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DE102008053814A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen Download PDF

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DE102008053814A1
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Frank Buss
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Luftbehandlung in Offshore Wind-Energieanlagen mit einem Turm 10, an dessen oberem Ende eine Gondel 11 mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt 12 und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate 16 wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul 15 des Turmes 10 angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und Luftaustrittsöffnungen 3 aufweist. Aus der Umgebung des Turmes 10 über die Lufteintrittsöffnung angesaugte Außenluft AL wird über einen ersten Strömungsweg AL'-ZL eines Luftbehandlungssystems 6 mit einer Luftbehandlungseinrichtung 5 mit getrennten Strömungswegen AL'-ZL, UL geführt. Der in Wärme tauschender Verbindung mit dem ersten Strömungsweg AL'-ZL stehende zweite Strömungsweg UL wird in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul 15 geführt und gibt die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 aufgenommene Wärmeenergie über die Luftbehandlungseinrichtung 5 an den ersten Strömungsweg AL'-ZL ab, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls 15 erwärmte Zuluft ZL" mit Überdruck an den Innenraum 100 des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 21 bis 23.
  • Windkraftanlagen oder korrekter Wind-Energieanlagen und insbesondere Offshore Wind-Energieanlagen bestehen entsprechend der Prinzipdarstellung in 1 aus einem im Meeresboden gegründeten Turm 10, an dessen Spitze eine Gondel 11 angeordnet ist, in der sich ein Generator befindet, der über eine Antriebswelle und ein Getriebe mit in dem dargestellten Beispiel drei Rotorblättern 12 verbunden ist, deren Anstellwinkel im allgemeinen zur Optimierung des Windantriebs verstellbar sind. Die vom Generator abgegebene elektrische Leistung wird mittels elektrischer und elektronischer Komponenten und Aggregate 16 wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Steuer- und Regeleinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter etc. aufbereitet und über Kabel zum Festland übertragen. Die in einem Aggregatemodul 15 des Turmes 10 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 steuern und regeln zudem den Betrieb des Generators, Anstellung der Rotorblätter etc.
  • Zur Kühlung der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 wird Außenluft AL über eine im allgemeinen unterhalb des Aggregatemoduls 15 angeordnete Lufteintrittsöffnung 14, beispielsweise eine Öffnung in einer Zugangstür im Turm 10, von einem Luftaufbereitungsgerät 2, dessen Komponenten in 2 schematisch dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden, angesaugt, gereinigt und mit Überdruck als Zuluft ZL an den Innenraum des Turmes 10 so abgegeben, dass der eingebrachte und größtenteils gereinigte Zuluftstrom ZL das Aggregatemodul 15 durchströmt, die von den elektrischen und elektronischen Komponenten und Aggregaten 16 abgegebene Abstrahlungswärme aufnimmt und über Abströmöffnungen 13 in der Gondel 11 als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird. Durch den Überdruck im Innenraum des Turmes 10 wird verhindert, dass über Undichtigkeiten salzhaltige Seeluft in das Innere des Turmes 10 und die Gondel 11 eindringt und dadurch Korrosionsprozesse beschleunigt. Dabei strömt die teilweise entsalzte Luft frei durch das Aggregatemodul 15 und den Turm 10 bis zur Gondel 11 und kann dort durch Undichtigkeiten per Überdruck abströmen.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung ein konventionelles Luftaufbereitungsgerät 2 zur Entsalzung der Seeluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes 10. In einer ersten Stufe weist das Luftaufbereitungsgerät 2 einen ersten Tropfenabscheider 21 als Hauptabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt etc. auf. In einer zweiten Stufe sind als Aerosol-Filter ausgebildete Koaleszenzabscheider 22, 23 vorgesehen, die Aerosole binden und größere Tropfen bilden. In einer dritten Stufe folgt ein zweiter Tropfenabscheider 24 als Nachabscheider, der die zuvor gebildeten Tropfen abfängt und abscheidet. Die erforderliche Luftströmung wird mittels eines Außenluft- oder Überdruckventilators 25 erzeugt.
  • Das in der Offshore Wind-Energieanlage 1 vorgesehene Luftaufbereitungssystem gemäß 2 erfüllt damit folgende Aufgaben:
    • 1. mit einem gereinigten Luftstrom wird die Oberflächenwärme der Komponenten im Turm 10 und in der Gondel 11 abgeführt;
    • 2. die eingebrachte Seeluft (Außenluft) wird von den in der Luft enthaltenen Salzaerosolen zum Schutz der innerhalb des Turmes 10 der Offshore Wind-Energieanlage 1 im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 vor Korrosion gereinigt;
    • 3. durch Überdruck der in den Turm 10 und die Gondel 11 eingebrachten und größtenteils gereinigten Zuluft ZL wird verhindert, dass Seeluft mit einem hohen Salzgehalt eindringt. Dabei wird der Zuluft- und Überdruckventilator 45 in Abhängigkeit von der äußeren Windgeschwindigkeit druckabhängig betrieben, wobei ein Überdruck von ca. 2000 Pa erzeugt werden kann, so dass selbst bei Starkwind, d. h. bei Windgeschwindigkeiten bis 56 m/sec, die eingebrachte, größtenteils gereinigte Zuluft ZL über im wesentlichen in der Gondel 11 vorhandene Undichtigkeiten 3 und durch entsprechende Überdruckklappen entweichen, d. h. nach außen abströmen kann, während das Eindringen von ungereinigter, salzhaltiger Seeluft selbst bei Starkwind in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 11 durch den erzeugten Überdruck verhindert wird.
  • Nachteilig bei dieser konventionellen Luftaufbereitung in Offshore Wind-Energieanlagen 1 ist, dass die Aufbereitung der See- oder Außenluft AL durch Entsalzung zwar eine starke Reduzierung des Salzgehaltes erreicht, jedoch wird permanent ein Restgehalt an Salz in den Turm 10 eingetragen, insbesondere in Form von in der Außenluft gelösten Aerosolen, die von den Tropfen- und Koaleszenzabscheidern des Luftaufbereitungsgerätes 2 nicht ausgefiltert werden können. So wird der Sollwert des Restsalzgehaltes der Luft von ca. 0,005 mg/m3 um das 100-fache übertroffen, so dass die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 trotz der Luftaufbereitung kontaminiert werden und nach verhältnismäßig kurzer Zeit eine erhebliche Korrosion der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 stattfindet.
  • Salz weist in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt unterschiedliche Aggregatzustände auf. Bei einem Feuchtegehalt von > ca. 70% befindet sich Salz im flüssigen Aggregatzustand. Bei einem Feuchtegehalt zwischen ca. 40% und ca. 70% liegt eine Mischform von flüssigem Salz, Salzaerosolen und Salzpartikeln vor, während bei einem Feuchtegehalt von < ca. 40% Salz in gebundenen Partikeln (sozusagen als Staub) vorliegt. Da somit bei einem Feuchtewert von weniger als ca. 40% Salz zu Partikeln kristallisiert, ist eine Reduzierung bzw. Eliminierung des Salzgehaltes mittels Hochleistungsfilter möglich, wenn in jeder Jahreszeit ein Feuchtegehalt von weniger als ca. 40% erreicht wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen und insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen anzugeben, die eine Eliminierung bzw. Reduzierung des Salz- und Feuchtegehaltes und damit der Gefahr der Kondensation (Taupunktunterschreitung) der an das Aggregatemodul und in den Turm bzw. die Gondel mit Überdruck abgegebenen Luft gewährleisten.
  • Diese Aufgabenstellung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Vorrichtungen mit den Merkmalen der Ansprüche 21 bis 23 gelöst.
  • Die erfindungsgemäßen Lösungen gewährleisten eine Eliminierung oder zumindest eine erhebliche Reduzierung des Salz- und Feuchtegehaltes und damit Verminderung der Gefahr der Kondensation durch Taupunktunterschreitung eines an das Aggregatemodul und in den Turm bzw. die Gondel von einem Außenluftventilator mit Überdruck abgegebenen Außen- oder Zuluft-Volumenstromes und damit die Gefahr einer Korrosion der im Aggregatemodul angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate sowie der Innenwand und den Geräten im Turm und in der Gondel.
  • Diese einfache Luftbehandlungseinrichtung geht davon aus, dass durch Aufheizen der Außenluft auf eine relative Feuchte von 40% die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in einem Hochleistungsfilter als Salzpartikel abgeschieden werden können. Damit ist zwar eine deutliche Reduzierung des Restsalzgehaltes und damit der Korrosionsgefahr im Aggregatemodul sowie im Innern des Turmes und in der Gondel verbunden, jedoch kann nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sichergestellt werden, dass die Luftströmung im Aggregatemodul und im Innern des Turmes sowie der Gondel in der Weise aufrechterhalten wird, dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme hinreichend sicher abgeführt wird und zum anderen eine Korrosionsgefahr im Innern des Turmes und der Gondel ausgeschlossen werden kann.
  • Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die Wind-Energieanlage während vieler Jahresstunden nicht in Betrieb ist, beispielsweise bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken. Um auch während dieser Jahresstunden eine größtmögliche Sicherheit bezüglich Überdruckhaltung, Salzfreiheit, Temperaturhaltung, Luftfeuchte und Vermeidung von Kondensation der an das Aggregatemodul und in den Turm sowie die Gondel abgegebenen Zuluft zu gewährleisten, ist ein Notbetrieb erforderlich, der mit diesem Verfahren nur unzureichend gewährleistet werden kann.
