Raumlufttechnisches Gerät und Verfahren zur Verwendung eines solchen raumlufttechnischen

Gerätes

Die Erfindung betrifft ein raumlufttechnisches Gerät (RLT-Gerät) gemäß der in Anspruch 1 angegebenen Art sowie ein Verfahren zur Verwendung eines solchen raumlufttechnischen Gerätes gemäß der in Anspruch 24 angegebenen Art.

Raumlufttechnische Anlagen, insbesondere Klimaanlagen, mit den maximal möglichen Luftbehan- dlungsfunktionen, wie Filtern, Heizen, Wärmerückgewinnung, Feuchterückgewinnung, Kühlen, adiabatische Befeuchtung zur Vorkühlung und Entfeuchten, benötigen im Betrieb sehr viel thermische Energie und auch elektrische Energie. Diese Energiebedürfnisse, welche in jeweils dafür individuell mit Luftbehandlungsteilen ausgestatteten Geräten anfallen, sind erheblich.

Insbesondere liegt zum Einen der hohe elektrische Energiebedarf bei solchen Geräten darin begründet, dass mehrere Ventilatoren zur Förderung von Zuluft und Abluft sowohl im Kanalnetz als auch im raumlufttechnischen Gerät selbst für die jeweils beiden verbundenen Luftförderstrecken von Zuluft und Außenluft, sowie für die Abluft und Fortluft hohe Luftwiderstände zu überwinden haben. Vor allem bei dezentral eingesetzten RLT-Geräten ist der innere Luftwiderstand von großer Bedeutung. Zum Anderen wird z. B. bei einem Gerät, das die Funktion Kühlen und Entfeuchten zu erbringen hat und dieses dafür mit einer Kälteanlage nach dem Carnot-Prozess kombiniert ist und folglich einen elektrisch angetriebenen Verdichter aufweist, nochmals sehr viel elektrische Energie benötigt.

Eine Einsparung von elektrischer und thermischer Energie für Luftförderung und Raumkühlung kann am Besten bei einem Mischluftbetrieb mit Nutzung der zumeist kalten Außenluft erfolgen. Dabei muss aber eine ausreichende Filterung der verwendeten Umluft stattfinden, insbesondere dann, wenn sich Personen im von einem raumlufttechnischen Gerät versorgten Raum aufhalten. Für die Filterung der verwendeten Raumluft sind ein guter Staubfilter und bei hohen Anforderungen an die Raumluftqualität zusätzlich ein Spezialfilter, beispielsweise ein Aktivkohlefilter, oder mehrere Filterstufen erforderlich. Bei

den bekannten herkömmlichen raumlufttechnischen Geräten, bei denen die Luftbehandlungsteile alle in Reihe in der Luftbehandlungsstrecke von der eintretenden Außenluft AUL zur austretenden Zuluft ZUL angeordnet sind, erhöht das jedoch erheblich den Luftwiderstand, den der Zuluftventilator zu überwinden hat. Aus den vorgenannten Gründen werden deshalb raumlufttechnische Geräte mit Mischluftbe- trieb in Räumen, in welchen sich Personen aufhalten, nur noch sehr selten verwendet.

In der DE 101 26475 A1 wird offenbart, dass der Widerstand für die Luftförderung des Zuluftventilators reduziert werden kann, wenn die von der Messsteuereinheit optimal ausgewählte Umluft von drei möglichen Wegen an der jeweils günstigsten Stelle oder an mehreren Stellen gleichzeitig in die Zuluftbehan- dlungsstrecke eines Zuluftgeräts oder Zuluftgeräteteils sozusagen bedarfsgerecht eingeführt wird. Diese Art von Geräten benötigt bei der speziellen Ausführungsart mit einem Heizregister im Umluftweg, der direkt vor dem Zuluftventilator in die Zuluftaufbereitungsstrecke einmündet, aber in Zonen mit relativ kalten Außenlufttemperaturen eine Versorgung für ein Heizregister mit hoher Vorlauftemperatur, weil dort die Umluft nachgewärmt werden muss. Daher ist die Anwendung derartiger Geräte auf bestimmte Gebäude beschränkt oder sie werden nur in Gebäuden oder in Zonen eingesetzt, wo keine oder nur geringe Heizleistung benötigt wird, beispielsweise für Technikräume in der Kommunikationstechnik, weil dort eine enorme Verlustwärme vorhanden ist.

Die DE 20208391 U1 beschreibt zudem in einem Zuluftkanal parallel angeordnete Luftbehandlungs-- teile, wie Heizmodul, Wärmerückgewinnungsmodul und Kühlmodul. Dabei werden diese bedarfsweise individuell genutzt. Diese Lösung weist jedoch Nachteile auf, weil die Wärmerückgewinnung nicht optimal genutzt werden kann und darüber hinaus ein sehr großer Gehäusequerschnitt benötigt wird. Zudem ist dort nichts über eine spezielle Teilstrom-Regelung ausgesagt, mit der besonders Antriebs- ' energie eingespart werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den gesamten Energiebedarf von diversen raumlufttechnischen Geräten der unterschiedlichsten Bauform für verschiedenste Nutzungen und dabei insbesondere den elektrischen Energiebedarf für die Luftförderung über die Bauteile von raumlufttechnischen Geräten so zu verringern, dass diese Geräte in unterschiedlichsten Klimazonen verwendet werden können und keine Nachteile gegenüber üblichen bekannten raumlufttechnischen Geräten bei der thermischen Luftbehandlung und Luftaufbereitung entstehen.

Die Aufgabe wird durch ein raumlufttechnisches Gerät gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zur Verwendung eines solchen raumlufttechnischen Gerätes gemäß dem Patentanspruch 24 gelöst.

Die jeweiligen Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.

In bekannter Weise weist ein vorgeschlagenes raumlufttechnisches Gerät ein Gehäuse auf, das mindestens eine öffnung für eine Luftzufuhr und mindestens eine öffnung für eine Luftabfuhr hat. Erfin- dungsgemäß liegen in dem Gehäuse die wesentlichen Luftbehandlungsmodule für die Zuluftaufbereitung und Abluftnutzung / -behandlung in unterschiedlichen Strömungswegen verteilt. Von den Strömungswegen liegen mindestens zwei Strömungswege parallel, wobei in einem dieser Strömungswege ein erstes Luftbehandlungsmodul vorgesehen ist. Die beiden Strömungswege sind durch Strömungssteuereinrichtungen bedarfsabhängig mit Teilvolumenströmen beaufschlagbar. Die parallelen Strö- mungswege vereinigen sich in einem Mischpunkt .

Erfindungsgemäß sind die sich vereinigenden Teilvolumenströme mittels eines Mess-Steuer- Regelmoduls derart regelbar, dass bei notwendiger thermischer Leistungsregelung über eine zugeführte Energie die Gesamtleistung für die Luftbehandlung in Verbindung mit der Umlenkung auf Teilluftströme geregelt wird.

Erfindungsgemäß schließen an einen Mischpunkt zwei weitere parallel liegende Strömungswege an, wobei in einem der beiden Strömungswege ein zweites Luftbehandlungsmodul liegt, welches mit einem Bypass-Strömungsweg überbrückt werden kann. Dieses zweite Luftbehandlungsmodul wird zusätzlich von einem unabhängigen Strömungsweg durchströmt, welcher unabhängig von dem, vom Mischpunkt kommenden resultierenden Strömungsweg ist. Der unabhängige Strömungsweg kann beispielsweise von Umluft, Abluft oder Außenluft, gespeist werden.

Bei einer Zuluftaufbereitung kann das zweite thermische Luftbehandlungsmodul sowohl im Umluftweg als auch in einem Außenluft- / Mischluftströmungsweg thermisch genutzt oder lediglich durchströmt werden. Wenn es im Umluftweg benutzt wird, was die Regel ist und dort nur ein geringer Anteil Umluft für die Zuluft verwendet wird, wirkt es sich in der Regel nicht im Widerstand des Zuluftventilators aus. Ein analoges Anordnungsschema ist auch für die Abluft- / Fortluftnutzung oder Abluftbehandlung denkbar.

Das erfindungsgemäße raumlufttechnische Gerät ermöglicht, unabhängig davon, ob es sich um eine Belüftungsanlage, Entlüftungsanlage, Be- und Entlüftungsanlage, Teilklimaanlage oder Vollklimaanlage handelt, eine Verringerung des inneren Gesamtwiderstandes für die Luftförderung, obwohl eine thermische Luftbehandlung entsprechend dem Stand der Technik erfolgt.

Abhängig vom thermischen Bedarf erlaubt das raumlufttechnische Gerät; unterschiedliche Teilströme über die parallelen Strömungswege zu fördern. Die Luftbehandlungsmodule sind für die Behandlung des gesamten Volumenstroms ausgelegt, werden jedoch zumeist nur mit Teilvolumenströmen beaufschlagt. Da sich der Widerstand eines Luftbehandlungsmoduls mit sinkendem Volumenstrom reduziert, wird der gesamte innere Widerstand gesenkt.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch entsprechende Regelung und Steuerung jedes Moduls, unabhängig davon, ob es gerade thermisch genutzt wird, es als paralleler Strömungsweg zur Verfügung steht. Dies hat eine weitere Widerstandsreduktion zur Folge.

Die Luftbehandlungsmodule können je nach individueller Aufgabenstellung in unterschiedlichster Weise, d. h. parallel und / oder teilweise in Reihe genutzt werden. Durch die Möglichkeit einer parallelen Nutzung wird der innere Luftströmungswiderstand, die sog., Pressung des raumlufttechnischen Geräts stark reduziert, was eine signifikante Energieeinsparung zur Folge hat, da dadurch die benötigte An- triebsleistung des Ventilators enorm sinkt. Dabei ist es grundsätzlich unerheblich, ob es sich um ein Mischluftgerät mit ein- oder mehrfacher Umluftnutzung oder um ein reines Außenluftaufbereitungsgerät oder Abluftgerät handelt.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Zweig der parallel zu dem ersten thermischen Luft- behandlungsmoduls liegt, ein drittes Luftbehandlungsmodul vorgesehen.

Dies hat den Vorteil, dass in diesem Strömungsweg für den Fall, dass eine Luftbehandlung notwendig ist, diese dort wie üblich leistungsgeregelt erfolgen kann. Andererseits kann der parallele Strömungsweg, falls das Luftbehandlungsmodul nicht genutzt wird, als „Bypass" genutzt werden und so die Luft- behandlungsleistung mit beeinflussen. Damit kann ein Teilvolumenstrom durch diesen Zweig fließen, der nicht für die Aufbereitung im ersten Luftbehandlungsmodul notwendig ist, was eine Widerstandsreduktion zur Folge hat.

Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen parallelen Anordnung und Durchströmung der grundsätzlich nicht in Reihe eingebauten, sondern vorwiegend auf Teilströmungswegen im Gerät verteilten Bauteile werden folgende physikalische Gesetzmäßigkeiten genutzt: Wenn ein Luftstrom, der bei einem durchströmten Bauteil den Widerstand P erzeugt, auf zwei gleichgroße Luftströme aufgeteilt wird, wo jeder Luftstrom bei völliger Umlenkung den gleichen Widerstand P hat, entsteht bei gleichmäßiger Durchströmung nur P/8 als Wirkung für den Ventilator.

Die geregelte Umlenkung auf zwei Luftwege mit gleichem Widerstand P mit der kombinierten Leistungsregelung des Bauteiles ist somit energiesparender als beispielsweise die Durchströmung eines Kühlre- gisters mit lediglich thermischer Leistungsregelung und bei Nichtnutzung dieses Kühlregisters die Umlenkung auf einen Bypassweg, der dann häufig, weil Konstruktionshöhe bei einem Lüftungsgerät gespart werden muss, zumindest P/2 hat.

