscher kann B bestimmt werden mit

2 · (Θ + n ^■ (1 - Θ)

Wesentlich bei diesem Ergebnis ist, dass der Sättigungsgrad des Wärmetauschers unter bestimmten Umständen eine Funktion von drei vergleichsweise einfach zu messenden Temperaturen, im vorliegenden Fall Τ^,Τ^,Τ^ , ist. Soll daher bei einer HVAC-Anlage die Regelung dahingehend begrenzt werden, dass beim Erreichen eines vorgegebenen Sättigungsgrades Q/Q _mm (von z.B. 0,8) im Wärmetauscher der Volumenstrom auf der

Primärseite des Wärmetauschers begrenzt wird, kann dies - wenn die funktionelle Ab ^¬ hängigkeit des Sättigungsgrades von den Temperaturen bekannt ist - aufgrund einer ein ^¬ fachen Messung dreier Temperaturen (am primärseitigen Ein- und Ausgang und am se- kundärseitigen Eingang) des Wärmetauschers geschehen. Ist der Sättigungsgrad bekannt, kann dann aus einer (bekannten) Kurve gemäss Fig. 2 auch der entsprechende Volumenstrom bestimmt werden. Es kann somit auf den vergleichsweise aufwändigen Einsatz und Einbau eines Durchflussmessers auf der Primärseite des Wärmetauschers verzichtet werden. Gleichwohl kann ein solcher Durchflussmesser optional zur Kalibrierung eingesetzt werden.

In Fig. 3 ist in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer HVAC-Anlage nach der Erfindung dargestellt. Die HVAC-Anlage 1 0 der Fig. 3 unterscheidet sich von der HVAC-Anlage 1 0' der Fig. 1 zunächst in 2 im wesentlichen Dingen: Zum Einen ist der Einsatz eines Durchflussmessers 1 8 nicht zwingend, sondern lediglich optional, um gegebenenfalls eine Kalibrierung durchführen zu können. Zum Anderen ist am sekundärseitigen Eingang des Wärmetauschers 1 5 ein dritter Temperatursensor 22 angeordnet, der an einen weiteren Eingang der Steuerung 21 angeschlossen ist. Der dritte Temperatursensor 22 misst im Unterschied zum Raumtemperatursensor 27 in Fig. 1 nicht eine Raumtemperatur, sondern die Lufteingangstemperatur T^ _n der in den Wärmetauscher 1 5 einströmenden Luft (Luftstrom 1 6). An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass anstelle des Regelventils 1 7 selbstverständlich auch eine steuerbare Pumpe oder - wenn das Wärmeträgemedium gasförmig ist - eine Gebläse (oder eine Luftklappe) zur Beeinflussung des Volumenstroms auf der Primärseite eingesetzt werden kann.

Die Steuerung 21 misst mittels der drei Temperatursensoren 1 9, 20 und 22 die 3 Tempe ^¬ raturen T _n , und T^ _m und bestimmt daraus mittels einer bekannten funktionalen

Abhängigkeit des Wärme-

tauschers. Überschreitet dieser Sättigungsgrad einen vorgegebenen Grenzwert, der bei ^¬ spielsweise bei 0,8 liegen kann, wird der primärseitige Volumenstrom V des Wärmetau- schers 1 5 begrenzt, auch wenn aufgrund einer sich verändernden Raumtemperatur von der Regelung ein grösserer Volumenstrom angefordert wird.

Im einfachsten Fall erfolgt die Bestimmung des Sättigungsgrades nach Massgabe der oben angegebenen Gleichung (8). In anderen Fällen kann die oben angegebene Glei- chung (9) besser geeignet sein. Andere funktionelle Abhängigkeiten sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar.

Ist zusätzlich der optionale Durchflussmesser 1 8 eingebaut, kann der Wärmestrom auf herkömmliche Weise bestimmt werden und so eine angenommene funktionelle Abhän überprüft beziehungsweise kalibriert werden. Insbeson- ömax

dere ist es denkbar, dass ein solcher Durchflussmesser 1 8 nur bei der Inbetriebnahme einer Anlage eingesetzt und dann beim späteren Betrieb weggelassen wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens wird mit der beschriebenen Methode festgestellt, dass der Wärmetauscher einen vorgegebenen Sättigungsgrad überschritten hat bzw. in der Sättigung ist, also nicht mehr Wärme übertragen kann. In diesem Fall wird dem System gemeldet, dass die Vorlauftemperatur erhöht werden soll. Das kann passieren, indem die Temperatur des zentralen Vorlaufs in der Vorlaufleitung 1 1 erhöht wird. Bei Schaltungen mit konstantem Volumenstrom sitzt jeweils ein spezielles Ventil an einer Stelle, wo es die Vorlauftemperatur des Verbrauchers regeln kann. Ein spezieller Fall ergibt sich, wenn mit einer Anlage gemäss Fig. 3 ein Luftstrom 1 6 abgekühlt werden soll, der Feuchtigkeit enthält, die beim Abkühlen im Wärmetauscher 1 5 auskondensiert und als Kondenswasser aus dem Wärmetauscher 1 5 abgeführt werden kann. Dies ist insbesondere in tropischen Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit der Fall und kann gezielt zur Entfeuchtung der Raumluft eingesetzt werden.