  • Ein verbessertes Luftbehandlungssystem ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft in einer Luftbehandlungseinrichtung abgekühlt und dabei die absolute Feuchte der Außenluft herabgesetzt wird, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft erreicht ist, bei der die in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft als Zuluft an den Innenraum des Turmes und/oder an das Aggregatemodul abgegeben wird.
  • Durch die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft und die anschließende Nachheizung wird ein Feuchtewert der behandelten Außenluft von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht, so dass die noch in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und abgeschieden werden können. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft strömt die Zuluft frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul und durch den oberen Teil des Turmes bis zur Gondel. Dadurch wird erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul zur Gondel an keiner Stelle das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relative Luftfeuchte von 100%, erreichen kann, was die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion erheblich vermindert.
  • Ein weiter optimiertes Luftbehandlungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft einer Luftbehandlungseinrichtung mit getrennten Strömungswegen zugeführt wird, in der ein in Wärme tauschender Verbindung mit der Außenluft stehender Umluftstrom in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenommene Wärmeenergie an die Außenluft abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls erwärmte Zuluft mit Überdruck an den Innenraum des Turmes und der Gondel abgegeben wird.
  • Das optimierte Luftbehandlungssystem gewährleistet eine leistungsstarke Entwärmung der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate und eine kontrollierte Temperaturhaltung im Turm bis zur Gondel durch geregelte Wärmeübertragung mit Speisung aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate. Infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme wird erreicht, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft nicht mehr frei durch das Aggregatemodul strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate nicht kontaminieren kann.
  • Vorzugsweise werden der Volumenstrom der Außenluft und/oder der Umluft unabhängig voneinander erzeugt und zur Einstellung des Wärmeübergangs im Aggregatemodul und/oder der Temperatur oder Feuchte der Zuluft gesteuert und geregelt.
  • Die Steuerung und Regelung der umgewälzten Umluft ermöglicht eine stufenlose Anpassung der erforderlichen Umluft und damit eine Umwälzung geeigneter Luftmengen. Durch variable Luftmengen sowohl der Außenluft zur Zuluft als auch der Umluft in Abhängigkeit von Parametern wie Außenlufttemperatur, Feuchte und Salzgehalt der Außenluft sowie in Abhängigkeit von der im Aggregatemodul geforderten Entwärmungsleistung und einer Notbeheizung bei Stillstand der Wind-Energieanlage kann die Luftbehandlung erheblich beeinflusst werden. Insbesondere ist mit einer Einstellung variabler Luftmengen der Außenluft-Zuluft bzw. der Umluft ein wesentlicher Einflussfaktor auf den Energieverbrauch bzw. die Energiekosten gegeben, da eine Absenkung der Außenluft-Zuluft- und Umluft-Luftmengen im abgesenkten Betrieb bei entsprechenden Wetterbedingungen und bei geringeren Wärmelasten im Aggregatemodul auch Energiekosten einspart.
  • In einer Ausführungsform enthält die Luftbehandlungseinrichtung ein Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, durch das die hermetisch voneinander getrennten Strömungswege des Außenluft-Zuluftstromes und des Umluftstromes geführt werden und einen in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor und/oder nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung angeordneten Kondensator oder Reheat-Register einer Entfeuchtungswärmepumpe, die einen Verdampfer, den mindestens einen Kondensator oder Reheat-Register, und einen Kompressor enthält.
  • Unabhängig von einer Anordnung des Kondensators der Entfeuchtungswärmepumpe in Strömungsrichtung vor oder nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung wird der Entfeuchtungszweck, d. h., die Feuchtereduzierung in gleicher Weise erfüllt.
  • Die Anordnung des Kondensators der Entfeuchtungswärmepumpe in Strömungsrichtung vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung mit einer sofortigen Nachheizung (Reheat) nach dem Abkühlen im Verdampfer der Entfeuchtungswärmepumpe reduziert zwar den Abkühlungseffekt des Umluftstromes im Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, da der Außenluft-Zuluftstrom bereits im Kondensator erwärmt wurde, was technisch nachteilig wäre, die Funktionsfähigkeit der Entfeuchtungswärmepumpe aber nicht beeinträchtigen würde.
  • Wird der Außenluft-Zuluftstrom unmittelbar nach dem Austritt aus dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung, d. h. nach der aus vom Umluftstrom abgegebenen Wärme, mit der Energie aus dem Entfeuchtungsprozess über den Kondensator bzw. das Reheat-Register zusätzlich erwärmt, so wird ein noch günstigerer, nämlich niedrigerer Wert der relativen Feuchte des Außenluft-Zuluftstromes bewirkt.
  • Die Anordnung des Verdampfers und Kondensators ist nicht zwingend am Lufteintritt oder Luftaustritt des Plattenwärmetauschers erforderlich, sondern kann auch irgendwo innerhalb des Kanalsystems des in den Turm eingeblasenen Zuluftstromes vorgesehen werden.
  • Alternativ enthält die Entfeuchtungswärmepumpe zwei Kondensatoren oder Reheat-Register, von denen ein erster Kondensator in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung und der zweite Kondensator in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung angeordnet ist. Durch Umschaltung vom ersten Kondensator auf den zweiten Kondensator oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators zum ersten Kondensator wird der Zuluftstrom weiter aufgeheizt.
  • Die Anordnung von zwei Kondensatoren und deren wechselseitige Schaltung hat den Vorteil, dass den unterschiedlichen Anforderungen zwischen Sommer- und Winterbetrieb besser entsprochen werden kann, da der Wirkungsgrad des Luftbehandlungsgeräts mit Wärmerückgewinnung beziehungsweise dessen Wärmeübertragung von der Temperaturdifferenz bestimmt wird. Dem entsprechend wird der erste Kondensator vorzugsweise im Winter und der zweite Kondensator vorzugsweise im Sommer genutzt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen können auch beide Kondensatoren im Teillastbe trieb gefahren werden, wobei beide Kondensatoren im wechselseitigen Betrieb oder mit variablen Teillasten automatisch geregelt werden.
  • Vorzugsweise wird der Anteil des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung geführten Außenluft-Zuluftstromes in Abhängigkeit von einer Temperatur- und/oder Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems eingestellt.
  • Durch die Einstellung des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung geführten Außenluft-Zuluftstromes kann Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung genommen werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist im Umluftströmungsweg ein Kondensator angeordnet, auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul umgeschaltet wird.
  • Durch diese Ausführungsform kann bei Heizbedarf im Aggregatemodul, beispielsweise in den Wintermonaten bei niedrigen beziehungsweise zu geringen Temperaturen und/oder Notbetrieb bei Stillstand der Offshore Wind-Energieanlage, von der aus dem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register und Kompressor gebildeten Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom vom Kondensator der Entfeuchtungswärmepumpe auf den Kondensator im Umluftstrom umgeschaltet werden, so dass die Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL die an das Aggregatemodul abgegebene Zuluft der Umluft des zweiten Strömungsweges erwärmt. Die Energie für diesen Heizbetrieb wird dabei von anderen der im Verbund betriebenen Offshore Wind-Energieanlagen geliefert.
  • Durch einen Bypass vom Zuluftstrom zum Umluftstrom zwischen der aus dem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register, Kompressor und Hochleistungsfilter gebildeten Entfeuchtungswärmepumpe im Umluftstrom zur Überdruckhaltung im Umluftstrom wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul strömende Umluft nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird, wobei die erforderliche Bypass-Luftmenge sehr klein ist, den Feuchtegehalt der Umluft nicht nennenswert beeinflusst und verhindert, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung in das Aggregatemodul eindringen können.
  • Vorzugsweise wird der von der Luftbehandlungseinrichtung an das Turminnere abgegebene Zuluftstrom über eine Wärmetauscheinrichtung geführt wird, die aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenommene Wärmeenergie an den Zuluftstrom in Abhängigkeit von der Lufttemperatur im Innenraum des Turmes und der Gondel abgibt, wobei die Zuluft zumindest in dem Abschnitt zwischen der Luftbehandlungseinrichtung und dem Eintritt in den Innenraum des Turmes in einem Zuluftkanal geführt wird.
  • Die Wirkung und positiven Folgen der Wärmetauscheinrichtung bestehen darin, dass zur Vermeidung von Kondensation innerhalb des Turmes und der Gondel die Luft über die Wärmetauscheinrichtung so weit erwärmt wird, d. h. eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, dass selbst durch den Kühleffekt der Turmwandungen und ein Wiederabsinken der Temperatur der Zuluft im Turm und der Gondel der Taupunkt nicht erreicht wird.
  • Die Luftbehandlungseinrichtung bewirkt nicht nur eine Entfeuchtung und Entsalzung der vom Luftaufbereitungsgerät abgegebenen Außenluft, sondern übernimmt auch die Entwärmung des Aggregatemoduls durch eine gezielte Luftabsaugung aus den einzelnen Etagen beziehungsweise Plattformen des Aggregatemoduls über Umluft-Abluftkanäle sowie eine gezielte Luftzufuhr über Umluft-Zuluftkanäle in die einzelnen Etagen oder Plattformen des Aggregatemoduls.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die von der Luftbehandlungseinrichtung abgegebene Zuluft zusätzlich entfeuchtet, mit der aus dem Entfeuchtungsprozess gewonnenen Energie vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes erwärmt und mit hoher Geschwindigkeit und vorzugsweise im Zentrum des Turmdurchmessers in den Innenraum des Turmes eingeblasen.
  • Weiterhin kann die über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft über einen Tropfenabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt geleitet werden.
  • Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Luftbehandlungssystem einem Luftaufbereitungsgerät zur Entsalzung der Außenluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes strömungsmäßig nachgeschaltet, das vorzugsweise einen ersten Tropfenabscheider zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt und dergleichen, einen Koaleszenzabscheider zur Bildung größerer Tropfen, einen zweiten Tropfenabscheider als Nachabscheider zum Abfangen und Abscheiden der zuvor gebildeten Tropfen und einen die erforderliche Luftströmung erzeugenden Außenluft- oder Überdruckventilator aufweist.
  • Eine erste Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einer Heizeinrichtung oder einem Lufterhitzer zum Erwärmen der Außenluft oder in einem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät entsalzter und entfeuchteter Außenluft und einem Hochleistungsfilter zur Filterung der zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft oder entsalzten und entfeuchteten Außenluft und zur Abgabe erwärmter Zuluft über das Aggregatemodul in den Turm und in die Gondel.
  • Diese einfache Luftbehandlungseinrichtung ermöglicht es, durch Aufheizen der Außenluft auf eine relative Feuchte von 40% die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in einem Hochleistungsfilter als Salzpartikel abzuscheiden. Die damit verbundene deutliche Reduzierung des Restsalzgehaltes und damit der Korrosionsgefahr im Aggregatemodul sowie im Innern des Turmes und in der Gondel kann jedoch nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sicherstellen, dass die Luftströmung im Aggregatemodul und im Innern des Turmes sowie der Gondel in der Weise aufrechterhalten wird, so dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme hinreichend sicher abgeführt wird und zum anderen eine Korrosionsgefahr im Innern des Turmes und der Gondel ausgeschlossen werden kann. Auch ist kein Notbetrieb bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken möglich.
  • Eine verbesserte Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einer aus einem Verdampfer zum Herabsetzen des absoluten Feuchtegehaltes der zugeführten Außenluft oder der in einem vorgeschalteten Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät entsalzten und entfeuchteten Außenluft, einem Kondensator oder ein Reheat-Coil zum Nachheizen der Außenluft auf eine relative Luftfeuchte kleiner oder gleich 40% und einem Kompressor bestehenden Entfeuchtungswärmepumpe, und mit einem Hochleistungsfilter zur Salzabscheidung.
  • Mit der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung wird durch die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft und die anschließende Nachheizung ein Feuchtewert der behandelten Außenluft von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht, so dass die noch in der Außenluft enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und in einem Hochleistungsfilter abgeschieden werden können. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft strömt die Zuluft frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul und durch den oberen Teil des Turmes bis zur Gondel. Dadurch wird erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul zur Gondel an keiner Stelle das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relativen Luftfeuchte von 100%, erreichen kann, was die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion erheblich vermindert. Allerdings ist damit keine energetisch optimale Lösung und keine gezielte Luftführung im Aggregatemodul bzw. Im Turminneren möglich.
  • Ein optimiertes Luftbehandlungssystem mit einer dritten, optimalen Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm, an dessen oberem Ende eine Gondel mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul des Turmes angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung und eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung aus der Umgebung des Turmes feuchte und salzhaltige Außenluft angesaugt wird, ist gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung mit einem Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen, wobei der erste Strömungsweg die über die Lufteintrittsöffnung angesaugte Außenluft zu der an den Innenraum des Turmes mit Ausnahme des Aggregatemoduls abgegebenen Zuluft führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft an das Aggregatemodul abgibt und Abluft bzw. Rückluft aus dem Aggregatemodul ansaugt.
  • Vorzugsweise enthält die Luftbehandlungseinrichtung mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem einen Plattenwärmetauscher, der in Strömungsrichtung des ersten Strömungsweges nach einem mit der Lufteintrittsöffnung verbundenen Luftaufbereitungsgerät zur Entsalzung der angesaugten Außenluft angeordnet ist.
  • Das optimierte Luftbehandlungssystem gewährleistet eine leistungsstarke Entwärmung der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate, eine kontrollierte Temperaturhaltung im Turm bis zur Gondel durch geregelte Wärmeübertragung mit Speisung aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate und infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft nicht mehr frei durch das Aggregatemodul strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate nicht kontaminieren kann.
  • Vorzugsweise weist der Plattenwärmetauscher auf der Eintrittsseite der im Verdampfer der Entfeuchtungswärmepumpe heruntergekühlten Außenluft verstellbare Bypassklappen auf, mit denen die Anzahl der Platten des Plattenwärmetauschers eingestellt werden können, die im Außenluft-Zuluftstrom zum Energieaustausch genutzt oder am Energieaustausch vorbeigeführt werden sollen, so dass über die Verstellung der Bypassklappen Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung genommen werden kann und die Bypassklappen in eine Temperatur- und Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems einbezogen werden können.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist der Außenluftventilator auf der Saugseite, in Strömungsrichtung der Außenluft zur Zuluft hinter der Luftbehandlungseinrichtung angeordnet.
  • Grundsätzlich kann der Außenluftventilator sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite angeordnet werden. Letzteres beispielsweise dann, wenn der Außenluftventilator, bereits Bestandteil eines vorhandenen, konventionellen Luftbehandlungsgeräts ist und die Luftbehandlungseinrichtung nachgerüstet wird. Vorteile bietet jedoch die Anordnung des Außenluftventilator auf der Saugseite der Luftbehandlungseinrichtung, da er sich hier in trockener, salzfreier Luft befindet, wodurch die Gefahr einer Korrosion des Außenluftventilators erheblich reduziert wird und daher nur geringe Ansprüche an die Materialgüte des Außenluftventilators zu stellen sind. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung des Außenluftventilators auf der Saugseite Platzierungen des Außenluftventilators, die vom Aggregatemodul über sämtliche Zwischendecks des Turmes bis hin zur Gondel als Aufstellungsort möglich und geeignet sind.
  • Durch die Anordnung eines Zuluftkanals von der Luftbehandlungseinrichtung zu dem vom Aggregatemodul getrennten Innenraum des Turmes wird in konsequenter Weiterführung der Trennung der beiden Strömungswege durch den Plattenwärmetauscher die entsalzte und entfeuchtete Zuluft im Zuluftkanal isoliert von der im Aggregatemodul zirkulierenden Umluft zum Turminneren geführt, so dass in der Zuluft noch enthaltene Feuchte oder Salzaerosole nicht an die empfindlichen elektrischen und elektronischen Geräte im Aggregatemodul gelangen können.
  • Vorzugsweise ist der Zuluftkanal mit einem Wärmetauscher verbunden, der von den im Aggregatemodul angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate aufgenommene Wärmeenergie an den in den Innenraum des Turmes führenden Zuluftstrom des ersten Strömungsweges abgibt, wobei die vom Wärmetauscher an den Zuluftstrom abgegebene Wärmeenergie in Abhängigkeit von der Temperatur im Innenraum des Turmes und/oder der Gondel regelbar und mindestens ein die Temperatur im Innenraum des Turmes und/oder der Gondel erfassender Temperatursensor mit einer Regeleinrichtung verbunden ist.
  • In analoger Weise wird die Umluft in Zuluft- und Abluftkanälen vom Plattenwärmetauscher zum und vom Aggregatemodul geführt, so dass der Umluftstrom gezielt über die Luftführungskanäle in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls geführt wird, die von den Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebene Wärme abtransportiert und damit verhindert, dass Restfeuchte und Restsalzgehalt in das Aggregatemodul eindringen können, wobei die Luftführungskanäle zudem eine gezielte Luftführung und Entwärmung bewirken, so dass die Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate unabhängig von ihrem Standort wirksam gekühlt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Umluft-Strömungsweg ein weiteres Hochleistungsfilter angeordnet, mit dem Salzpartikel, die in der ersten Behandlungsstufe nicht restlos beseitigt werden konnten, zusätzlich abgeschieden werden.
  • Um den Luftwiderstand, der durch die Anordnung des Hochleistungsfilters im Umluftstrom bedingt ist, und damit den Energieverbrauch der Luftbehandlungseinrichtung abzusenken, ist das weitere Hochleistungsfilter in einem Bypass mit zwei Jalousieklappen angeordnet, deren Stellung in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes festlegt, der durch das im Bypasskanal angeordnete Hochleistungsfilter geleitet wird.
  • In bevorzugter Ausführung weist der Umluftventilator zur stufenlos variablen Förderung von Umluftmengen einen geregelten Antrieb auf, wodurch eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung geschaffen wird. Eine Reduzierung der Luftmenge des Umluftstromes hat beispielsweise zur Folge, dass weniger Energie durch den Plattenwärmetauscher auf den Außenluft-Zuluftstrom übertragen wird.
  • Sowohl im Außenluft-Zuluftstrom als auch im Umluftstrom kann eine jeweils aus einem Verdampfer bzw. Kühler, Kondensator bzw. Reheat-Register und Kompressor bestehende Entfeuchtungswärmepumpe angeordnet werden, wobei die Umluft-Entfeuchtungswärmepumpe vorzugsweise im Abluftkanal der Umluft in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter angeordnet wird, um im Umluftstrom befindliche Salzpartikel und Aerosole zu eliminieren, die gegebenenfalls durch Undichtigkeiten, während Montagen oder dergleichen in das Aggregatemodul gelangen.
  • Durch einen Bypass zur Überdruckhaltung im Umluft-Strömungsweg, der vom Zuluftkanal abzweigt und an den Umluft-Strömungsweg an der Verbindung der Umluft-Entfeuchtungswärmepumpe mit dem Hochleistungsfilter angebunden ist, wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul strömende Umluft nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird, wobei die erforderliche Bypass-Luftmenge sehr klein ist, den Feuchtegehalt der Umluft nicht nen nenswert beeinflusst und verhindert, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung in das Aggregatemodul eindringen, so dass die erforderliche Luftmenge nur geringfügig ist.