Erfindungsgemäß sind das erste und das dritte thermische Luftbehandlungsmodul in entgegengesetzt thermischer Funktion ausgebildet, die niemals gleichzeitig eine Luftbehandlung durchführen müssen.

Dies hat den Vorteil, dass im Normalfall eine sehr niedrige Teilpressung für den Ventilator entsteht. Eine weitere Reduktion der Pressung entsteht, wenn Umluft verwendet wird und das zweite thermische Luftbehandlungsmodul zumeist von der Umluft durchströmt und dabei in der häufigsten Betriebsweise alle drei Luftwege gleichmäßig durchströmt werden.

Dabei werden diese physikalische Gesetzmäßigkeiten wie folgt genutzt, wobei der Einfachheit halber erst mal für jedes Bauteil ein gleich großer Auslegungswiderstand zugrunde gelegt wird:

Wenn ein Luftstrom, der bei einem durchströmten Bauteil den Widerstand P erzeugt, auf zwei gleichgroße Luftströme aufgeteilt wird, wo jeder Luftstrom bei völliger Umlenkung auf einen Ast den gleichen Widerstand P hat, entsteht bei gleichmäßiger Durchströmung beider äste nur 1/8 ^* P als Wirkung für den Ventilator. Die geregelte Umlenkung auf zwei Luftwege mit gleichem Widerstand P mit einer kombinierten Leistungsregelung des Luftbehandlungsmoduls ist somit energiesparender als beispielsweise die Durchströmung eines Kühlregisters mit lediglich thermischer Leistungsregelung und bei Nichtnutzung dieses Kühlregisters die Umlenkung der Luft auf einen Bypassweg, der dann häufig, weil Konstruktionshöhe bei einem Lüftungsgerät gespart werden muss, zumindest P/2 hat.

Indem zwei gegensinnig arbeitende und daher niemals gleichzeitig benötigte Luftbehandlungsbauteile beispielsweise für Heizen oder Kühlen mit einem jeweiligen Einzelwiderstand P nicht hintereinander sondern parallel mit einem gleichmäßigen Luftstrom durchströmt werden, entsteht P/8 als Wirkung für den Ventilator. Wenn eines dieser Bauteile seine volle thermische Leistung abgeben muss und daher der gesamte Luftstrom durch dieses Bauteil gefördert wird, entsteht ein Widerstand von P/2.

Die thermische Leistungsregelung eines jeweils einzeln beispielsweise benötigten Wärmerückgewinnungsregisters für Heizzwecke und Kühlregisters wird daher am besten sowohl durch Umlenkung der Luftströme auf das andere, thermisch gerade nicht benötigte Bauteil als auch durch Regelung des Kühl- oder Heizmediums an dem gerade benötigten Luftbehandlungsbauteil ausgeregelt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der unabhängige Strömungsweg von der Außenluft gespeist. Dadurch kann das zweite thermische Luftbehandlungsmodul sowohl seriell als auch echt parallel zum ersten thermischen Luftbehandlungsmodul betrieben werden.

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße raumlufttechnische Gerät als Umluftgerät ausgebildet sein. Es weist mindestens zwei öffnungen für die Luftzufuhr als auch mindestens zwei öffnungen für die Luftabfuhr auf. Die Luftzufuhr ist in diesem Fall an die Abluft und an die Außenluft angeschlossen, die Fortluft und Zuluft an die Luftabfuhr. Es bildet sich ein erster Hauptströmungsweg von Außenluft zu Zuluft und ein zweiter Hauptströmungsweg von Abluft zu Fortluft. Darüber hinaus ist mindestens ein Umluft- Strömungsweg vorgesehen, der einen Teilvolumenstrom aus dem Abluft-Fortluft-Strömungsweg in den Außenluft - Zuluft Strömungsweg abzweigt. Insbesondere spart eine saugseitige Einmündung von Umluft direkt vor dem Ventilator Antriebsenergie, aber auch thermische Energie. Wie bekannt, stellt die Umluft aus thermischen Gründen die wirksamste Wärmerückgewinnung dar. Bei entsprechend Wärme gedämmten Gebäuden kann dabei, insbesondere in Kombination mit einer zusätzlichen Wärmerückgewinnung im RLT- Gerät gegebenenfalls sogar auf eine Nachwärmung durch entsprechende Heizregister mit Energiezufuhr von außen verzichtet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform geht der Umluft-Strömungsweg in den zuvor be- schriebenen unabhängigen Strömungsweg über. Der Teilstrom, der beispielsweise aus dem Abluft- Fortluft Strömungsweg abgezweigt wird, durchströmt hier mit oder ohne vorherige Filterung das zweite Luftbehandlungsmodul und kann dort entsprechend aufbereitet werden. Die aus der Umluft abgezweigte Luft kann daher mit dem Volumenstrom gemischt werden, der vom ersten Hauptstromweg kommt. Dies reduziert den notwendigen Volumenstrom im Hauptstromweg um den von der Umluft beigetra-

genen Teil. Da der Widerstand der Luftbehandlungsbauteile mit sinkendem Volumenstrom im Quadrat der Steigerungsrate abnimmt, resultiert aus dem geringeren Außenluft-Volumenstrom eine starke Reduktion des Strömungswiderstandes vor dem Mischpunkt, in welchem sich Umluft und Außenluft mischen.

Beispielsweise ist ein erstes, ein zweites und ein drittes thermisches Luftbehandlungsmodul mit gleichem Widerstand P vorgesehen, wobei das erste und dritte Luftbehandlungsmodul im Außenluftweg und das zweite thermische Luftbehandlungsmodul im Umluftweg angeordnet ist.

Werden bei niedrigem thermischen Bedarf alle Luftbehandlungsmodule gleichmäßig durchströmt, wirkt sich der Widerstand des im Umluftweg angeordneten Luftbehandlungsmoduls für die Ventilatoren nicht aus. Bei einem vergleichbaren üblichen RLT - Gerät mit Reihenanordnung der Bauteile, muss der Ventilator ständig den saugseitigen Teilwiderstand von 3 x P überwinden.

Bei niedrigem thermischen Bedarf werden etwa 33% Umluft und durch das dort integrierte zweite thermische Luftbehandlungsmodul, direkt vor dem Ventilator in die Zuluftaufbereitungsstrecke eingeleitet. Dies ergibt in der Regel einen saugseitigen Teilwiderstand für den Ventilator von lediglich ca. 1 / 27 x P.

Bei gemäßigtem thermischen Bedarf wird beispielsweise das erste thermische Luftbehandlungsmodul mit einem Außenluftanteil von 66,6% an der Zuluft durchströmt und das zweite thermische Luftbehandlungsbauteil mit etwa 33% Umluft. Dies hat einen Gesamtwiderstand von 0,44 x P zur Folge.

Bei höherem thermischen Bedarf wird die Umluft abgesperrt und der Außenluftanteil der Zuluft beträgt demnach 100%. Der gesamte Volumenstrom wird lediglich über das erste thermische Luftbehandlungs- modul gefördert, was zu einem inneren Widerstand des raumlufttechnischen Geräts von 1 x P führt.

Bei sehr hohem thermischen Bedarf, wird das erste thermische Luftbehandlungsbauteil in Reihe zum zweiten thermischen Luftbehandlungsbauteil durchströmt, was einen Widerstand von 2 x P zur Folge hat.

Da sehr hoher thermischer Bedarf im Jahresmittel nur selten gefordert wird, gemäßigter thermischer Bedarf häufig vorhanden ist, kann das erfindungsgemäße Gerät bedarfsgerecht mit einem deutlich niedrigeren Widerstand im Jahresmittel betrieben werden.

Die Luftzufuhr des raumlufttechnischen Gerätes kann durch die Außenluft erfolgen. Dies beinhaltet, dass die parallelen Zweige der erfindungsgemäßen Anordnung sich im Außenluftströmungsweg gabeln können.

Alternativ dazu kann die Luftzufuhr des raumlufttechnischen Geräts auch durch die Abluft erfolgen, wobei dann die parallelen Zweige sich im Abluft-Strömungsweg gabeln. Darüber hinaus ist eine Kombination der beiden Alternativen denkbar.

Das vorgestellte raumlufttechnische Geräte kann mit einer integrierte Kältetechnik versehen sein, was eine Addition zur gewünschten Energieeinsparung anbietet. Der zur Kältemaschine gehörige luftgekühlte Kondensator, ist Widerstand reduzierend in einem regelbaren Teilluftstrom angeordnet. Ferner ist die von der Kältemaschine erzeugte Kühlenergie in einem Pufferspeicher bevorratet und wird über eine stufenlos Drehzahl regelbare Pumpe mit EC-Motordem Kühlmodul zugeführt. Dadurch können auch sehr kleine Kühlleistungen mit einem hohen Nutzungsgrad abgedeckt werden können.

Im Sinne der Erfindung wird vorgesehen, dass für kühle Klimazonen ein Heizmodul und für warme Zonen ein Kühlmodul so angeordnet ist, dass bei extrem hoher Heiz- oder Kühlleistungsanforderungen das Heizmodul oder das Kühlmodul auch in Reihe zum Wärmerückgewinnungsmodul genutzt werden kann. So können das erste und das zweite Luftbehandlungsmodul als thermische Luftbehandlungs- module ausgebildet sein. Im speziellen kann das erste thermische Luftbehandlungsmodul als Wärmerückgewinnungsmodul und das zweite thermische Luftbehandlungsmodul als Heizmodul ausgebildet sein. Diese Ausführungsform ist besonders in gemäßigtem bis kaltem Klima sinnvoll. Alternativ zu einem Heizmodul kann das erste thermische Luftbehandlungsmodul als Wärmerückgewinnungsmodul auch mit einem zweiten thermischen Luftbehandlungsmodul kombiniert sein, das als Kühlmodul ausgebildet ist. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Kühlung in warmen Klimazonen.

Im Sinne der Erfindung wird vorgesehen, dass für kühle Klimazonen das erste Luftbehandlungsmodul ein Kühlmodul, das zweite Luftbehandlungsmodul, ein auf zwei Arten nutzbares Heizmodul darstellt und das dritte, welches parallel zu dem ersten angebracht ist, ein Wärmerückgewinnungsmodul ist. Bei Nutzung des RLT - Gerätes in warmen Zonen ist das erste Luftbehandlungsmodul ein Wärmerückgewinnungsmodul, das zweite Luftbehandlungsmodul ein Kühlmodul und das dritte Luftbehandlungsmodul ein Heizmodul. So kann bei jedem dieser raumlufttechnischen Geräte, bei extrem hohem Heiz- oder Kühlleistungsanforderungen, das Heizmodul oder das Kühlmodul auch in Reihe zum Wärmerückgewinnungsmodul genutzt werden, zumeist jedoch Widerstand entlastend weggeschaltet werden.

Alternativ zu einem Heizmodul kann das erste thermische Luftbehandlungsmodul als Kühlmodul ausgebildet sein und mit einem zweiten thermischen Luftbehandlungsmodul kombiniert sein, das als Wärmerückgewinnungsmodul ausgebildet sein. Diese Ausführungsform eignet sich besonders zur Kühlung von Räumen mit hoher Verlustwärme, beispielsweise bei Rechnerräumen und anderen IT- Räumen, wo bestimmte Raumluftfeuchtewerte eingehalten werden müssen. Zudem kann bei Verwendung von der Außenluft zur Raumkühlung auf zwei unterschiedliche Arten (direkte und indirekte Freie Kühlung) Befeuchtungsenergie eingespart werden kann. Hierbei wird das Wärmerückgewinnnungsmodul vorzugsweise für Kühlzwecke verwendet.