Bei diesem Betriebsfall wird ein Teil der im Wärmetauscher auf die Luft übertragenen Kälte, AQ , nicht zur Abkühlung der Luft, sondern zur Kondensation der Feuchtigkeit ver- braucht. Der gesamthafte Kältestrom ist somit grösser und der Grenzwert für den zugehörigen primärseitigen Volumenstrom wird somit früher erreicht, als der aus den drei Temperaturen bestimmte Wert des Kältestrom für die Abkühlung der Luft { Q in Fig. 4) erwarten lässt. Soll dies berücksichtigt werden, kann eine Korrektur vorgenommen werden, die den Feuchtigkeitsgehalt der durch den Wärmetauscher 1 5 strömenden Luft mit- berücksichtigt. Hierzu kann gemäss Fig. 3 im Luftstrom 1 6 ein Feuchtesensor 26 angeordnet werden, der den Feuchtigkeitsgehalt der Luft misst und die Messwerte an die Steuerung 21 überträgt. Die Steuerung 21 ermittelt dann aus den gemessenen Temperaturwerten und dem gemessenen Feuchtigkeitsgehalt den Kältestrom AQ , der ausschliesslich für die Kondensation benötigt wird und der zu dem für die Abkühlung der Luft benötigten Wert ( Q in Fig. 4) hinzugezählt werden muss, um den korrekten zugehörigen Volumenstrom gemäss der Kurve aus Fig. 4 zu ermitteln. Ein Grenzwert für den Volumenstrom wird somit im Fall der Kondensation früher erreicht als ohne Kondensation.

Eine weitere Möglichkeit des Betriebs besteht darin, in einer HVAC-Anlage 30 gemäss Fig. 6 auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 1 5 mittels der Temperatursensoren 22 und

27 die Eingangstemperatur T^ _n und Ausgangstemperatur T^ _s der Luft im Luftstrom 1 6 zu messen und (in analoger Weise wie weiter oben beschrieben) aus diesen Messungen im Zusammenhang mit einer primärseitigen Temperaturmessung auf den vom sekundär- seitigen Volumenstrom abhängigen Sättigungsgrad des Wärmetauschers 1 5 und damit auf den sekundärseitigen Volumenstrom zu schliessen (der Wärmetauscher 1 5 wird dabei gewissermassen in umgekehrter Richtung betrachtet).

Diese Grösse kann dann verwendet werden, um in den sekundärseitigen Volumenstrom des Wärmetauschers 1 5 regelnd oder begrenzend einzugreifen. Dies kann mittels eines von der Steuerung 21 gesteuerten Gebläses 29 geschehen, das in einem Luftkanal 28 angeordnet ist, der zum Wärmetauscher 1 5 hin (oder vom Wärmetauscher 1 5 weg) führt. Anstelle des Gebläses kann als Steuerungsmittel aber auch eine steuerbare Luftklappe vorgesehen werden, oder - wenn das Sekundärmedium beispielsweise flüssig ist - eine Pumpe oder eine Regelventil.

Eine derartige Regelung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn - wie dies häufig der Fall ist - bei einer HVAC-Anlage bereits ein Temperatursensor 27 am sekundärseitigen Ausgang des Wärmetauschers 1 5 eingebaut ist.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, nur die Temperaturen T„ · und TL _S ^zu messen und zur Regelung im Wärmetauscherbetrieb heranzuziehen.

Die vorliegende Erfindung lässt sich mit Vorteil bei HVAC-Anlagen mit einer sogenannten Bedarfsregelung einsetzen, die im Hinblick auf eine gesteigerte Energieeffizienz zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung den beispielhaften Aufbau einer HVAC- Anlage 40 mit Bedarfsregelung. Die HVAC-Anlage 40 umfasst im Beispiel fünf Verbrau ^¬ cherkreise 34a-e, die von einem zentralen Energieerzeuger 31 über einen Verteiler 32 und die entsprechenden Versorgungsleitungen 47a, b mit Wärme- und/oder Kälteener- gie versorgt werden. In den einzelnen Verbraucherkreisen 34a -e ist jeweils ein Wärmetauscher 35 angeordnet, der die zugeführte Energie auf einen Verbraucher 36 überträgt.

Die Bereitstellung der Energie durch den Energieerzeuger 31 und die Verteilung der Energie durch den Verteiler 32 wird von einer Bedarfsregelung 33 über entsprechende Steu- erleitungen 41 und 42 gesteuert. Die Bedarfsregelung 33 kann darüber hinaus in den einzelnen Verbraucherkreisen 34a-e auf der Verbraucherseite über entsprechende Steuerleitungen 39 steuernd eingreifen, um beispielsweise den sekundärseitigen Volumenstrom im betreffenden Wärmetauscher 35 zu verändern.