  • Weiterhin kann im Zuluft-Strömungsweg der Luftbehandlungseinrichtung hinter dem Plattenwärmetauscher und vor dem Hochleistungsfilter eine unabhängige Heizeinrichtung, vorzugsweise ein Elektro-Heizregister, angeordnet werden.
  • Durch einen Bypass im Strömungsweg des Umluftstromes mit steuerbaren Bypassklappen und einer Bypassleitung zum Vorbeileiten des Umluftstromes an dem Hochleistungsfilter und einen Bypass im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg mit unabhängig voneinander steuerbaren Bypassklappen und einer Bypassleitung zum Vorbeileiten des Zuluftstromes an dem Hochleistungsfilter, kann mit einer Regeleinrichtung eine derartige Position eingestellt werden, dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten entweder die Hochleistungsfilter durchströmen oder über die Bypassleitungen an den Hochleistungsfiltern vorbei geführt werden.
  • Damit wird sicher gestellt, dass Salzkristalle, die in den Hochleistungsfiltern anfallen und auf der „unreinen” Seite gespeichert werden, bei erhöhten Feuchtwerten nicht wieder zu Aerosole zerfallen und auf die „reine” Seite der Hochleistungsfilter durchdringen und über die erhöhte Luftfeuchte in das Aggregatemodul oder in den Turm beziehungsweise die Gondel hineingetragen werden.
  • Die im Strömungsweg des Umluftstromes vorgesehene Entfeuchtungswärmepumpe, die vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate im Aggregatemodul gespeisten Heizeinrichtung angeordnet ist und aus einem Verdampfer/Kühler, Kompressor, und einem ersten Kondensator besteht, kann um einen im Außenluft-Zuluftstrom angeordneten zweiten Kondensator erweitert werden, der dem ersten Kondensator zugeordnet und mit diesem gemeinsam oder wechselseitig betreibbar ist. In dieser Anordnung eines Luftbehandlungssystems besteht die im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg angeordnete Entfeuchtungswärmepumpe aus einem Verdampfer/Kühler, einem Kompressor, einem ersten Kondensator und einem zweiten Kondensator mit wechselseitiger Betriebsweise.
  • Die so ausgebildeten Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Umluft- und Außenluft-Zuluftstrom bewirken eine Notbeheizung, beispielsweise zur Frostfreihaltung der Luftbehandlungseinrichtung, oder zur zusätzlichen Entsalzung und Entfeuchtung bei niedrigen Temperaturen und Stillstandszeiten der Windenergieanlage, da die Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft-Zuluftstrom und Umluftstrom durch einen sehr hohen Wirkungsgrad bei geringstem Stromverbrauch eine hohe Heizleistung bieten, wohingegen ein Elektro-Heizregister bei gleicher Wärmeleistung den mehr als fünffachen Stromverbrauch verursachen würde. Durch die Anordnung des zweiten Kondensators der Umluft-Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom kann je nach Erfordernis und Wärmebedarf die Energieabgabe von 0 bis 100% umgeschaltet beziehungsweise geregelt werden. Da das Entfeuchtungswärmepumpensystem im Außenluft-Zuluftstrom ebenfalls über zwei Kondensatoren verfügt, kann die Wärmeenergie je nach Bedarf in Luftrichtung vor oder nach dem Plattenwärmetauscher abgegeben und von 0 bis 100% geregelt werden.
  • Vorzugsweise ist eine Weitwurfdüse zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Eintritt des Turmes mit hoher Geschwindigkeit im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet, wodurch mit der einfachen Luftbehandlungseinrichtung, der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung oder der optimalen Luftbehandlungseinrichtung und gegebenenfalls im Wärmetauscher erwärmte Zuluft gezielt in den oberen Bereich des Turmes und näher an die Gondel herangeführt werden kann, wobei der Luftstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf seinem Strömungsweg permanent stehende Luft von allen Seiten des Turmes induziert, so dass Luftschichtungen und Temperaturschichtungen aufgerissen und Sekundärströmungen vermieden werden.
  • Die möglichst zentrische Anordnung der Weitwurfdüse vermeidet dabei ein Ablenken und Anlehnen der Strömung an die Turmwand und somit den sogenannten Koander-Effekt. Zur Lufteinbringung wird eine Düsen- oder Diffusor-Form gewählt, weil dabei die statischen Druckverluste gering gehalten werden.
  • Auf Zwischendecks des Turmes angeordnete mechanische Luftfördereinrichtungen, insbesondere Ventilatoren, bewirken eine Erhöhung der dynamischen Geschwindigkeit des Zuluftstromes, da die über den Außenluftventilator eingebrachte Luftmenge aufgrund des großen Druckverhaltens Öffnungen in Zwischendecks oder Fahrstuhldurchführungen durchdringt, wodurch sich ein unkontrolliertes Strömungsverhalten im Turm sowie der Gondel entwickeln kann.
  • Zusätzlich können die mechanischen Luftfördereinrichtungen mit vorzugsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate gespeisten Heizeinrichtungen verbunden werden, was aufgrund des Abkühleffektes durch die Turmwandungen in Verbindung mit den langen Strömungswegen vorteilhaft ist. Die Temperaturen im gesamten Turm können dadurch gegenüber einer einmaligen zentralen Aufheizung gleichmäßiger gestaltet werden und das Temperatur-Kondensationsverhalten im Turm vorteilhaft beeinflussen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung können auch in Wind-Energieanlagen eingesetzt werden, die anderen Belastungen ausgesetzt sind, beispielsweise in Wüsten- oder Steppenregionen mit starker Sandbelastung der angesaugten Außenluft, was den Einsatz spezieller Filter im Luftaufbereitungsgerät oder im Nachbehandlungsgerät erforderlich macht.
  • Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sollen die wesentlichen Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und die damit erzielbaren Vorteile näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 eine nach dem Stand der Technik ausgebildete konventionelle Einrichtung zur Luftaufbereitung und Luftströmung einer Offshore Wind-Energieanlage;
  • 2 eine schematische Darstellung der Aggregate eines konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgeräts zur Entsalzung der Seeluft und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes einer Offshore Wind-Energieanlage;
  • 3 eine schematische Darstellung eines einfachen Luftbehandlungssystems zur Nachbehandlung und ergänzenden Luftaufbereitung in einer Offshore Wind-Energieanlage;
  • 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Turms einer Offshore Wind-Energieanlage mit einer einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 zur Reduzierung des Salzgehaltes, Abfuhr der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebenen Wärme und Verbesserung der Feuchtehaltung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Turms einer Offshore Wind-Energieanlage mit einem verbesserten Luftbehandlungssystem zur Reduzierung des Salzgehaltes, Abfuhr der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten abgegebenen Wärme und Verbesserung der Feuchtehaltung;
  • 6 eine schematische Darstellung einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung mit einer Entfeuchtungswärmepumpe und einem Hochleistungsfilter des verbesserten Luftbehandlungssystems gemäß 5;
  • 7 ein Mollier-h,x–Diagramm für feuchte Luft zur Erläuterung des verbesserten Luftbehandlungssystems gemäß 5;
  • 8 und 9 zwei Ausführungsformen einer Kombination einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung gemäß 6 mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät;
  • 10 eine schematische Darstellung eines optimierten Luftbehandlungssystems zur Nachbehandlung und ergänzenden Luftaufbereitung mit einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung in einer Offshore Wind-Energieanlage;
  • 11 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer ersten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß 10;
  • 12 einen Längsschnitt durch das Gehäuse der ersten Ausführungsform der optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß 11;
  • 13 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer zweiten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß 10;
  • 14 ein Luftführungs- und Anlagenschema einer dritten Ausführungsform einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß 10;
  • 15 einen Längsschnitt durch das Gehäuse der dritten Ausführungsform der optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß 14;
  • 16 bis 18 Luftführungs- und Anlagenschemen weiterer Ausführungsformen einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß 10;
  • 19 ein Mollier-h,x–Diagramm für Außenluft und Rückluft (Umluft) im Sommer- und Winterbetrieb einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung gemäß 18;
  • 20 bis 24 Luftführungs- und Anlagenschemen weiterer Ausführungsformen einer optimalen Luftaufbereitungseinrichtung für das optimierte Luftbehandlungssystem gemäß 10;
  • 25 bis 27 drei Ausführungsformen einer Kombination der optimalen Luftbehandlungseinrichtung gemäß 24 mit den Aggregaten eines konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgeräts;
  • 28 eine Offshore Wind-Energieanlage mit einem optimierten Luftaufbereitungssystem und einem Nachheizregister oder Wärmetauscher sowie einer Weitwurfdüse zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Turm der Offshore Wind-Energieanlage mit hoher Geschwindigkeit;
  • 29 ein Mollier-h,x-Diagramm zur Erläuterung der Wirkung des optimierten Luftbehandlungssystems mit der optimalen Luftbehandlungseinrichtung;
  • 30 eine Offshore Wind-Energieanlage mit mehreren Zwischendecks und als Düse oder Diffusor ausgebildeten geschwindigkeitserhöhenden Einrichtungen;
  • 31 eine Detaildarstellung eines Zwischendecks mit Bypass-Strömungen und einer Düse mit mechanischer Luftfördereinrichtung;
  • 32 eine schematische Darstellung eines Luftbehandlungssystem für eine Offshore Wind-Energieanlage in Verbindung mit einem konventionellen Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät;
  • 33 eine Offshore Wind-Energieanlage mit mechanischen Luftfördereinrichtungen und Heizeinrichtungen in mehreren Zwischendecks und
  • 34 eine Detaildarstellung eines Zwischendecks oberhalb eines Aggregatemoduls mit einer Düse mit Ventilator, einem Hochleistungsfilter und einem Wärmetauscher.