Für Wohnungsbelüftung kann eine Art der Anordnung genutzt werden, in der das erste Luftbehandlungsmodul ein Wärmerückgewinnungsmodul und das zweite Luftbehandlungsmodul ein Heizmodul ist. Das dritte kann in dieser Ausführung ein Kühlmodul sein.

Einem Strömungsweg, in welchem mindestens ein Luftbehandlungsmodul liegt oder der zur Leistungs- regelung eines parallel liegenden Luftbehandlungsbauteiles mitgenutzt wird, ist eine Strömungssteuereinrichtung zugeordnet. Diese erlauben eine bedarfsgeregelte Beaufschlagung der einzelnen Luftbehandlungsmodule mit Teilströmen. Zur besseren Steuerbarkeit können Strömungssteuereinrichtungen mit einem Antrieb versehen sein, der in Wirkverbindung mit der Volumenstromsteuereinrichtung steht. Die Strömungssteuereinrichtung kann in unterschiedlichen Formen, wie z. B. Gliederklappen, Irisblen- den, Schaufelklappen, Drosselblechen oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus können auch die Teilvolumenströme über Bypass- Strömungswege mittels Strömungssteuereinrichtung eingestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise lassen Strömungssteuereinrichtungen, eine Einstellung von 0% bis 100% des Volumenstroms zu. Vorzugsweise können alle Strömungswege mit Strömungssteuereinrichtungen versehen sein.

In einer weiteren Ausführungsform kann die zur Zuluftaufbereitung verwendete Außenluft durch mindestens zwei Strömungswege geführt werden, wobei jedem der Strömungswege unterschiedlich ausgebildete Luftbehandlungsmodule zugeordnet sind. So kann in einem Zweig ein Heizmodul und ein Befeuchtungsmodul sowie im anderen Zweig ein Kühlmodul, vorgesehen sein. Innerhalb eines dieser Strömungswege wird ein Teil der insgesamt verwendeten Außenluft auf einen geeigneten Taupunkt abgekühlt und in dem zweiten Luftweg der restliche Teil der Außenluft mit Hilfe eines Heizmoduls bzw. eines Wärmerückgewinnungsmoduls oder einer anderen geeigneten Vorrichtung entsprechend nachgewärmt und dann mit der kalten Außenluft gemischt.

Vorzugsweise sind in den Umluft-Strömungswegen weitere Luftbehandlungsmodule vorgesehen, weil sie immer dann die Antriebsleistung des Zuluftventilators nicht erhöhen, wenn die beigemischte Umluftmenge kleiner ist als die andere zugemischte Luftmenge. Dafür sind vornehmlich Filter aller Art, beispielsweise auch Aktivkohlefilter denkbar, welche die Abluft reinigen, bevor diese wieder über die Zuluft in den zu versorgenden Raum gelangt.

Gemäß der Erfindung umfassen die Luftbehandlungsmodule diverse Luftfiltermodule, Ventilatormodul, Schalldämpfermodul und Befeuchtungsmodul. Als thermische Luftbehandlungsmodule können ein Heizmodul Wärmerückgewinnungsmodul, Kühlmodul, Verdampfermodul, Kondensator, eine adiaba- tische Befeuchtungseinrichtung oder dergleichen vorgesehen sein. Mittels dieser Ausgestaltungen ist das raumlufttechnische Gerät entsprechend der Aufgaben und Umweltbedingungen am Einsatzort konfigurierbar.

Ein Strömungsweg kann unter anderem als Strömungskanal ausgebildet sein.

Bei möglichen Ausführungsarten eines raumlufttechnischen Gerätes mit der vorgestellten Anordnungsmatrix kann ein Abluftventilatormodul druckseitig zu den Abzweigungen der Umluft und der Luftbehandlungsmodule angeordnet sein.

Das ist dann sinnvoll, wenn der Widerstand im externen Abluftweg so hoch ist, dass sich eine saug- seitige Mischluftkammer mit einem Fortluftventilator energetisch gesehen nicht lohnt. Wenn nämlich beispielsweise bei einem häufig nur kleinem Außenluft-Anteil und/oder aufgrund eines sehr großen Widerstandes in der externen Abluftförderstrecke der Widerstand des Umluftweges am Mischpunkt von Außenluft und Umluft stets höher ist als der andere saugseitige, dann sollte die Umluft diesem Misch- punkt druckseitig zugeführt werden.

Wenn der Platz am Einsatzort für den Aufbau eines der vorgestellten oder anderen nach dieser Erfindung herstellbaren kompletten, häufig jedoch großvolumigen raumlufttechnischen Geräte nicht ausreichen sollte, können diverse Luftbehandlungsmodule in einzelnen Gehäusen untergebracht werden und durch externe Verbindungsleitungen miteinander verbunden werden. Darüber hinaus können die einzelnen Geräte oder/ und Gehäuse mit Einzelbauteilen auch parallel geschaltet werden.

In bekannter Weise werden Strömungssteuereinrichtungen eines raumlufttechnischen Geräts von einem Mess-Steuer-Regelmodul gesteuert und / oder geregelt, das in einem zugeordneten, gegebenenfalls intern in dem Gerät integrierten Schaltschrank untergebracht ist.

Erfindungsgemäß erfolgt eine Einstellung der Teilvolumenströme, mittels eines Mess-Steuer-Regel- moduls, in Abhängigkeit von dem aktuellen thermischen Bedarf. Dieser wird vor allem vom Außenluft- zustand der verwendeten Außenluft, beispielsweise Temperatur und Feuchte, und den gewünschten Eigenschaften der Raumluft, dem Unterschied von Soll- zu Ist-Werten, beeinflusst. Der gesamte, aktuell benötigte Volumenstrom wird bei geringem thermischen Bedarf in möglichst gleich großen Teilvolumen- strömen über die parallelen Strömungswege gefördert. Zusätzlich wird der Bypass-Strömungsweg, um das zweite Luftbehandlungsmodul zu umgehen, geöffnet. Dies sorgt aufgrund der gleichmäßigen Beaufschlagung der parallelen Strömungswege für einen minimalen Widerstand. Je größer der thermische Bedarf am benötigten Luftbehandlungsbauteil ist, desto mehr wird dieser Teilvolumenstrom durch Drosselung des Bypass-Strömungsweges erhöht. Bevor ein Teilluftstrom erhöht wird, wird bei dem darin angeordneten Bauteil die zugeführte thermische Energie solange erhöht, bis der Primärenergieaufwand für die zugeführte Energie größer würde als der Gewinn durch die Widerstandsreduktion. Insbesondere bei einer Wärmerückgewinnung ist es sinnvoller, die zugeführte Wärmemenge zu regeln und den Teilvolumenstrom klein zu lassen.

Je nach Nutzungszeiten, speziell in Abhängigkeit der Außenluft- Konditionen ergibt sich eine aktuell notwendige Betriebsart, die unterschiedliche Gesamtpressungen im raumlufttechnischen Gerät zur Folge hat. Im häufig vorkommenden Normalbetrieb, d. h. bei niedrigem thermischen Bedarf wird jedoch nur ganz selten die volle Luftmenge pro Luftbehandlungsmodul benötigt. Zumeist werden nur Teilluftmengen pro Luftweg verwendet oder es werden Module gar nicht durchströmt.

In eine Jahresbilanz über eine gewisse Vollbenutzungszeit gehen die zeitlich unterschiedlichen Gesamtluftwiderstände in einem durchschnittlichen Gesamtwiderstand ein und ergeben somit insgesamt betrachtet, eine gegenüber der Nennleistung der eingebauten Ventilatoren stark reduzierte Durchschnittsleistung und folglich einen niedrigen Jahresenergiebedarf für die Luftförderung.

Wie bekannt, ist es zur thermischen Energieeinsparung besonders vorteilhaft, die Umluft mit der Außenluft zu mischen. Die Raumluft hat meist bereits die geforderten thermischen Bedingungen. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei kühler Außenluft und zu heizendem Raum, die Abluft bereits wärmer ist als die Außenluft. So würde ein Teil der bereits warmen Umluft mit der noch kühlen Außenluft gemischt.

Somit muss nur eine geringe Luftmenge der Außenluft erwärmt werden. Dies bedeutet zum einen die Einsparung von Energie zur Erwärmung, da nur eine geringere Luftmenge erwärmt werden muss, zum anderen eine Energieeinsparung bei der Ventilatorleistung, da bei einem geringeren Energiebedarf die Strömungswege gleichmäßiger beaufschlagt werden, was zu einem niedrigeren Strömungswiderstand führt.

Beispielsweise führt bereits ein Umluftanteil von 33% an der Zuluft, was sich bei guter Durchmischung der Zuluft im versorgten Raum kaum nachteilig auswirkt, zu einer Einsparung von etwa 56% des Teilwiderstands. Die Einsparung wirkt sich sowohl beim Außenluftfilter als auch an allen weiteren, in Reihe dazu angebrachten Bauteilen, die sich vordem Mischpunkt von Außenluft und Umluft befinden, somit auch bei dem externen AUL- Kanal.

Insbesondere kann ein Aktivkohlefilter, der stets einen großen Widerstand hat, im Umluftweg angebracht sein. Bei einem für von Personen genutzten Räumen angestrebten konstanten Umluft-Anteil von 33% beeinflusst dieser den Widerstand für den Zuluftventilator nicht, was den Gesamtwiderstand eines raumlufttechnischen Gerätes in der Summe dann drastisch reduziert.

Unter dem Gesichtspunkt der Widerstandsminimierung für eine Gesamtpressung der Ventilatormodule erfolgt bei niedrigem thermischen Bedarf eine gleichmäßige Aufteilung der Teilströmungen auf die pa- rallelen Strömungswege, auch wenn dort Luftbehandlungsmodule liegen. Die Luftbehandlungsmodule werden hierbei einzeln, mit wesentlich kleineren Luftströmen durchströmt, als mit denen, für welche sie für den selten erforderlichen Maximaldurchsatz ausgelegt sind, unabhängig davon, ob dort gerade eine thermische Luftbehandlung stattfindet oder nicht.

Zur Reduktion der Antriebsleistung des AblufWFortluftventilators bei einem Abluftgerät oder einem Kombinationsgerät werden die parallel angeordneten Luftbehandlungsmodule unabhängig von ihrer Verwendung mit unterschiedlichen Teilvolumenströmen durchströmt. Dies führt zu einer Druckentlastung des Abluftventilators und damit auch hier zu einem niedrigeren Antriebsenergieverbrauch. Dieser sinkt nochmals, weil bei der hier gewählten Anordnung mit saugseitiger Umlufteinspeisung in die Zuluftaufbereitungsstrecke der Fortluftventilator nicht den vollen Abluftvolumenstrom, sondern nur den des Fortluftanteiles fördern muss.

Besonders vorteilhaft ist es, dass das Mess-Steuer-Regelmodul nach einem oder mehreren gespeicherten Programmen arbeiten kann und so je nach Außenluftkondition unterschiedliche Betriebsarten ent-

stehen. Diese können individuell eingestellt werden. Insbesondere können in diese Programme gewonnene Parameter oder Messdaten einfließen. Das Mess-Steuer-Regelmodul ist modular so gestaltet, dass die bei Bedarf erforderlichen Module lediglich aktiviert und die gewünschten Sollwerte lediglich parametriert werden müssen.