Die Bedarfsregelung 33 erhält aus dem Verbraucherkreisen 34a-e über Bedarfssignallei- tungen 38 Bedarfssignale, die dann ausgewertet werden, um die Energieerzeugung und -Verteilung so zu steuern, dass der angemeldete Bedarf auf eine Weise gedeckt wird, die nach vorgegebenen Kriterien, z.B. der Energieeffizienz, optimiert ist.

Für diese Optimierung werden Informationen über den jeweiligen Betriebszustand der Wärmetauscher 35 benötigt, nämlich die Eingangs- und Ausgangstemperaturen, der Sättigungsgrad, die primärseitigen und sekundärseitigen Volumenströme und - wenn als Medium Luft eingesetzt wird - der Feuchtegehalt der Luft.

Diese Informationen lassen sich gemäss der Erfindung auf einfache Temperatur- und ggf. Feuchtemessungen zurückführen, ohne dass aufwändige Durchflussmesser eingesetzt werden müssen. Entsprechend werden Temperaturwerte aus dem Wärmetauscher 35 über Temperatursignalleitungen 37 an die Bedarfsregelung 33 übermittelt (eine Signalleitung für die Feuchtigkeitsmessung ist in Fig. 7 nicht extra eingezeichnet).

Der Aufbau im einzelnen Verbraucherkreis 34n ist in Fig. 8 dargestellt. Mit den Temperatursensoren 43a-d werden primärseitig und sekundärseitig Eingangs- und Ausgangs- temperatur T1 , T3 und 12, 14 gemessen, sowie gegebenenfalls mit einem Feuchtesensor 44 die relative Luftfeuchtigkeit. Der auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 35 angeordnete Verbraucher 36 wird vom Sekundärmedium durchströmt, welches beispielsweise mit einer Fördervorrichtung 45, einer Pumpe, einem Gebläse oder dergleichen, in einem Kreislauf bewegt wird. Der Volumenstrom des Sekundärmediums kann entweder über die Fördervorrichtung 45 oder über ein separates Regelmittel 46, ein Ventil, eine Klappe oder dergleichen, beeinflusst werden. Aus dem Verbraucher 36 selbst kommt ein Bedarfssignal und wird über die Bedarfssignalleitung 38 an die Bedarfsregelung 33 weitergeleitet.

Aus den gemessenen Temperaturen T1 -T4 können gemäss Erfindung der Sättigungsgrad des Wärmetauschers 35 sowie die Volumenströme bestimmt werden. Falls die Optimierung von der Bedarfsregelung 33 einen sekundärseitigen Eingriff erfordert, kann dies mittels der Steuerleitungen 39a, b über die Fördervorrichtung 45 und/oder das Regelmittel 46 erfolgen.

Falls die Optimierung von der Bedarfsregelung 33 einen Eingriff im Verteiler 32 erfordert, kann dies über die Steuerleitung 42 erfolgen. Ein Eingriff beim Energieerzeuger 31 wird über die Steuerleitung 41 durchgeführt. Ein solcher Eingriff kann beispielsweise darin bestehen, die Vorlauftemperatur zu verändern. Es ist aber auch denkbar, die Energieerzeugung insgesamt stufenweise zu verändern, wenn im Energieerzeuger 3 1 mehrere gleichartige Module (z.B. Kältemaschinen) parallel arbeiten und einzeln angesteuert werden können, wie dies beispielsweise in der Druckschrift US 7,377,450 B2 offenbart ist. Bezugszeichenliste

1 0, 1 0', 30 HVAC-Anlage

1 1 Vorlaufleitung

1 2 Rücklaufleitung

1 3 Vorlauf- Abzweigleitung

1 4 Rücklauf-Abzweigleitung

1 5,23 Wärmetauscher

1 6 Luftstrom

1 7 Regelventil

1 8 Durchflussmesser

1 9,20 Temperatursensor

21 Steuerung

22,27 Temperatursensor

24 Hydraulikkanal

25 Abgabeseite

26 Feuchtesensor

28 Luftkanal

29 Gebläse (Ventilator)

31 Energieerzeuger (Wärme-/Kälteenergie)

32 Verteiler

33 Bedarfsregelung

34a-e,n Verbraucherkreis

35 Wärmetauscher

36 Verbraucher

37 Temperatursignalleitung 38 Bedarfssignalleitung

39,41 ,42 Steuerleitung

39a, b Steuerleitung

40 HVAC-Anlage

43a-d Temperatursensor

44 Feuchtesensor

45 Fördervorrichtung (z.B. Pumpe, Gebläse etc.)

46 Regelmittel (z.B. Ventil, Klappe etc.)

47a, b Versorgungsleitung

RTS Raumtemperatursensor

Q Wärmestrom öm _a x ^max - Wärmestrom (bei Sättigung) Q Kondensationskältestrom

V Volumenstrom (Wasser)

T _n Wassereinlauftemperatur

TZ _* Wasserauslauftemperatur

T^ _n Lufteingangstemperatur

TL _* Luftausgangstemperatur

T1 -T4 Temperatur