  • Bislang wird in Verbindung mit dem in 2 schematisch dargestellten konventionellen Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 die aus der Umgebung einer Offshore Wind-Energieanlage 1 gemäß 1 angesaugte Außenluft AL grob entsalzt und entfeuchtet und strömt in unkontrollierter, trudelnder und freier Luftströmung als weiterhin feuchte und Salzaerosole enthaltende Zuluft ZL über die im Aggregatemodul 15 des Turmes 10 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 in den oberen Teil des Turmes 10 bis zur Gondel 11. Dort strömt die dem Turm 10 und der Gondel 11 zugeführte Zuluft ZL durch den vom Außenluftventilator 25 in dem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß 2 erzeugten Überdruck als Fortluft FL ab. Der Rest-Salzgehalt der durch das Aggregatemodul 15 und den Turm sowie die Gondel durchströmenden Zuluft ZL liegt dabei um ein Hundertfaches über dem Sollwert, so dass die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und im Turm 10 bzw. der Gondel 11 angeordneten Geräte und Innenwandungen des Turmes 10 durch den Einfluss des Salzes und der Restfeuchte der Zuluft ZL starker Korrosion ausgesetzt sind.
  • Zur deutlichen Reduzierung des Restsalzgehaltes wird entsprechend der schematischen Darstellung einer Offshore-Wind-Energieanlage 1 gemäß 3 die über die Lufteintritts öffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL im Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß 2 grob entsalzt und entfeuchtet. Die grob entsalzte und entfeuchtete Außenluft AL wird an eine einfache Luftbehandlungseinrichtung 3 abgegeben, in der die Außenluft AL aufgeheizt wird und die dadurch zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft AL ausgefiltert werden. Die von der Luftbehandlungseinrichtung 3 abgegebene Zuluft ZL durchströmt das Aggregatemodul 15, in freier, ungeführter Strömung, nimmt die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Aggregatemodul 15 abgegebene Strahlungswärme auf und tritt aus dem Aggregatemodul 15 als erwärmte Zuluft ZL' in unkontrollierter, trudelnder Luftströmung in den oberen Teil des Turmes 10 und in die Gondel 11 ein. Dort strömt die Zuluft ZL' durch den vom Außenluftventilator 25 in dem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß 2 erzeugten Überdruck als Fortluft FL in die Umgebung der Offshore-Wind-Energieanlage 1 ab.
  • 4 zeigt in vergrößerter Detaildarstellung den Bereich des Aggregatemoduls 15 mit dem unterhalb des Aggregatemoduls 15 angeordneten konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 und der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3, die eine Heizeinrichtung bzw. einen Lufterhitzer 31 sowie ein Hochleistungsfilter 32 enthält und die vom Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 aufbereitete Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 abgibt. In dem Aggregatemodul 15 strömt die Zuluft ZL an den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 vorbei, nimmt die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlte Wärmeenergie auf und tritt oberhalb des Aggregatemoduls 15 als erwärmte Zuluft ZL' in den oberen Teil des Turmes 10 ein, in dem die erwärmte Zuluft ZL als unkontrollierte, trudelnde Strömung bis zur Gondel 11 aufsteigt.
  • Der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Salzaerosole bei einer relativen Feuchte der Außenluft von weniger als 40% zu Partikeln kristallisieren. Wird die Außenluft AL nun soweit aufgeheizt, dass die relative Feuchtekennlinie von 40% im Mollier-h,x-Diagramm erreicht wird, so können die zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in das der Heizeinrichtung 31 nachgeordnete Hochleistungsfilter 32 als Salzpartikel abgeschieden werden.
  • Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung 31 mit Energie aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist, beispielsweise durch Flüssigkeitskühlung zumindest eines Teils der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und Rückkühlung der in der Kühlflüssigkeit aufgenommenen Wärme in einer als Verdampfer ausgebildeten Heizeinrichtung 31.
  • Die vorstehend beschriebene einfache Luftbehandlungseinrichtung 3 gewährleistet zwar eine deutliche Reduzierung des Restsalzgehaltes und vermindert somit die Korrosionsgefahr im Aggregatemodul 15 sowie im Innern des Turmes 10 und in der Gondel 11 erheblich, kann jedoch nicht unter allen klimatischen Bedingungen und ganzjährig sicherstellen, dass die Luftströmung im Aggregatemodul 15 und im Innern des Turmes 10 sowie der Gondel 11 in der Weise aufrechterhalten wird, dass zum einen die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme hinreichend sicher abgeführt wird und zum anderen die Korrosionsgefahr im Innern des Turmes 10 und der Gondel 11 ausgeschlossen werden kann.
  • So wird in den Wintermonaten zwar die 40%-Feuchtelinie des Mollier-h,x-Diagramms schnell erreicht und es ist ein genügender Temperaturbereich vorhanden, der die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 des Aggregatemoduls 15 abgegebene Wärme aufnimmt, ohne dass die Gefahr einer Übererwärmung im Aggregatemodul 15 entsteht, die in den oberen Teil des Turmes 10 eintretende erwärmte Zuluft ZL' gerät jedoch aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit im großen Turmquerschnitt ins Trudeln und führt dort unkontrollierte Strömungsbewegungen aus, die zu Sekundärströmen führen, die in bestimmten Bereichen an der Innenwand des Turmes 10 auf den Taupunkt abfallen und zum Kondensieren des Zuluftstromes ZL' führen.
  • Zudem kann trotz des Absenkens der relativen Feuchte der Zuluft ZL auf ca. 40% nicht ausgeschlossen werden, dass die Restfeuchte und der in Salzaerosolen gebundene Restsalzgehalt in der Zuluft ZL zu Korrosionen an den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Aggregatemodul 15 sowie der mit der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 zusätzlich erwärmten Zuluft ZL' an der Innenwand des Turmes 10 und der Gondel 11 führt.
  • In den Sommermonaten muss der von der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 an das Aggregatemodul 15 abgegebene Zuluftstrom ZL auch die zusätzliche Energie aus der Abstrahlung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 aufnehmen, was bei entsprechend hoher Temperatur der Außenluft AL und nach der zusätzlichen Erwärmung durch den Lufterhitzer 31 zum Kristallisieren der Salzaerosole und Abscheiden der so gebildeten Salzpartikel im Hochleistungsfilter 32 zu einer kritischen Temperaturerhöhung im Aggregatemodul 15 führen kann, wenn nicht eine hohe Grenzwerttemperatur im Aggregatemodul 15 zugelassen und/oder eine mögliche Übererwärmung im Aggregatemodul 15 in Kauf genommen wird.
  • Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die Wind-Energieanlage während vieler Jahresstunden, beispielsweise bei Sturm, Schwachwind, Störfällen und zu Wartungszwecken, nicht in Betrieb ist. Um auch während dieser Jahresstunden eine größtmögliche Sicherheit bezüglich Überdruckhaltung, Salzfreiheit, Temperaturhaltung, Luftfeuchte und Vermeidung von Kondensation der an das Aggregatemodul 15 und in den Turm 10 sowie die Gondel 11 abgegebenen Zuluft ZL bzw. erwärmten ZL' zu gewährleisten, ist ein Notbetrieb erforderlich, der mit der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 nur unzureichend gewährleistet werden kann, indem beispielsweise der Lufterhitzer 31 der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 mit einer elektrischen Nachheizeinrichtung verbunden wird, die im Notbetrieb aus dem Versorgungsnetz gespeist wird, an das die Wind-Energieanlage im Normalbetrieb elektrische Energie abgibt.
  • Weiterhin ist eine Temperatur- und Feuchtehaltung im Aggregatemodul 15 und im Innern des Turmes 10 und der Gondel 11 ohne thermodynamische Behandlung der Außenluft AL bzw. Zuluft ZL nicht möglich, zumal die zur Verfügung stehende Wärme aus der Wärmeabstrahlung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und der Energie aus der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 an eine Kühlflüssigkeit zur Wärmeabgabe und Speisung des Lufterhitzers 31 bzw. eines Verdampfers der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 zwischen Volllast und Teillast Schwankungen unterliegen und im Notbetrieb, d. h. bei Stillstand der Wind-Energieanlage, überhaupt nicht verfügbar sind.
  • In den 5 bis 6 ist eine verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 dargestellt, die nachstehend näher beschrieben und in ihrer Funktion erläutert wird.
  • Die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 enthält gemäß 6 einen Verdampfer 41, dem die vom konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 abgegebene, entsalzte und entfeuchtete Außenluft AL zugeführt wird, die zuvor über die Lufteintrittsöffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 als feuchte und salzhaltige Außenluft AL angesaugt und im Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät 2 gemäß 2 teilweise entsalzt und ent feuchtet wurde. Weiterhin enthält die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 einen Kondensator oder ein Reheat-Coil 43 und einen Kompressor 42, die zusammen mit dem Verdampfer 41 eine Entfeuchtungswärmepumpe bilden, sowie ein Hochleistungsfilter 44 zur Salzabscheidung. Der vom konventionellen Aufbereitungsgerät 2 abgegebene, teilweise entsalzte und entfeuchtete Außenluftstrom AL wird von dem im Strömungsweg der Außenluft AL im Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät 2 gemäß 2 angeordneten Außenluftventilator 25 an die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 abgegeben, in der die Außenluft AL mittels des Verdampfers 41 auf ein niedrigeres Niveau gekühlt wird, wobei die absolute Feuchte der Außenluft AL herabgesetzt wird.