Die individuelle Programmierung führt zu einer weiteren Antriebsleistungssenkung des raumlufttech- nischen Gerätes. Besonders die Berücksichtigung von Messdaten führt zu einer Erhöhung des gesamten Wirkungsgrades des raumlufttechnischen Geräts.

Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine individuelle thermische Luftbehandlung mit ausreichender Filterung, auch in den Umluftwegen erfolgen, wobei die einzelnen Strömungswege durch das Programm des Mess-Steuer-Regelmoduls einzeln geregelt bzw. gesteuert werden.

Für Umluft- oder Mischluftgeräte kann die Entfeuchtung der zur Luftaufbereitung von versorgten Raum- zonen verwendeten Außenluft dadurch erfolgen, dass die Zuluft aus Umluftstrom und Außenluftstrom zusammengemischt wird. Die Außenluft wird auf einen geeigneten Taupunkt oder in dessen Nähe herabgekühlt und anschließend mit der stets warmen oder gegebenenfalls im Umluftweg nachgewärmten Umluft gemischt.

Bei einem reinen Außenluftgerät wird lediglich ein Anteil der Außenluft an dem zur Luftaufbereitung für eine zu versorgende Raumzone erforderlichen Volumenstroms entfeuchtet. Dieser Anteil wird auf einen geeigneten Taupunkt abgekühlt. Der andere Anteil wird durch den parallelen Ast gefördert und dort stark erhitzt. Im Anschluss daran werden die beiden Strömungen wieder gemischt und versorgen als Zuluft die Raumzone. Durch dieses Vorgehen lassen sich Wärme- und Feuchtegehalt der Raumluft energieoptimiert einstellen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung eines raumlufttechnischen Gerätes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines raumlufttechnischen Gerätes nach dem Stand der Technik, welches ausschließlich als Außenluftgerät verwendet wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines raumlufttechnischen Gerätes nach dem Stand der Technik gemäß einer zweiten Ausführungsform, in einer Ausführung als

Kombinationsgerät mit einer Wärmerückgewinnung und möglicher Mischluftnutzung;

Fig. 3 eine schematische prinzipielle erfindungsgemäße Anordnung der Luftbehandlungsmodule und die zugeordneten Strömungswege für die Zuluftaufbereitung, welches in analoger Art als Grundaufbaumatrix für 2 - 3 Luftbehandlungsbauteile auch für die Abluft- oder Fortluftnutzung verwendet werden kann;

Fig.4 eine schematische Darstellung (fast identisch mit einem Ausführungsbeispiel) eines raumlufttechnischen Geräts nach der Erfindung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform, beispielsweise als Außenluftgerät;

Fig. 5 eine schematische Darstellung (fast identisch mit einem Ausführungsbeispiel)eines raumlufttechnischen Gerätes nach der Erfindung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, hier beispielsweise als Kombinationsgerät mit möglichem Mischluftbetrieb und regenerativer Wärmerückgewinnung, speziell für gemäßigte und kalte Zonen, hier mit 3-facher Umluftnutzung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung (fast identisch mit einem Ausführungsbeispiel) eines raumlufttechnischen Gerätes einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, hier beispielsweise als Mischluftgerät mit rekuperativer Wärmerückgewinnung und dabei zusätzlich noch möglichem

Mischluftbetrieb, speziell für gemäßigte und kalte Zonen, hier mit 2-facher Umluftnutzung, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung (fast identisch mit einem Ausführungsbeispiel) eines raumlufttechnischen Geräts als Kombinationsgerät mit Mischluftbetrieb bei beispielsweise 3 -facher Umluftnutzung und spezieller Wärmerückgewinnung, hier zusätzlich mit Befeuchtungseinrichtung, speziell geeignet zur Reduktion des Befeuchtungsenergiebedarfes.

Die Figur 1 zeigt ein raumlufttechnisches Gerät nach dem Stand der Technik, das ein Außenluftgerät mit einer Wärmerückgewinnung darstellt. Innerhalb eines Gehäuses 1 sind dabei im Wesentlichen ein

Außenluftfiltermodul 5 mit nach geschalteten Wärmerückgewinnungsmodul 9, das als rekuperatives oder regeneratives Modul, welches in Verbindung zu einem Wärmenutzungsgerät steht, ausgeführt ist und einem danach geschalteten Kühlmodul 10 mit anschließendem Heizmodul 8 und einem danach dargestellten Zuluftventilatormodul 3 wiedergegeben. Das Kühlmodul 10 kann als Direktverdampfer oder Kühler oder Luftwäscher oder dergleichen ausgeführt sein.

Die Außenluft wird mit AUL bezeichnet und strömt über ein Luftmengenregel-/Absperrmodul 15 in das Gehäuse 1 ein. Ein dadurch entstehender Strömungsweg 32 durchtritt die in Reihe geschalteten Module des Außenluftfiltermoduls 5 mit dem dahinter befindlichen Wärmerückgewinnungsmodul 9 und dem nach geschalteten Kühlmodul 10 sowie dem danach folgenden Heizmodul 8 hindurch. Aus dem Zuluftventilatormodul 3 tritt der Strömungsweg 32 als Zuluft ZUL aus dem Gehäuse 1. Bei dieser Darstellung zeigt sich, dass die einzelnen Luftbehandlungsmodule 15, 5, 9, 10, 8 und 3 in Reihe geschaltet sind.

Auch die Figur 2 ergibt ein weiteres raumlufttechnisches Gerät nach dem Stand der Technik wieder. Dabei strömt die Außenluft AUL durch das Luftmengenregel-/Absperrmodul 15 über den Strömungsweg 32 in das Außenluftfiltermodul 5 und danach in das Wärmerückgewinnungsmodul 9. Anschließend durchtritt der Strömungsweg 32 das Kühlmodul 10 mit dahinter liegendem Heizmodul 8 und dahinter befindlichem Luftfiltermodul 7, das beispielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet sein kann.

Da es sich bei diesem raumlufttechnischen Gerät um ein Mischluftgerät mit Wärmerückgewinnung und hierbei zudem möglicher Umluftnutzung handelt, wird die von einem der drei Bauteile 9, 10 oder / und 8 behandelte Zuluft von dem Zuluftventilatormodul 3 ausgehend in den Raum geblasen. Gleichzeitig wird jedoch in einem, neben den vor beschriebenen Modulen, die in Reihe geschaltet sind, ein zweiter Strömungsweg 33, der sich aus der Abluft ABL bildet, dargestellt. Dabei durchströmt die Abluft ABL auf dem Strömungsweg 33 ein zusätzliches Filtermodul 6 mit dahinter liegenden Abluft bzw. Fortluftventilatormodul 4. Im Anschluss an das Abluftmodul 4 wird ein Wärmerückgewinnungsmodul 9 dargestellt, an das sich ein Befeuchtungsmodul 26 bzw. ein luftgekühltes Kondensatormodul 27 anschließt. Die austretende Luftmenge wird nach einer Strömungssteuereinrichtung 11 als Fortluft FOL dargestellt. Gleichzeitig wird jedoch innerhalb einer Trennwand 31 , welche die beiden parallel liegenden Strö- mungswege 32 und 33 trennt, ein Strömungssteuereinrichtung 12 dargestellt, das es gestattet, hier geregelt eine Umluftmenge UML in den Strömungsweg 32 einzuspeisen.

Bei diesen beiden Ausführungen der Figuren 1 und 2 nach dem Stand der Technik sind alle Luftbehandlungsmodule jeweils in Reihe angeordnet und werden stets alle von der Luftmenge insgesamt

durchströmt, welche das zugeordnete Ventilatormodul 3 oder 4 gerade aktuell zu fördern hat, unabhängig davon, ob gerade aktuell gar nur eines der Luftbehandlungsmodule 10 oder 9, 9 oder 26, 28 oder selten zwei gemeinsam wie 9 mit 8 oder 10 mit 8 benötigt werden.

Die seriell angeordneten Bauteile erzeugen einen konstant hohen Widerstand für die Ventilatoren 3 und 4, was zu einer relativ hohen Antriebsleistung und einem hohen Jahresenergiebedarf für die Luftförderung führt.

Zur Reduktion von internen Widerständen sind zwar auch raumlufttechnische Geräte mit Bypassklap- pen bekannt, jedoch benötigen diese Geräte sehr viel Platz, da nach jedem Luftbehandlungsmodul eine lange Beruhigungsstrecke zwangsläufig für eine laminare Strömung bei Nutzung der vorhergehenden Bypassklappe geschaffen werden muss. Trotzdem wird dabei das nach einer benutzten Bypassklappe angeordnete Modul nicht ordnungsgemäß durchströmt. Zudem erzeugt eine Bypassklappen bei kleinem Querschnitt einen relativ hohen Widerstand. Dies erhöht den Gesamtwiderstand und verringert somit den Wirkungsgrad. Hinzu kommt noch, dass bei derartigen Geräten üblicherweise der Außenluftfilter stets mit 100 % Luftanteil vom Zuluftvolumenstrom durchströmt wird und beim Entfeuchtungsbetrieb sowohl das Kühlmodul als auch das Heizmodul mit dieser vollen Luftmenge ebenfalls durchströmt werden müssen. Dieses ergibt zwangsläufig einen sehr hohen Luftwiderstand und damit einen erhöhten elektrischen, bei der Entfeuchtung auch einen hohen thermischen Energieaufwand.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung der Module und Strömungswege des raumlufttechnischen Geräts in einer Grundmatrix. In allen Strömungswegen sind Strömungssteuereinrichtungen vorgesehen, die aber aus Gründen der übersicht in der Darstellung weggelassen wurden.

In diesem Ausführungsbeispiel sind ein erstes Luftbehandlungsmodul 100 und ein zweites

Luftbehandlungsmodul 102 dargestellt. Das erste Luftbehandlungsmodul 100 liegt in einem ersten parallelen Strömungsweg 104, zu dem ein zweiter paralleler Strömungsweg 106 parallel verläuft. Die parallelen Strömungswege 104, 106 vereinigen sich im Mischpunkt M zu einem resultierenden Strömungsweg 108, in dem das zweite Luftbehandlungsmodul 12 liegt. Der resultierende Strömungsweg 108 ist durch einen Bypass-Strömungsweg 110 überbrückbar. Darüber hinaus liegt das zweite Luftbehandlungsmodul 102 zugleich in einem, vom resultierenden Strömungsweg 108 nicht beeinflussten unabhängigen Strömungsweg 114. Nach dem Luftbehandlungsmodul 102 folgt der Teilströmungsweg 112, welcher nach Mischung mit dem Bypass-Strömungsweg 110 die Zuluft ZUL

ergibt. Das Luftbehandlungsmodul 102 kann somit, je nach individueller Ansteuerung, entweder vom Strömungsweg 108 oder vom Strömungsweg 114 oder von beiden durchströmt werden.

In dieser Ausführungsform kann der unabhängige Strömungsweg sowohl von der Außenluft AUL über den Außenluft-Strömungsweg 116, als auch über den Umluft-Strömungsweg 118 mit Umluft UML gespeist werden.

Darüber hinaus ist im zweiten parallelen Strömungsweg ein drittes Luftbehandlungsmodul 120 integriert.

Diese Anordnung gewährleistet trotz damit erreichbarer Widerstandsreduktion für den Ventilator eine maximale Flexibilität bei der Luftbehandlung, da das erste Luftbehandlungsmodul 100 und das zweite Luftbehandlungsmodul 102 parallel beziehungsweise quasi-parallel nutzbar sind. Mittels der Strömungssteuereinrichtungen, werden Teilströme so gesteuert, dass das Luftbehandlungsmodul 102 beispielsweise bei hohem thermischen Leistungsbedarf auch in Reihe zu einem vorgelagerten thermischen Luftbehandlungsbauteil mit gleicher Wirkrichtung benutzt werden kann.

Eine weitere Einspeisung von Umluft in die Strömungswege ist möglich, ohne dass sich an der erfindungsgemäß beschriebenen Grundmatrix mit parallelen Strömungswegen in Kombination mit der bewussten Mehrfachnutzung des dargestellten zweiten Luftbehandlungsmoduls 102 etwas ändert.

Die Figur 4 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das ein raumlufttechnisches Gerät mit einer Außenluft AUL wiedergibt, welches beispielsweise in gemäßigten oder kalten Zonen eingesetzt werden kann. Dies ist ein sogenanntes Außenluftgerät. Nachdem die Außenluft AUL in das Gehäuse 1 des raumiijfttechnischen Gerätes eingetreten ist. wird diese über das Außenluftfiltermodul 5 zunächst gereinigt. Nach dem Austritt aus dem Außenluftfiltermodul 5 sind Strömungssteuereinrichtungen 16, 19 und 22 vorhanden, die am Anfang von drei parallelen Strömungswegen, hier gleichbedeutend mit Strömungskanälen 34, 35 und 61 sitzen, welche jeweils durch Trennwände 31 getrennt sind. Dabei wird der Strömungsweg 34 durch die Strömungssteuereinrichtung 22 hindurch zu dem Heizmodul 8 geleitet. Der getrennte Strömungsweg 61 wird dabei durch das Kühlmodul 10 und der getrennte Strömungsweg 35 durch das Wärmerückgewinnungsmodul 9 geführt. Die Strömungswege 34, 35, 61 sind dabei durch Trennwände 31 so getrennt, dass sie sich nicht miteinander vermischen können. Nach dem Austritt aus dem Kühlmodul 10 bzw. dem Wärmerückgewinnungsmodul 9 entsteht ein neuer Strömungsweg 36, der zum Einen durch eine Strömungssteuereinrichtung 21 als Strömungsweg 39 austritt und über das Ventilatormodul 3 als Zuluft ZUL in den Raum geblasen wird. Es kann jedoch auch

aufgrund der steuerungsmäßigen Auslegung eines Mess-Steuer-Regelmoduls 23 möglich sein, einen weiteren Strömungsweg 37 durch eine Strömungssteuereinrichtung 20

zu öffnen bzw. teilweise zu öffnen, wobei die Strömungswege 37 und 34 sich nach dem Heizmodul 8 als neuen Strömungsweg 38 mischen. Das Ventilatormodul 3 ist somit in der Lage, Luft sowohl aus dem Strömungsweg 38 oder dem Strömungsweg 39 oder aber aus beiden Strömungswegen 38 und 39 gleichzeitig anzusaugen.

Die Außenluft AUL wird dabei über die Module 8, 9 und 10 getrennt über die Strömungswege 34, 35, 61 geführt. Sollte keine oder nur eine ganz geringe thermische Behandlung der Zuluft erforderlich sein, so kann die Außenluft AUL gleichmäßig über die Strömungswege 34, 35, 61 aufgeteilt werden. Dabei ist die Strömungssteuereinrichtung 20 geschlossen und es sind die Strömungssteuereinrichtungen 22, 16, 19 und 21 geöffnet. Dabei kann sogar, ohne dass sich am Gesamtwiderstand etwas ändert, eine thermische Behandlung am Wärmerückgewinnungsmodul 9 oder Kühlmodul 10 stattfinden.

Sobald eine stärkere Aufwärmung der Außenluft erforderlich wird, wird die Strömungssteuereinrichtung 22 geschlossen. Der Strömungsweg 42 teilt sich nunmehr auf die Strömungswege 61 und 35 auf, wobei unterschiedliche Teilströme ausgeregelt werden. Zudem kann die Leistung des Wärmerückgewinnungsmoduls 9 selbst in einer Kaskade dazu geregelt werden, so dass darüber so lange wie möglich nur we- nig Luft strömt, bis sich die Leistung der Umwälzpumpe nachteilig für den Energiebedarf auswirkt. Die gemischte Luft bildet den Strömungsweg 36, der über das Luftmengenregelmodul 21 in den Strömungsweg 39 übergeht. Letztendlich wird der Strömungsweg 61 abgesperrt. Steigt der Wärmebedarf noch weiter, geht ein Teil des Strömungsweges 36 als Strömungsweg 37 und die Strömungssteuereinrichtung 20 durch das Heizmodul 8.

Bei maximaler Heizleistung sind die Strömungssteuereinrichtung 22, 16 und 21 geschlossen, so dass der Strömungsweg 42 in den Strömungsweg 35, 36, 37 und 38 übergeht. Jetzt wird die Außenluft der Reihe nach über das Wärmerückgewinnungsmodul 9 und das Heizmodul 8 erwärmt. Der hierbei erhöhte Widerstand für den Ventilator kommt gegenüber den vorstehend beschriebenen Betriebsarten in gemäßigten Klimazonen nur ganz selten vor, in warmen gar nicht.

Im maschinellen Kühlfall, bei thermischer Nutzung des Kühlmoduls 10, werden bei geschlossener Strömungssteuereinrichtung 22 die Strömungswege 61 und 35 vorläufig parallel genutzt, wobei sich die Strömungssteuereinrichtung 19, je nach Kühlleistung und Kälterückgewinnungsmöglichkeit über die

Abluft geregelt, schließt. Die zumeist gemischte Luft gelangt als Strömungsweg 36 über die Strömungssteuereinrichtung 21 als Strömungsweg 39 zum Ventilatormodul 3. Bei max. Kühlleistung ist die Strömungssteuereinrichtung 19 geschlossen. Diese Betriebsart mit einem höheren Widerstand für den Ventilator als im Normalbetrieb kommt in gemäßigten Klimazonen nur ganz selten vor.

Im Entfeuchtungsfall wird beispielsweise bei geschlossener Strömungssteuereinrichtung 19 ein Teil der zu feuchten Außenluft AUL über das Kühlmodul 10 geführt und dort auf einen geeigneten Taupunkt abgekühlt. Der andere Teil fließt über die Strömungssteuereinrichtung 22 parallel über den Strömungsweg 34 zu dem Heizmodul 8 und wird dort entsprechend hoch aufgewärmt. Die beiden zusammentretenden Strömungswege 38 und 39 bilden dann die entsprechend geregelte Mischung der Zuluft ZUL.

Durch diese Anordnung der Figur 4 entsteht im raumlufttechnischen Gerät über die gesamte Betriebszeit gemittelt ein relativ kleiner Teilwiderstand für das Ventilatormodul 3 und in Folge dessen auf die gesamte Betriebszeit bezogen, ein niedriger elektrischer Energiebedarf.

Das in der Figur 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt ein raumlufttechnisches Gerät für einen Einsatz in gemäßigten und kalten Klimazonen mit einem speziellen Mischluftbehandlungsmodul, was aussagt, dass hier eine Umluftnutzung mit UML1 , UML2 oder UML3 mit den dazugehörigen Strömungswegen 48, 56 und 50 für die Behandlungsfälle Filtern, Heizen, Kühlen und Entfeuchten mit zwei- fach möglicher Wärmerückgewinnung möglich ist. Dabei wäre auch eine Lösung mit parallel benutzten Umluftwegen UML1 und UML 2 oder UML 3 und UML 1 , usw. denkbar, ohne dass der gesamte Leistungsbedarf merklich steigt. Dieses raumlufttechnische Gerät (RLT- Gerät) ist vorzugsweise für die Versorgung von Räumen gedacht, wo sich Personen aufhalten und kann mit einer Befeuchtungseinrichtung in der Zuluft oder / und in der Fortluft vor dem Bauteil 9 zur adiabaten Kühlung ergänzt erden.

Die Außenluft AUL strömt durch die Strömungssteuereinrichtung 15 in das Gehäuse 1 ein und bildet den Strömungsweg 42, der durch das Außenluftfiltermodul 5 hindurch tritt. Der dabei gebildete Strömungsweg 43 teilt sich in die Strömungswege 44 und 45 auf, die durch parallel angeordnete Strömungssteuereinrichtungen 16 und 19 hindurch treten. Gleichzeitig ist es jedoch möglich, dass von dem Strömungsweg 43 über eine innerhalb der Trennwand 31 befindliche Strömungssteuereinrichtung 18 ein Luftstrom 52 in die darüberliegende Gehäusekammer hindurch tritt. Dieser Luftstrom 52 ist anschließend für die Fortluft FOL als eventuell nutzbarer Bestandteil zur Kühlung des luftgekühlten Kondensatormoduls 27 als Teil der hier integrierten Kältemaschine (24) anzusehen.

Der Strömungsweg 44 durchströmt das Wärmerückgewinnungsmodul 9 und kann zum Einen über den Strömungsweg 46 durch die Strömungssteuereinrichtung 21 und danach von dem Zuluftventilator 3 als Zuluft ZUL über die Luftmengenabsperrvorrichtung 29 in den Raum austreten. Einen parallelen Weg für die Außenluft AUL bietet jedoch der Strömungsweg 45, der über ein Kühlmodul 10 führt. Diese ggf. herab gekühlte Luftmenge wird über den Strömungsweg 45 ebenfalls in den Strömungsweg 46 mit eingebunden. Von dem Strömungsweg 44 kann nach Austritt aus den Wärmerückgewinnungsmodulen 9 ein Strömungsweg 57 durch eine Strömungssteuereinrichtung 20 hindurch treten, um anschließend ein Heizmodul 8 zu durchfließen und als Strömungsweg 48 in die Zuluft ZUL zu treten.

Bei Nutzung des Strömungsweges 57 ist die Strömungssteuereinrichtung 12 für die Umluft UML1 geschlossen. Bei Gefahr der Reifbildung am Filter 5 kann ein kleiner Teil der Abluft als Umluft UML2 über den Strömungsweg 56 und die Strömungssteuereinrichtung 13 bereits vor dem Außenluftfilter- modul 5 in den Strömungsweg 42 beigemischt werden.

Aus dem Gebäude oder Raum wird die Abluft ABL durch ein Luftmengenabsperrmodul 29 in das Gehäuse 1 über den Strömungsweg 47 angesaugt. Der Strömungsweg 47 teilt sich in einen Strömungsweg 48 auf, der über ein zusätzliches Luftfiltermodul 6 und hier beispielsweise über ein weiteres Luftfiltermodul 7, das als Aktivkohlefiltermodul ausgeführt ist, geführt wird. Die hieraus austretende Luftmenge wird auf einen Strömungsweg 48 der Zuluft zugemischt. Der andere Weg der Teilmenge des Strömungsweges 47 kann direkt über einen Strömungsweg 56 als Umluft der Außenluft AUL zugeführt werden (s. oben). Die noch verbleibende, zumeist größere Teilmenge der Abluft ABL wird über den Strömungsweg 49 durch ein Luftfilter 6 geführt werden, wobei sich nach dem Luftfilter 6 die Strömungswege aufteilen können in einen Strömungsweg 50 und 51. Der Strömungsweg 50 kann als Umluft UML 3 dem Kühlmodul 10 zugeführt werden, wobei der Strömungsweg 51 über die Strömungssteuereinrich- tung 11 als Fortluft weitergeleitet wird. Die sich daraus bildenden Strömungswege 53 und 54, gebildet durch zwei parallel nebeneinander liegende Luftmengenabsperrmodule 29, die durch Trennwände 31 getrennt sind, bieten die Möglichkeit zum Einen, einen Luftstrom 53 zu einem luftgekühlten Kondensatormodul 27 zu führen bzw. den Strömungsweg 54 zu dem Wärmerückgewinnungsmodul 9 zu führen. Die dabei austretenden Luftmengen gehen über den Strömungsweg 55 in Verbindung mit einem Fort- luftventilatormodul 4 und einem nach geschalteten Luftmengenabsperrmodul 29 als Fortluft FOL aus dem raumlufttechnischen Gerät heraus.