  • Die Abkühlung der feuchten und salzhaltigen Außenluft AL bei gleichzeitiger Herabsetzung des absoluten Feuchtegehaltes der Außenluft AL, die durch die Anordnung eines Enteisungssystems im Verdampfer 41 auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt stattfindet, erfolgt in dem Maße, dass durch die anschließende Nachheizung durch den Kondensator bzw. das Reheat-Coil 43 ein Feuchtewert der behandelten Außenluft AL von kleiner oder gleich 40% relativer Luftfeuchte erreicht wird. Durch diesen Vorgang werden die noch in der Außenluft AL enthaltenen Salzaerosole kristallisiert und können durch das in Strömungsrichtung der Außenluft AL nachgeordnete Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden. Nach der Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft AL strömt Zuluft ZL vom Hochleistungsfilter 44 gemäß 5 frei und ohne besondere Luftführungssysteme in bzw. durch das Aggregatemodul 15 und durch den oberen Teil des Turmes 10 bis zur Gondel 11 und kann dort durch Undichtigkeiten aufgrund des mittels des Außenluftventilator 25 des Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerätes 2 erzeugten Überdruckes als Fortluft FL entweichen.
  • Durch diesen Vorgang wird auch erreicht, dass die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL selbst bei totaler Wiederabkühlung auf den Temperaturwert der Außenluft AL infolge Abkühlung auf dem Weg vom Aggregatemodul 15 zur Gondel 11 durch die nicht isolierten Stahlwände des Turmes 10 an keiner Stelle im Innern des Turmes 10 das niedrige Niveau des Taupunktes, d. h. eine relativen Luftfeuchte von 100%, erreichen kann. Beispielsweise liegt der Wert der relativen Feuchte im gesamten Innenraum des Turmes 10 bei ca. 70% relativer Feuchte, so dass die Gefahr einer Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage und damit die Gefahr der Korrosion durch Reduzierung der Feuchte erheblich vermindert ist.
  • Anhand des in 7 dargestellten Mollier-h,x-Diagramms soll die Wirkungsweise der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gemäß den 5 und 6 mit vier Temperaturbeispielen erläutert werden, in denen von einer relativen Feuchte der Außenluft AL von 100% ausgegangen wird.
  • Beim ersten Beispiel beträgt die Temperatur T11 der Außenluft AL = 20°C und wird im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T12 = 14°C abgekühlt. Dabei wird die absolute Feuchte der Außenluft AL auf etwa 10 g/kg herabgesetzt. Durch anschließendes Erwärmen der abgekühlten und entfeuchteten Außenluft AL im Kondensator oder Reheat-Coil 43 auf eine Temperatur T13 von ca. 32°C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 35% herabgesetzt, so dass die in der Außenluft AL enthaltenen Salzaerosole im Wesentlichen kristallisiert sind und die kristallisierten Salzaerosole und die in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden können.
  • Die in der Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL wird als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärmte Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abgegeben, wobei durch die Aufnahme zusätzlicher Wärmeenergie ein weiterer Temperaturanstieg gegenüber der Temperatur T13 erfolgt, die mit einer weiteren Abnahme der relativen Luftfeuchte verbunden ist. Eine Wiederabkühlung der erwärmten Zuluft ZL' auf dem Weg durch den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 bis zur Luftaustrittsöffnung 13, wo die erwärmte Zuluft ZL' als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird, kann aber lediglich bis zum Wert der Außentemperatur T11 von 20°C, das heißt bis zum Punkt T14 erfolgen, so dass die Luft im Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 nicht wieder auf die Taupunktlinie, das heißt auf die Linie 100% relativer Luftfeuchte, zurückfallen kann, sondern entsprechend dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß 7 bei einem Wert der relativen Feuchte von nur ca. 70% verharrt. Dabei bleibt noch unberücksichtigt, dass durch die Aufnahme von Wärmeenergie im Aggregatemodul 15 eine Anhebung der Temperatur T13 erfolgt, so dass die relative Luftfeuchte noch oberhalb dieses Wertes von 70% liegt.
  • Beim zweiten Beispiel wird von einer Temperatur T21 der Außenluft AL von 14°C ausgegangen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T22 von ca. 9°C abgekühlt und dabei auf eine abso lute Feuchte von ca. 7 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Kondensator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T23 von ca. 25°C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 38% herabgesetzt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel werden im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden.
  • Im dritten Beispiel wird von einer Temperatur T31 der Außenluft AL von 7°C ausgegangen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T32 von ca. 2°C abgekühlt und dabei auf eine absolute Feuchte von ca. 4 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Kondensator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T33 von ca. 14°C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 40% herabgesetzt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel werden im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden.
  • Im vierten Beispiel wird von einer Temperatur T41 der Außenluft AL von –5°C ausgegangen. Die feuchte und salzhaltige Außenluft AL wird entlang der Taupunktlinie im Verdampfer 41 auf eine Temperatur T42 von ca. –12,5°C abgekühlt und dabei auf eine absolute Feuchte von ca. 1 g/kg abgesenkt. Durch anschließendes Erwärmen im Kondensator oder Reheat-Coil 43 der Entfeuchtungswärmepumpe auf eine Temperatur T43 von ca. 1°C wird die relative Feuchte der Außenluft auf ca. 25% herabgesetzt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel können im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden.
  • Auch beim zweiten bis vierten Beispiel wird die in der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärmte Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abgegeben. Dabei wird die in der Luftbehandlungseinrichtung 4 entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL an das Aggregatemodul 15 und nach dem Durchströmen des Aggregatemoduls 15 und Aufnahme der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgestrahlten Wärmeenergie als erwärmte Zuluft ZL' in den Innenraum des Turmes 10 abgegeben, wobei durch die Aufnahme zusätzlicher Wärmeenergie ein weiterer Temperaturanstieg gegenüber den Temperaturen T23, T33 und T43 erfolgt, die mit einer weiteren Abnahme der relativen Luftfeuchte verbunden ist.
  • Eine Wiederabkühlung der erwärmten Zuluft ZL' auf dem Weg durch den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 bis zur Luftaustrittsöffnung 13, wo die erwärmte Zuluft ZL' als Fortluft FL an die Umgebung abgegeben wird, kann aber lediglich bis zum Wert der Außentemperatur T21 von 14°C, T31 von 7°C und T41 von –5°C, das heißt bis zu den Punkten T24, T34 und T44 erfolgen, so dass die Zuluft ZL' im Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 nicht wieder auf die Taupunktlinie oder 100% relative Luftfeuchte zurückfallen kann, sondern entsprechend dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß 7 nur auf einen Wert der relativen Feuchte von ca. 60% bis 70% zurückfällt. Dabei bleibt noch unberücksichtigt, dass durch die Aufnahme von Wärmeenergie im Aggregatemodul 15 eine Anhebung der Temperaturen T23, T33 und T43 erfolgt, so dass die relative Luftfeuchte noch oberhalb von 60% bis 70% liegen wird.
  • Die vier in 7 anhand eines Mollier-h,x-Diagramms dargestellten Beispiele machen deutlich, dass der Entfeuchtungsprozess allein durch die aus dem Verdampfer 41, dem Kondensator oder Reheat-Coil 43 und dem Kompressor 42 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe vollständig erreicht wird. Die Wärmeabstrahlung der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 und/oder eine eventuelle Nachheizung aus der Abwärme dieser Aggregate ist ein zusätzlicher Positiveffekt, der jedoch bei Stillstand der Wind-Energieanlage bei Schwach- oder Starkwind, im Falle einer Störung oder einer Abschaltung zu Wartungszwecken nicht verfügbar ist. In diesem Fall kann allein die Entfeuchtungswärmepumpe die Sicherheit der Salzfreiheit und Kondensationsfreiheit liefern und leisten, wobei das Gesamtsystem unabhängig von einer externen Wärmeabgabe oder Heizung ist. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Stillstandszeiten sich auf mehr als 2000 Stunden pro Jahr belaufen.
  • In den 8 und 9 sind zwei Varianten einer Kombination einer verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 mit einem konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 dargestellt und werden nachstehend näher erläutert.
  • Bei der ersten Variante gemäß 8 wird die über die Lufteintrittsöffnung 14 aus der Umgebung des Turmes 10 mittels des Außenluftventilators 25 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL nicht über das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 gemäß
  • 2 geleitet, sondern lediglich über einen ersten Tropfenabscheider 21 eines ersten vereinfachten Luftaufbereitungsgeräts 2' und anschließend als entfeuchtete Außenluft AL dem Verdampfer 41 zum Abkühlen und Entfeuchten zugeführt. Nach der Erwärmung im Kondensator bzw. Reheat-Coil 43 werden die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden, wobei die Luftströmung durch den in dieser Ausführungsform vorzugsweise auf der Saugseite des auf den Tropfenabscheider 21 reduzierten vereinfachten Luftaufbereitungsgerätes 2' und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnet ist und die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL und im Hochleistungsfilter 44 entsalzte Außenluft AL als Zuluft ZL in freier Luftströmung an das Aggregatemodul 15 und als erwärmte Zuluft ZL' in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird.