Das Ventilatormodul 4 könnte auch im Strömungsweg 51 angeordnet sein.

Durch die zweifache Wärmerückgewinnung und den hier insbesondere günstigen Entfeuchtungsbetrieb gibt es, neben der Widerstandsreduktion die zur Einsparung von elektrischer Energie führt, auch noch eine hohe thermische Energieeinsparung, insbesondere gegenüber einem üblichen Außenluftgerät mit Wärmerückgewinnung - ohne Umluftnutzung.

In Figur 5 ist ein Mess-Steuer-Regelmodul, integriert in einem Schaltschrank 23 als Block dargestellt, in dem die entsprechende Steuerung und Regelung für ein derartiges raumlufttechnisches Gerät im Gehäuse 1 untergebracht ist. In derartigen Modulen 23 sind entsprechende Programme hinterlegt, die es aufgrund der intelligenten Steuerung/Regelung ermöglichen, nach festen Programmen zu arbeiten bzw. bei den auch entsprechende änderungen der Programme innerhalb der Speicher möglich sind, um so eine individuelle Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten für ein raumlufttechnisches Gerät zu erfüllen.

Durch diese Anordnung der einzelnen Module gemäß Figur 5 entsteht in dem dargestellten raumluft- technischen Gerät über die gesamte Betriebszeit gemittelt ein relativ kleiner Teilwiderstand für die Ventilatormodule 3 und 4. Insbesondere für das Ventilatormodul 3 entsteht eine enorme Verringerung. Damit ist der elektrische Jahresenergiebedarf wesentlich niedriger als bei einer üblichen Reihenanordnung der Luftbehandlungsteile wie bei einem RLT- Gerät gemäß der Ausführungsart in Fig. 2 weltweit üblich.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 6 zeigt ein raumlufttechnisches Gerät in kompakter Bauweise, hier ebenfalls wie bei Fig. 5 mit integrierter Kühlmittelerzeugung, d. h. mit integrierter Kältemaschine, wo dessen luftgekühlter Kondensator 27 von der Abluft / Fortluft und / oder Außenluft gekühlt wird. Zudem hat wiederum es ein integriertes Mess-Steuer-Regelmodul 23. Mit der dargestellten, irgendwie gear- teten rekuperativen Wärmerückgewinnung ist es speziell für eine Anwendung in gemäßigten und kalten Klimazonen geeignet zur Versorgung von Räumen geeignet, die von Personen genutzt werden. Auch hier könnte das Bauteil 9 in der Fortluft befeuchtet werden und somit eine Vorkühlung in der Zuluft erfolgen, ohne dass sich der Widerstand für die beiden Ventilatoren erhöht.

Der Aufbau dieses raumlufttechnischen Gerätes nach Figur 6 ist insbesondere durch das Wärmerückgewinnungsmodul 9 geprägt. Dieses Wärmerückgewinnungsmodul 9 ist sowohl in dem Strömungsweg 44 als auch in dem Strömungsweg 51 bzw. 54 eingebaut. Bei einem Wärmerad könnten für die Bypass- wege 45 und 51 gegebenenfalls die bei einem rechteckigen Gehäuse entstehenden Ecken zwischen Kreisfläche und Rechteck mitgenutzt werden.

So ist es möglich, die Außenluft AUL als auch die Abluft ABL durch das Wärmerückgewinnungsmodul 9 hindurch im Gegenstrom parallel zu leiten. Diese Vorgehensweise hat Vorteile gegenüber der Ausführung der Figur 5, denn hier kann auch Feuchte zwischen der Abluft ABL und der Zuluft ZUL zurück ge- wonnen werden, wobei gleichzeitig ein höherer Wirkungsgrad bei der Wärmerückgewinnung erreicht werden kann als mit einem Kreislaufverbundsystem in der Regel möglich ist. Zudem kann das Wärmerad in der Fortluft stark befeuchtet werden, wodurch eine adiabtische Vorkühlung entsteht, die parallel zur Teilstrom geregelten eigentlichen Kühlung am Kühlmodul (10) genutzt werden kann

In diesem Gerätebeispiel der Figur 6 ist zusätzlich ein Modul 25 als Schalldämpfer oder als Kurzschalldämpfer in Kombination mit einem Volumenstromerfassungsgerät vorgesehen. Nach dem Schalldämpfermodul 25 wird die Abluft aufgeteilt auf die am Häufigsten benutzten Förderwege 48 der Umluft UML1 sowie der Strömungswege 51 und 54 der Fortluft FOL und auf den selten genutzten Strömungsweg 56 der UML2. Dabei kann jeder dieser Strömungswege 48, 51 und 54 ein eigenes Filtermodul 6 haben, was die Antriebsleistung des Abluftventilators 4 gegenüber einem ansonsten üblichen gemeinsamen Filter in der Abluft stark reduziert.. Durch diese Anordnung der Figur 6 entsteht im raumlufttech- nischen Gerät über die gesamte Betriebszeit gemittelt ein relativ kleiner Teilwiderstand für das Zuluftventilatormodul 3 und das Abluftventilatormodul 4. Speziell für das Zuluftventilatormodul 3 hat dies einen niedrigeren elektrischen Jahresenergiebedarf zur Folge.

Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Mischluftgerät mit dreifacher Umluftnutzungsmöglichkeit , das eine Befeuchtung ermöglicht, die hierbei aufgrund der speziellen Zuordnung der Luftbehandlungsbauteile nach dem Anordnungsgrundprinzip der Fig. 3 im Laufe eines Jahres nur eine geringe Befeur.htungsenergie erfordert. Dieses ebenfalls stark Luftförderungsenergie sparende Klima- gerät ist bevorzugt gedacht für Räume mit hoher Verlustwärme und Feuchteanforderungen, die mithilfe der Außenluftnutzung Strom sparender zu kühlen sind als mit einem reinen Umluftkühlsystem, also speziell geeignet für den Einsatz bei Rechenzentren und ähnlichen IT- Räumen. Dort entstehen stets sehr hohe Ablufttemperaturen.

Diese Ausführungsform eines raumlufttechnischen Geräts ist mit einem Gehäuse 1 versehen und weist Eingänge für Außenluft AUL und Abluft ABL sowie Ausgänge für Zuluft ZUL und Fortluft FOL auf. Für die Luftförderung auf dem Außenluft- Zuluft- Hauptströmungsweg ist ein stufenlos regelbarer Zuluftventilator 3 mit EC- Motor vorgesehen, für den Abluft- Fortluft- Hauptströmungsweg ein Fortluftventilator 4 mit der gleichen Antriebsart.

Die hier verwendete Außenluft AUL gelangt über die Strömungssteuereinrichtung 15a in das Gehäuse 1. Die Außenluft AUL kann mittels der Strömungssteuereinrichtung 13 mit dem Umluftströmungsweg 56; UML2 zum Strömungsweg 42 vereinigt werden, der über ein Außenluftfiltermodul 5 in den Strömungs- weg 43 übergeht. Nach dem Außenluftfiltermodul 5 teilt sich der Strömungsweg 43 abhängig der Strömungssteuereinrichtungen 16, 18, 19 in zwei parallele Strömungswege 44, 45 auf.

Im Strömungsweg 45 liegt ein Kühlmodul 10, das über einem Kühlwasserkreislauf mit dem Kühlwasserspeicher 30, verbunden ist, der eine stufenlos regelbaren Förderpumpe, aber kein Regelventil enthält. Wie bei den dargestellten Ausführungsbeispielen in Fig. 5 und Fig. 6 wird auch hier die vom Kühlmodul 10 benötigte Kühlenergie innerhalb des Gehäuses 1 durch eine darin integrierte Kältemaschine erzeugt. Die für das Kühlmodul 10 erforderliche variable Kühlenergie könnte aber auch alternativ von einer externen Kühlmittelerzeugung über entsprechende Leitungen, die in das Gehäuse 1 einführen, zugeführt werden.

Im Strömungsweg 44 befindet sich ein Befeuchtungsmodul 26, das in Form einer Dampflanze ausgebildet ist.

Nach Vereinigung der beiden parallelen Strömungswege 44, 45 ergibt sich ein Mischpunkt, von dem aus, abhängig der Einstellungen der Strömungssteuereinrichtungen 20, 21 , Teilvolumenströme über den Bypass-Strömungsweg 46 oder / und den resultierenden Strömungsweg 57 geführt werden.

Im weiteren Verlauf vereinigt sich der resultierende Strömungsweg 57 mit einem aus dem Abluft- Fortluft- Hauptströmungsweg abzweigenden unabhängigen Strömungsweg 48; UML 1. Der Volumen- ström über diesen, ist abhängig von der Strömungssteuereinrichtung 12.

Der Strömungsweg 48, der aus der Umluft UML1 gespeist wird und durch ein geeignetes Luftfiltermodul 6a fließt, vereinigt sich im Anschluss mit dem resultierenden Strömungsweg 57, die beide durch ein Wärmerückgewinnungsmodul 9a weiter führen. Nach dem Wärmerückgewinnungsmodul 9a werden diese zum Strömungsweg 59.

Die dort durchströmende Luft mischt sich saugseitig am Zuluftventilator 3 mit der Luft, die aus dem Strömungsweg 46 ankommt. Vom Zuluftventilator 3 wird ein variabler Volumenstrom aus den vereinigten Strömungswegen 59 und 46 als Zuluft ZUL in Abhängigkeit der aktuellen Kühllast in den versorgten

Raum, zumeist in einen Doppelboden gefördert. Dabei versteht es sich, dass der Druck nach dem Ventilator konstant zu halten ist, was durch eine stufenlose Drehzahländerung beim Zuluftventilator 3 erreicht wird.

Die dem Zuluftvolumenstrom über den gesamten Abluftvolumenstrom zugeordnete Teilabluftmenge aus dem Abluft-Fortluft- Hauptströmungsweg gelangt über den Filter 6b und die Strömungswege 49 und 51 und die Strömungssteuereinrichtung 11 saugseitig als Fortluft zum Ventilatormodul 4. Vom Ventilator 4 wird sie, geregelt durch die beiden Strömungssteuereinrichtungen 29a, 29b zu gleichmäßigen Teilen über die Strömungswege 53 und 54 geleitet und vereinigt über den Strömungsweg 55 und die Strö- mungssteuereinrichtung 15b und ein dort gegebenenfalls angeschlossenes Kanalnetz ins Freie gefördert. Die restliche Raumwärme wird hiermit sozusagen entsorgt.

Neben der Zuluftaufbereitung ist eine Abluftaufbereitung vorgesehen. Die Abluft ABL teilt sich, wie erwähnt in den Umluft-Strömungsweg 48; UML1 und einen Strömungsweg 49. Der Strömungsweg 49 verläuft über einen Luftfilter 6b in einen Verteilerpunkt. Abhängig von der Strömungssteuereinrichtung 14 ermöglicht diese eine weitere Umluft- Einleitung UML 3 in den Außenluft -Zuluft- Hauptströmungsweg, wobei sich der Umluft-Strömungsweg 50 mit dem Strömungsweg 45 vereinigen kann. Der Anteil der Abluft, der nicht über den Strömungsweg 50 als Umluft genutzt ist, kann über die Strömungssteuereinrichtung 11 über den Strömungsweg 51 zum Abluftventilator 4 fließen, der hier zumeist als Fortluft- Ventilator genutzt wird.