  • In der Anordnung gemäß 8 entfallen somit die Koaleszenzabscheider 22 bzw. 23 gemäß 2, weil durch die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 41, Kondensator bzw. Reheat-Register 43 und Kompressor 42 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe eine Entfeuchtung und Aufheizung der Außenluft AL in der Weise erfolgt, dass zunächst Wasser und damit auch Salzerosole abgeschieden werden und die restlichen Salzanteile nach der Aufheizung mittels der Entfeuchtungswärmepumpe kristallisieren, wenn ein Wert der relativen Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% erreicht ist. Anschließend sorgt das Hochleistungsfilter 44 für die Abscheidung des kristallisierten Salzes.
  • Als alternative Lösung zeigt 9 die Anordnung sowohl der beiden Tropfenabscheider 21, 24 als auch eines Koaleszensabscheiders 22 in einem Luftaufbereitungsgerät 2''. Bei dieser Ausführungsform wird die aus der Umgebung mittels des Außenluftventilators 25 angesaugte Außenluft AL über einen ersten Tropfenabscheider 21, einen Koaleszenzabscheider 22 und einen zweiten Tropfenabscheider 24 des Luftaufbereitungsgerätes 2'' geleitet, dort teilweise entfeuchtet und entsalzt und anschließend als teilweise entfeuchtete und entsalzte Außenluft AL der in 8 dargestellten Entfeuchtungswärmepumpe zugeführt, wo die Außenluft AL im Verdampfer 41 abgekühlt und entfeuchtet, im Kondensator oder Reheat-Coil 43 erwärmt und die so kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft AL enthaltenen Salzpartikel im Hochleistungsfilter 44 abgeschieden werden, bevor die entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL in freier Luftströmung an das Aggregatemodul 15 und als erwärmte Zuluft ZL' in das Innere des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird.
  • Der in den 8 und 9 auf der Saugseite des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. 2'' und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnete Außenluftventilator 25 kann alternativ auch auf der Druckseite, d. h. vor dem ersten Tropfenabscheider 21 des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. vor dem ersten Tropfenabscheider 21 des verbesserten Luftaufbereitungsgerätes 2'' oder zwischen dem Luftaufbereitungsgerät 2' bzw. 2'' und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 angeordnet werden. Die Anordnung des Außenluftventilators 25 auf der Saugseite des Luftaufbereitungsgerätes 2' bzw. 2'' und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 weist jedoch den wesentlichen Vorteil auf, dass der Außenluftventilator 25 nicht in feuchter Luft, sondern in relativ trockener Luft angeordnet ist, die zudem von Salz befreit ist, was Vorteile bezüglich des Korrosionsverhaltens des Außenluftventilator 25 aufweist.
  • In 10 ist eine optimiertes Luftbehandlungssystem 6 mit einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 und Luftführungskanälen 75, 76 im Aggregatemodul 15 dargestellt, mit dem unter allen klimatischen Bedingungen, im Ganzjahresbetrieb und im Notbetrieb bei still stehender Wind-Energieanlage die gegebenenfalls über das Luftaufbereitungsgerät 2 angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL entfeuchtet, gefiltert und entsalzen wird, eine Entwärmung der im Aggregatemodul 15 angeordneten Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 durchgeführt wird, eine Überdruckhaltung in der gesamten Wind-Energieanlage gewährleistet und eine Korrosionsgefahr im Wesentlichen ausgeschlossen wird.
  • Entsprechend der schematischen Darstellung gemäß 10 wird die angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft AL im Luftaufbereitungsgerät 2 nur teilweise beziehungsweise grob entsalzen und teilweise entfeuchtet, die noch immer feuchte und salzhaltige Außenluft AL' einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 zugeführt und von dieser als entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL über einen Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15 hindurch geführt, ohne in Kontakt mit der Luft im Aggregatemodul 15 zu gelangen, und oberhalb des Aggregatemoduls 15 an den darüber befindlichen freien Innenraum 100 des oberen Teils des Turmes 10 abgegeben.
  • Am Ende des Zuluftkanals 74 kann optional ein Nachheizregister oder Wärmetauscher 8 mit Regelventil angeordnet werden, mit dem die Temperatur im oberen Bereich des Turmes 10 und in der Gondel 11 geregelt wird. Gespeist wird der Wärmetauscher 8 aus der Abwärme der Wärme erzeugenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Ag gregatemodul 15. Der Wärmetauscher 8 kann alternativ bzw. optional auch direkt in oder an der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 oder auch an jeder anderen Stelle im Zuluftkanal 74 angeordnet werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Nachheizregister bzw. den Wärmetauscher 8 als statisch wirkendes Element frei im Turm 10 aufzustellen, wenn man auf die Einflussnahme bezüglich des Strömungsverhaltens verzichten kann.
  • Die Wirkung und positiven Folgen des Wärmetauschers 8 bestehen darin, dass zur Vermeidung von Kondensation innerhalb des Turmes 10 und der Gondel 11 die Luft über den Wärmetauscher 8 so weit erwärmt wird, d. h. eine Temperaturerhöhung bewirkt wird, dass selbst durch den Kühleffekt der Turmwandungen und ein Wiederabsinken der Temperatur im Turm 10 und der Gondel 11 der Taupunkt nicht erreicht wird. Vorzugsweise wird ein Sensor für die Temperaturmessung und Regelung in der Gondel 11 vor dem Luftaustritt infolge des erzeugten Überdrucks angeordnet.
  • Diese Wirkung wird aber nur in Verbindung mit einem im Außenluftstrom AL angeordneten Verdampfer einer Entfeuchtungswärmepumpe erzielt, der zunächst bei einer nur geringen Abkühlung eine deutliche Entfeuchtung (Ausscheidung durch Kondensation) bewirkt, so dass die Luft, die bei vollständiger Wiederabkühlung beim Durchströmen des Turmes 10 durch die Abkühlung der Turmwandungen auf den Temperaturwert der Außenluft nicht auf die Feuchtekennlinie 100% zurückfällt, sondern bei gleich niedriger Temperatur lediglich auf 80% relativer Feuchte abfallen kann.
  • Infolge der hermetisch getrennten Führung zweier Luftströme in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5, von denen der erste Strömungsweg gemäß 11 von der Lufteintrittsöffnung 14 über ein Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem 51, vorzugsweise einen Plattenwärmetauscher, alternativ aber auch ein Wärmerohr oder eine Entfeuchtungswärmepumpe, geführt wird, während der in Wärme tauschender Verbindung mit dem ersten Strömungsweg stehende zweite Strömungsweg in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul 15 führt und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 aufgenommene Wärmeenergie über das Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem 51 an den ersten Strömungsweg abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls 15 erwärmte, entfeuchtete und entsalzte Luft mit Überdruck an den Innenraum 100 des Turmes 10 und der Gondel 11 abgegeben wird. Dadurch wird erreicht, dass die immer noch mit Salz kontaminierte Außenluft AL' nicht mehr frei durch das Aggregate modul 15 strömt und damit die elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht mehr kontaminieren kann.
  • Die Luftbehandlungseinrichtung 5 bewirkt nicht nur eine Entfeuchtung und Entsalzung der vom Luftaufbereitungsgerät 2 abgegebenen Außenluft AL', sondern übernimmt auch die Entwärmung des Aggregatemoduls 15 durch eine gezielte Luftabsaugung aus den einzelnen Etagen beziehungsweise Plattformen des Aggregatemoduls 15 über Umluft-Abluftkanäle 76 sowie eine gezielte Luftzufuhr über Umluft-Zuluftkanäle 75 in die einzelnen Etagen oder Plattformen des Aggregatemoduls 15. Wird die Zuluft ZL(UL) der Umluft UL nicht den einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15 zugeführt, sondern beispielsweise in die untere Etage eingeblasen und in der oberen Etage abgezogen, so ist eine entsprechende Luftführung zwischen den Etagen des Aggregatemoduls 15 vorgesehen.
  • Bei diesem Umluftprozess wird die Energie über den in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnetem Plattenwärmetauscher 51 zwischen dem Außenluftstrom 1 und dem in den Luftführungskanälen 75, 76 geführten Umluftstrom UL ausgetauscht. Der Außenluftstrom AL' bzw. Zuluftstrom ZL kühlt somit auf indirektem Wege den Umluftstrom UL. Dabei gibt der Umluftstrom UL die Wärme, die aus der Oberflächen-Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 entsteht, an den Zuluftstrom ZL ab, so dass der erwärmte Zuluftstrom ZL'' gemäß 10 vorgeheizt in den oberen Turm 10 und damit in die Gondel 11 gelangt. Bei extrem niedrigen Temperaturen kann eine weitere Nachheizung durch den optional angeordneten Wärmetauscher 8 erfolgen.
  • Aber auch ohne die Anordnung von Luftführungskanälen 75, 76 zur gezielten Führung und Abgabe des Umluftstromes UL an die in den in einzelnen Ebenen oder Etagen des Aggregatemoduls 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 ergibt sich eine wesentliche Verbesserung, weil der Umluftstrom UL, der durch den Plattenwärmetauscher 51 hermetisch von dem im Zuluftkanal 74 geführten Zuluftstrom ZL getrennt wird, keine Salzpartikel oder Aerosole enthält, zudem gekühlt wird und die Oberflächenwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 abführt. Die Luftführungskanäle 75, 76 für den Umluftstrom UL sind daher nicht zwingend anzuordnen, jedoch liegt es auf der Hand, dass eine gezielte Zu- und Abluftführung des Umluftstromes UL die effektivere Lösung darstellt
  • Der Plattenwärmetauscher 51 in der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 trennt den Außenluftstrom AL' bzw. Zuluftstrom ZL hermetisch vom Umluftstrom UL und stellt damit sicher, dass eine freie Durchströmung durch das Aggregatemodul 15 und damit eine Kontamination durch salzhaltige, feuchte Außenluft AL' nicht stattfinden kann. Das Aggregatemodul 15 befindet sich dadurch sozusagen in einer salzfreien Zone des Turmkörpers.