Im Abluftventilator 4 kann sich der Strömungsweg 51 , abhängig der Strömungssteuereinrichtung 18 mit dem Strömungsweg 52, der aus dem Außenluftweg abzweigt, verbinden.

Der Strömungsweg 53 verläuft über ein Kondensatormodul 27, der andere Strömungsweg 54 über ein Wärmerückgewinnungsmodul 9b. Die parallelen Strömungswege 54, 53 vereinigen sich anschließend zum Fortluft-Strömungsweg 55, von dem über die Strömungssteuereinrichtung 13 ein Teil des Volumenstroms wieder als Umluft UML2 nutzbar ist.

Zwischen dem Wärmerückgewinnungsmodul 9a im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg und dem Wärmerückgewinnungsmodul 9b in der Umluft UML1 findet ein Wärmeaustausch über ein geeignetes Kühlmedium statt. Beide Wärmerückgewinnungsmodule 9a, 9b sind dazu mit einem frostfreien Kühlwasserkreislauf verbunden, der mit einer stufenlos geregelten Pumpe ausgestattet ist.

Das dargestellte Klimagerät besitzt eine eigene Kühlmittelversorgung. Diese wird von einer, im Gehäuse 1 integrierten, jedoch auf verschieden Gehäuseteile verteilten, Kältemaschine erzeugt. Die zugehörigen Verdichter und gewisse Regeleinrichtungen befinden sich in der Kammer 24 über dem Kühlmodul 10. Der zugehörigen Verdampfer befindet sich mit einem Kühlwassersammelbehälter als Teil von 24 hinter dem Schaltschrank 23, dort verbunden mit dem Kühlwasser Pufferspeicher 30. Der zugehörige, gegebenenfalls mehrstufige, luftgekühlte Kondensator 27 ist in der Fortluftkammer, im Strömungsweg 54 integriert.

Diese Kältetechnik wird nur dann benutzt, wenn bei einer entsprechend hohen Außentemperatur die beiden Freien Kühlungsarten nicht mehr möglich sind. Dazu wird ab einer bestimmten warmen Außentemperatur ein gewisser Kühlmittelvorrat im Pufferspeicher 30 geschaffen. Der Pufferspeicher 30 ist mit dem Kühlmodul 10 mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden, der eine stufenlos geregelte kleine Pumpe und kein Regelventil enthält. Damit kann immer nur so wenig Kühlenergie wie sinnvoll und so viel wie nötig zum Kühlmodul 10 geleitet werden, die dort gerade aktuell benötigt wird. Wie schon oben ausgesagt, könnte die am Kühlmodul 10 benötigte, dann irgendwie und irgendwo anders erzeugte Kühlenergie auch von außerhalb des RLT- Gerätes kommen.

Eine entsprechend gestaltete Kältetechnik wird bei dieser Geräteart, zumindest in gemäßigten Klimazonen, zwar nur selten, aber dann doch für 3 unterschiedliche Betriebsarten mit jeweils anderen Gesamt- Strömungswiderständen für die beiden Ventilatoren 3 und 4 genutzt.

Zur Verwendung des raumlufttechnischen Geräts sind verschiedene Steuerungskonzepte vorgesehen.

Es wird hauptsächlich zwischen freier und maschineller Kühlung entschieden. Bei der sogenannten Freien Kühlung gibt es zwei Arten der Außenluftnutzung. Es wird zwischen der direkten und indirekten freien Kühlung unterschieden. Erst dann, wenn die Außenluft AUL so warm ist, dass sie nicht mehr zur Raumkühlung ausreicht, wird eine maschinelle Kühlungsart benutzt. Die maschinelle Kühlung fordert allerdings einen wesentlichen höheren Energiebedarf für die Luftförderung und natürlich zur Erzeugung des Kühlmittels. Die maschinelle Kühlung wird in folgende Betriebsfälle unterteilt: maschinelle Kühlung der Außenluft, maschinelle Kühlung zur Entfeuchtung und maschinelle Kühlung der Mischluft.

Zuerst wird die direkte freie Kühlung beschrieben. Diese Betriebsart findet vorrangig bei einem gemäßigten Außenklima wie beispielsweise in München, wo es eine durchschnittliche Außenluftkondition von ca. 12 ⁰ C und eine absolute Feuchte von ca. 6 g Wassergehalt pro kg Luft gibt, Anwendung.

Der Umluft-Anteil der zu bildenden Zuluft, liegt im Durchschnitt bei etwa 25 %, die über den Umluft- Strömungsweg 48; UML 1 zugeführt wird.

Durch den damit entstehenden Außenluftanteil von ca. 75% vom Volumenstrom des Zuluftventilators 3, der über parallele Strömungswege 44, 45 bzw. die darin liegenden Luftbehandlungsmodule 26, 10, 9a geführt wird, wird der Widerstand für den Zuluftventilator 3 stark reduziert und Antriebsenergie gespart.

Eine maschinelle Kühlung über eine Kältemaschine ist in diesem Fall nicht notwendig.

In dieser Betriebsart findet, wie bei Fig. 5 beschrieben, ein Mischluftbetrieb mit parallel genutzten Luftströmungswegen 44, 45 sowie ebenfalls parallel 46,57, übergehend in 59 statt. Dabei wird die häufig kühle Außenluft AUL mit einem stets warmen Abluft ABL Anteil, d. h. mit der vorzugsweise über den Umluftweg UML 1, gleich dem Strömungsweg 48, zugeleiteten Umluft bedarfsgerecht gemischt.

Es werden sowohl eine konstant zu haltende Zulufttemperatur als auch eine max. relative Feuchte angestrebt, gegebenenfalls mit anderen Sollwerten für den Sommer- und Winterbetrieb, welche hinter dem Zuluftventilator 3 mittels Sensoren gemessen werden.

Bei dieser Betriebsart, die bei einem gemäßigten Klima wie beispielsweise in München an ca. 51% der BetriebszGit vorkommt, ist nur ganz selten eine geringe Befeuchtung erforderlich., weshalb es reicht, wenn lediglich die Teilluftmenge im Strömungsweg 44 durch das Befeuchtungsmodul 26 bedarfsgerecht behandelt wird.

Für diesen Betriebsfall sind die Strömungssteuereinrichtungen 13, 14 und 18 grundsätzlich geschlossen.

Die ungemischte Außenluft AUL, die über das Außenluftfiltermodul 5 als Strömungsweg 43 ankommt, wird danach in Volumenströme der Strömungswege 44 und 45 gleichmäßig aufgeteilt. So wird lediglich die Teilluftmenge im Strömungsweg 44 durch das Befeuchtungsmodul 26 bedarfsgerecht behandelt.

Die wieder vermischten Strömungswege aus 44 und 45 werden daraufhin gleichmäßig auf die Strömungswege 46 und 57 aufgeteilt. Dazu sind die Strömungssteuereinrichtungen 16, 19, 20, 21 und alle 15 und 29 vollständig geöffnet.

Das Wärmerückgewinnungsmodul 9a, wird in dieser Betriebsart thermisch nicht genutzt.

Diese Form der Kühlung stellt ein besonders energiesparendes Vorgehen dar.

Im weiteren wird die indirekte Freie Kühlung beschrieben.

Diese Betriebsart findet bei sehr kühler und damit zwar relativ feuchter aber physikalisch doch zumeist sehr „trockener Außenluft" Anwendung. Diese Betriebsart kommt bei einem gemäßigten Außenklima, wie beispielsweise in München, zu ca. 40% der Betriebszeit zu tragen. Dabei gibt es eine durchschnittliche Außenluftkondition von ca. +1 ⁰ C und eine absolute Feuchte von ca. 3,5 g Wassergehalt pro kg Luft vor, was in etwa einer relativen Feuchte von 85% entspricht.

In diesem Betriebsfall sind die Strömungssteuereinrichtungen 16, 20 und vorerst auch 13 geschlossen. Die Strömungssteuereinrichtungen 12, 18, 19 und 29b im Strömungsweg 54 sind einschließlich aller Lufteinlässe und Luftauslässe am Gehäuse 1 geöffnet. Die Strömungssteuereinrichtungen 11, 14, 21 und 29a werden geregelt

Die Strömungssteuereinrichtung 13 wird nur dann etwas geöffnet, wenn am Außenluftfilter 5 Gefahr für Reifbildung entsteht. Dies ist jedoch sehr selten der Fall. Dann wird ein Teil der Umluft oder wie in diesem Beispiel dargestellt, ein Teil der Fortluft als Umluft UML 2 zur Vorwärmung der relativ feuchten Außenluft benutzt, was dessen relative Feuchte senkt und somit die Reifbildung verhindert.

Wie oben beschrieben, gelangt im Normalfall auch hier die Außenluft AUL über den Außenluftfilter 5 in den Förderweg 43. Dieser teilt sich nun danach aber in einen größeren Anteil des Volumenstroms auf, der über die Strömungssteuereinrichtung 18 und den Strömungsweg 52 saugseitig zum Fortluft- Ventilator 4 gelangt.

Ein kleinerer Teil, der Mindestaußenluftanteil, die sogenannte „Frischluftrate", gelangt über die geregelte Strömungssteuereinrichtung 19 als Strömungsweg 44 über eine nunmehr bis zu etwa 8 ⁰ C Außenluft

aktive Befeuchtungseinrichtung und die geregelte Strömungssteuereinrichtung 21 saugseitig zum Zuluftventilator 3. Die Strömungssteuereinrichtung 20 ist in diesem Fall geschlossen.

Vom Abluft-Fortluft- Hauptströmungsweg gelangt durch die geöffnete Strömungssteuereinrichtung 12 sehr viel Umluft als UML 1 über den Strömungsweg 48, den Filter 6a, über das Wärmerückgewinnungsmodul 9a saugseitig zum Zuluftventilator 3.

Dort wird die gegebenenfalls befeuchtete Außenluft AUL aus dem Strömungsweg 44 mit der Umluft UML1 vom Strömungsweg 48 gemischt und vom Zuluftventilator 3 aus, wie vorne geschildert, in den Druckboden, in ein Kanalnetz oder über am Gehäuse 1 angebrachte, entsprechend geeignete Zuluftauslässe direkt in den zu versorgenden Raum gefördert.

über das Wärmerückgewinnungsmodul 9b in der Fortluft welches in diesem Fall vorwiegend von sehr kalter Außenluft, beispielsweise in München unter 8°C, durchströmt wird, wird die Umluft UML 1 , die über das Wärmerückgewinnungsmodul 9a fließt, indirekt über die Außenluft gekühlt und anschließend als Hauptanteil für die Zuluft ZUL verwendet.

Dabei muss nur der kleine Außenluftanteil im Strömungsweg 44 ganz wenig befeuchtet werden.

Beim Wärmerückgewinnungsmodul 9a im Umluftweg UML 1 kann eine Leistungsregelung mit Widerstandsentlastung für den Zuluftventilator 3 durch die kombinierte Teilstromaufteilung stattfinden. Dazu wird bedarfsgerecht nur ein Teil der Umluft als UML 1 im Strömungsweg 48 gekühlt. Der restliche Umluftteil wird als UML 3 über die Strömungswege 49 und 50 und die Strömungssteuereinrichtung 14 in den Strömungsweg 45 geleitet. Dort wird das thermisch nicht aktive Kühlmodul 10 lediglich durchströmt. Dieser Umluftteil mischt sich mit der befeuchteten Außenluft und gelangt bei geschlossener Strömungssteuereinrichtung 20 und geregelt geöffneter Strömungssteuereinrichtung 21 zum Ventilator 3, wo saugseitig die Mischung mit dem gekühlten Umluftteil UML 1 zur Zuluft ZUL stattfindet.

Am Wärmerückgewinnungsmodul 9b in der Fortluft FOL findet zudem noch eine überlagerte Leis- tungsregelung statt, indem die vom Abluftventilator 4 zugeführte Luft mithilfe der beiden Strömungssteuereinrichtungen 29 geregelt auf die beiden Strömungswege 54 und 53 aufgeteilt wird. Das senkt häufig den Luftwiderstand und vermindert so die Antriebsleistung für den Abluftventilator 4.

Ist die Außenluft nicht kühl genug, um eine entsprechende Kühlleistung zu erzielen, ist eine maschinelle Kühlung erforderlich.

Die erste Betriebsart für eine maschinelle Kühlung wird angewendet, wenn die Außenluft zu warm ist, um noch als Zuluft genutzt zu werden und die Erhöhung der Zulufttemperatur aufgrund einer im Sommer zulässigen höheren Raumtemperatur bereits ausgeschöpft ist. Es wird die nunmehr zu 100 % verwendete Außenluft maschinell gekühlt. Sie wird dafür am Kühlmodul 10 in Verbindung mit einer gelegentlichen Teilluftumlenkung bedarfsgerecht behandelt. Dabei muss die Außenluft AUL in der Regel nur um eine kleine Differenz abgekühlt werden, insbesondere dann, wenn beispielsweise im Sommer eine höhere Zulufttemperatur zulässig ist als im Winter.

Bei ganz kleinen Kühlleistungen, die bei dieser Betriebsart in gemäßigten Klimazonen relativ häufig vorkommen kann, erfolgt die Leistungsregelung der Kühlung so, dass die Luft im Strömungsweg 45 etwas stärker abgekühlt und mit der im Bypassweg 44 durchlaufenden AUL vor den Strömungssteuer- einrichtungen 20 und 21 gemischt wird. Das senkt wiederum den Luftwiderstand und die Antriebsenergie beim Zuluftventilator 3, solange diese nicht von der zu erzeugenden Kühlenergie „aufgefressen wird". über das intelligente Mess-Steuer-Regelmodul 23 wird unter Beachtung des Kühlvorrats im Pufferspeicher 30 und der Ist-Drehzahl der Fördermenge der Kühlmittelpumpe entschieden, wie viel Luft bei welcher Kühlleistung als Bypass über den Strömungsweg 44 fließen soll. Bei steigender Kühlleistung wird die Außenluft AUL immer mehr und schließlich komplett über das Kühlmodul 10 gelenkt. Bei dieser Kühlart sind die Strömungssteuereinrichtungen 12, 13, 14 ständig und vorläufig auch 18 geschlossen, die Nummern 11, 16, 20, 21 und beide 29 ständig geöffnet und Nummer 19- geregelt.

Vom Abluft-Fortluft- Hauptströmungsweg gelangt über den Filter 6b und den Strömungsweg 49 über die geöffnete Strömungssteuereinrichtung 11 die komplette Abluft zum Fortluftventilator 4. Vom Mess- Steuer-Regelmodul 23 wird dabei bestimmt und über die Strömungssteuereinrichtungen 29 festgelegt, wie viel Teilluft der Ventilator 4 sowohl über den Kondensator 27 mit dem Strömungsweg 53 und den Bypassweg 54 schicken soll. Die am Kondensator stark erwärmte Fortluft durchströmt im gemeinsamen Strömungsweg 55 das dort ggf. angebrachte Wärmenutzungsbauteil 28 für externe Wärmenutzungen. Falls bei großen Kühlleistungen des Kühlmoduls 10 für die Zuluft, die Kühlung des Kondensators 27 mit der Abluft nicht reichen sollte, die Wärme aus dem Kältemaschinenprozeß abzuführen, wird dem sich dann schneller drehenden Fortluftventilator 4 über die Strömungssteuereinrichtung 18 zusätzlich ein Teil

der Außenluft AUL zugeführt. Dabei müssen die Strömungssteuereinrichtungen 11, 16 und 18 geregelt werden.

Bei dieser Betriebsart, die in München lediglich an ca. 6% der jährlichen Betriebszeit vorkommt, ent- stehen wesentlich höhere Widerstände für den Zuluftventilator 3 und den Fortluftventilator 4 als bei den Kühlarten der Freien Kühlung, die insgesamt ca. 91% vorkommt.

Ist die bei der direkten freien Kühlung zur Raumkühlung verwendete Außenluft so feucht, dass damit im Raum eine zu hohe Luftfeuchte entstehen würde, wird eine weitere Betriebsart mit maschineller Küh- lung verwendet.

Dabei wird ein nunmehr fest definierter Teil der Außenluft bei dem gleichen Durchströmungsverhältnissen wie bei der zuvor dort beschriebenen Betriebsart verwendet und am Kühlmodul 10 nun stärker, bis auf den Taupunkt, abgekühlt und somit entfeuchtet. Dazu werden die Strömungssteuereinrichtungen 11 und 16 entsprechend gedrosselt und die Strömungssteuereinrichtung 12 analog dazu regelnd geöffnet.

Die stark abgekühlte Außenluft ist aber als Zuluft ZUL zu feucht. Daher wird ein Teil des am Zuluftventilator 3 endgültig zu bildenden Zuluftvolumenstromes saugseitig als Umluft UML 1 beigemischt. Diese Luft kommt über die geregelte Strömungssteuereinrichtung 12 aus dem Strömungsweg 48.

In diesem Fall, der beispielsweise in München lediglich an etwa 2,5% der jährlichen Betriebszeit vorkommt, wo Außentemperaturen von ca. +16 ⁰ C bis etwa +3O ⁰ C und einer absoluten Feuchte von mehr als 11 g Wasser pro kg Luft anfallen, gelangt der restliche Abluftvolumenstrom nur über die Strömungs- wege 53 und 55 zum luftgekühlten Kondensator 27 und zur Fortluftöffnung FOL am Gehäuse 1. Am Kondensator 27 wird dem ablaufenden Carnot- Kälteprozess wiederum die Wärme entzogen, die am Bauteil 28 im Strömungsweg 55 für andere Zwecke, beispielsweise über einen Verdampfer als Teil einer Wärmepumpe wieder gewonnen wird.

Bei diesem Betriebszustand des Verfahrens sind die Strömungssteuereinrichtungen 13, 14, 19 und 29b im Strömungsweg 54 ständig und vorerst auch 18 geschlossen, während die Strömungssteuereinrichtungen 16, 20, 21 und 29a geöffnet sind. Es versteht sich, dass die Strömungssteuereinrichtungen 15a, 15b, 15c, 15d an den Lufteinlässen und Luftauslässen am Gehäuse 1 wie bei jeder anderen Betriebsart geöffnet sind.

Sollte die Abluft ABL zur Kühlung des Kondensators 27 nicht ausreichen, wird über die Strömungswege 45 und 52 ein Teil der Außenluft, angesaugt vom Fortluftventilator 4 dem Strömungsweg 53 beigemischt.

Nun folgt noch die in gemäßigten Klimazonen der Erde extrem seltene Betriebsweise einer maschinellen Kühlung mit Mischluft. Sie kommt beispielsweise in München unter 0,5% des Jahres vor und funktioniert, wie im Folgenden beschrieben.

Ist die im Sommerbetrieb entstehende Abluft kühler als die zur Verfügung stehende Außenluft und der Sollwert der Zuluft wegen der max. zugelassenen Raumtemperatur auf seinen max. zulässigen Wert erhöht wurde, dann findet im Klimagerät ein Mischluftkühlbetrieb statt. Dieser erfordert sowohl einen sehr hohen Energiebedarf (Strombedarf) für die Kältemaschine als auch einen erhöhten Energiebedarf (Strombedarf) für die Luftförderung gegenüber der Kühlart der direkten freien Kühlung. Hierbei wird aus dem Abluft-Fortluft- Hauptströmungsweg vom Strömungsweg 49 übergehend in den Strömungsweg 50 ein großer Umluftanteil UML 3 abgezweigt und über die Strömungssteuereinrichtung 14 in den Strömungsweg 45 geleitet.

Der gewünschte Teil der am Außenluftfilter 5 gereinigten Außenluft, die Mindestaußenluftrate, wird über den Strömungsweg 43 und 45 der Umluft UML 3 beigemischt. Damit das richtig funktioniert, müssen vom intelligenten Mess-Steuer-Regelmodul 23 die Strömungssteuereinrichtungen 12, 13, 19 und 29a im Strömungsweg 54 geschlossen, die Strömungssteuereinrichtungen 20 und 21 geöffnet und die Strömungssteuereinrichtungen 11, 14, 16 und 18 wie bei einem bekannten Vierklappensystem geregelt werden. Der luftgekühlte Kondensator 27 wird hierbei vorwiegend von der, vom Fortluftventilator 4 angesaugten Außenluft AUL über die nacheinander folgenden Strömungswege 42, 4345 und 52 und 53 gekühlt.

Bezugszeichenliste

10 1 Gehäuse

2 Zuluftventilatormodul

3 Zuluftventilatormodul

4 Abluftventilatormodul

5 Außenluftfiltermodul 15 6 Luftfiltermodul

6a Luftfiltermodul im Umluftweg

6b Luftfiltermodul im Fortluftweg

7 Luftfiltermodul (Aktivkohlefilter)

8 Heizmodul

20 9 Wärmerückgewinnungsmodul

9a Wärmerückgewinnungsmodul

9b Wärmerückgewinnungsmodul

10 Kühlmodul

11 Strömungssteuereinrichtung 25 12 Strömungssteuereinrichtung

13 Strömungssteuereinrichtung

14 Strömungssteuereinrichtung

15 Strömungssteuereinrichtung 15a Strömungssteuereinrichtung

30 15b Strömungssteuereinrichtung

15c Strömungssteuereinrichtung

15d Strömungssteuereinrichtung

16 Strömungssteuereinrichtung

17 Strömungssteuereinrichtung

18 Strömungssteuereinrichtung

19 Strömungssteuereinrichtung

20 Strömungssteuereinrichtung

21 Strömungssteuereinrichtung

22 Strömungssteuereinrichtung

23 Mess-Steuer-Regelmodul

24 Kammer für Kältetechnik

25 Schalldämpfermodul

26 Befeuchtungsmodul

10 27 Kondensatormodul

28 Verdampfermodul

29 Luftmengenabsperrmodul

29a Luftmengenabsperrmodul

28b Luftmengenabsperrmodul

15 30 Kammer für Kältetechnik oder Kaltwasserspeicher

31 Trennwand

32- 61 Strömungsweg

100 erstes Luftbehandlungsmodul

102 zweites Luftbehandlungsmodul

20 104 erster paralleler Strömungsweg

106 zweiter paralleler Strömungsweg

108 resultierender Strömungsweg

110 Bypass-Strömungsweg

112 T ^p iktr ^ή mi mπswftα

25 114 unabhängiger Strömungsweg

116 Außenluft-Strömungsweg

118 Umluft-Strömungsweg

120 Drittes Luftbehandlungsmodul

ABL Abluft

30 AUL Außenluft

FOL Fortluft

M Mischpunkt

UML Umluft

ZUL Zuluft

35