  • Alternativ kann das Aggregatemodul 15 auch unterhalb der Lufteintrittsöffnung 14 für die Außenluft AL angeordnet werden, so dass die optimierte Luftbehandlungseinrichtung 5 die erwärmte und entsalzte Luft unmittelbar an den oberen, freien Teil des Turmes 10 abgibt, während der Umluftstrom UL in das unterhalb der optimierten Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordneten Aggregatemodul 15 abgegeben wird, wo der Umluftstrom UL die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme aufnimmt und diese über den Plattenwärmetauscher 51 in den hermetisch abgetrennten Zuluftstrom ZL und damit in den gegebenenfalls über das Nachheizregister oder den Wärmetauscher 8 erwärmten Zuluftstrom ZL'' in das Innere des Turmes 10 einspeist.
  • Die optimierte Luftbehandlungseinrichtung 5 muss nicht notwendigerweise im Bereich des Aggregatemoduls 15 angeordnet werden, sondern kann an jedem anderen Platz angeordnet werden, insbesondere, weil durch Luftführungskanäle eine gezielte Lufteinbringung in das Aggregatemodul 15 und Luftabsaugung aus dem Aggregatemodul 15 erzeugt werden kann.
  • Auch muss der in 10 eingetragene Zuluftkanal 74 nicht notwendigerweise am oberen Deck des Aggregatemoduls 15 enden, sondern kann auch darüber hinaus in das Innere des Turmes 10 verlängert werden.
  • Die in 11 als Luftführungs- und Anlagenschema und in 12 in einem Längsschnitt durch ein entsprechendes Klimagerät dargestellte Luftbehandlungseinrichtung 5 zeigt ein Gehäuse 50 mit einer Außenluftöffnung für angesaugte Außenluft AL, eine Zuluft/Überdrucköffnung zur Abgabe des erwärmten Zuluftstromes ZL an den Teil des Turmes 10, der oberhalb bzw. außerhalb des Aggregatemoduls 15 liegt, sowie einen Abluft/Rückluftkanal bzw. -kanäle 76 und einen Umluft/Zuluftkanal bzw. -kanäle 75, über die die Umluft in und aus dem Aggregatemodul 15 geführt wird. In dem Gehäuse 50 der Luftbehandlungseinrichtung 5 ist ein Plattenwärmetauscher 51 mit hermetisch getrennten, in Wärme tauschender Verbindung stehenden Strömungswegen angeordnet, von denen der erste Strömungsweg die aus der Umgebung des Turmes 10 über die Luftein trittsöffnung 14 angesaugte Außenluft AL über einen Verdampfer bzw. Kühler 53, den Plattenwärmetauscher 51, einen Kondensator bzw. ein Reheat-Register 55 und die Zuluft/Überdrucköffnung und den Zuluftkanal 74 zum oberen Teil des Turmes 10 führt, während der in Wärme tauschender Verbindung mit dem ersten Strömungsweg stehende zweite Strömungsweg, der durch einen Umluftventilator 56 erzeugt wird, in einem geschlossenen Kreislauf vom Aggregatemodul 15 über den Abluft/Rückluftkanal 76, den Plattenwärmetauscher 51 und den Umluft/Zuluftkanal 75 ins Aggregatemodul 15 geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 aufgenommene Wärmeenergie über den Plattenwärmetauscher 51 an den ersten Strömungsweg abgibt. Der erste Strömungsweg führt über den Zuluftkanal 74 unter Ausschluss des Aggregatemoduls 15 die erwärmte Zuluft ZL mit Überdruck an den Innenraum des Turmes 10 und der Gondel 11 ab.
  • Um die Anzahl der Platten des Plattenwärmetauschers 51 einzustellen, die im Außenluft-Zuluftstrom zum Energieaustausch genutzt oder am Energieaustausch vorbeigeführt werden sollen, weist der Plattenwärmetauscher 51 am Eintritt der heruntergekühlten Außenluft AL' Bypassklappen 52 auf, über deren Verstellung somit Einfluss auf den Energieaustausch und damit auf das Temperatur- und/oder Feuchteverhalten der Luftbehandlungseinrichtung 5 genommen werden kann. Damit können die Bypassklappen 52 des Plattenwärmetauschers 51 in eine Temperatur- und Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems 6 einbezogen werden.
  • In den 11 und 12 nicht dargestellt ist der Außenluftventilator 25 entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Dieser kann auf der Druckseite des optimierten Luftbehandlungssystems 6 angeordnet werden, wenn er beispielsweise Teil des Luftbehandlungsgeräts 2 bzw. 2' oder 2'' ist und die optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 nachgerüstet wird. Vorteile bietet jedoch die Anordnung des Außenluftventilators 25 auf der Saugseite, d. h. in Strömungsrichtung der Außenluft AL zur Zuluft ZL hinter der Luftbehandlungseinrichtung 5, da er sich hier in trockener, salzfreier Luft befindet, wodurch die Gefahr einer Korrosion erheblich reduziert wird und nur geringe Ansprüche an die Materialgüte des Außenluftventilators 25 zu stellen sind. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung des Außenluftventilators 25 auf der Saugseite Platzierungen des Außenluftventilators 25, die vom Aggregatemodul 15 über sämtliche Zwischendecks des Turmes 10 bis hin zur Gondel 11 als Aufstellungsort möglich und geeignet sind.
  • Da die Offshore Wind-Energieanlage extremen Witterungseinflüssen mit allen Temperatureinflüssen und Windbewegungen permanent ausgesetzt ist, kann es auf der Innenseite der Turmwandungen zu Kondensationserscheinungen kommen, insbesondere dann, wenn die Temperatur und Feuchteverhältnisse der Zuluft ZL in der Nähe des sogenannten Taupunktes liegen. Solche Verhältnisse treten beispielsweise dann auf, wenn auf der Nordseite ein eisiger Wind den Turm 10 anströmt und der Turm 10 auf der Südseite durch Sonnenstrahlung erwärmt wird. Um die Kondensationsgefahr innerhalb des gesamten Turmes 10 auszuschließen oder zumindest zu reduzieren, weist die Luftbehandlungseinrichtung 5 die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 53 und dem Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und einem Kompressor 54 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe auf, die so ausgelegt ist, dass eine Entfeuchtung um 1 g/kg Luft oder mehr erreicht wird. Anschließend erhöht sich die Temperatur der Außenluft AL' nach dem Durchtreten des Plattenwärmetauschers 51 auf eine entsprechend höhere Temperatur die in einem günstigen Bereich relativer Luftfeuchte, d. h. möglichst weit entfernt vom Taupunkt liegt.
  • Eine Entfeuchtung von 1 g/kg bewirkt bereits, dass bei Wiederabkühlung der in den Innenraum des Turmes 10 geblasenen Zuluft ZL auf dem Weg bis zur Austrittsöffnung 13 in der Gondel 11 auf den Wert der Außenlufttemperatur die Taupunktlinie, d. h. die Linie 100% Luftfeuchtigkeit im Mollier-h,x-Diagramm, nicht erreicht wird, so dass keine Kondensationsgefahr im Innern des Turmes 10 und der Gondel 11 besteht. Eine höhere Entfeuchtung als 1 g/kg, beispielsweise durch Anordnung einer zusätzlichen elektrischen Heizeinrichtung, bewirkt, dass der Abstand von der Taupunktlinie im Mollier-h,x-Diagramm weiter erhöht wird, dafür aber zusätzliche Energiekosten verursacht.
  • Gemäß 11 wird daher die Außenluft unmittelbar nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 mit der Energie aus dem Entfeuchtungsprozess über den Kondensator bzw. das Reheat-Register 55 zusätzlich erwärmt, was wiederum einen noch günstigeren, nämlich einen niedrigeren Wert in der relativen Feuchte bewirkt. Dem in 19 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm ist zu entnehmen, dass die Luft, die den Turm 10 und die Gondel 11 durchströmt und über die Turmwandungen wieder abgekühlt wird, selbst bei einem einhundertprozentigen Kühleffekt den durch diesen Prozess erreichten niedrigen Taupunkt nicht unterschreiten kann. Allenfalls kann der sich abkühlende Luftstrom aufeine relative Feuchte von maximal 80% ansteigen.
  • Da Witterungseinflüsse die Eingangspunkte in der Weise herstellen können, dass der Umluftstrom UL innerhalb des Plattenwärmetauschers 51 den Taupunkt erreicht und Kondensat abscheidet, tritt ein positiver Nebeneffekt auf. Immer dann, wenn der Umluftstrom UL den Taupunkt nicht erreicht und der Außenluftstrom AL' eine geringere absolute Feuchte gegenüber dem Umluftstrom UL aufweist, bewirkt der Partialdruck eine Reduzierung des Feuchtegehaltes im Umluftstrom UL und damit eine Trocknung im Aggregatemodul 15 des Turmes 10. Das bedeutet, dass der Partialdruck eine günstige Strömung immer zum Bereich des niedrigeren Druckes, also vom Aggregatemodul 15 zum Turm 10 bewirkt.
  • Die Anordnung des Verdampfers 53 und Kondensators 55 ist nicht zwingend am Lufteintritt oder Luftaustritt des Plattenwärmetauschers 51 erforderlich, sondern kann auch irgendwo innerhalb des Kanalsystems des in den Turm 10 eingeblasenen Zuluftstromes ZL, d. h., innerhalb des Zuluftkanals 74 vorgesehen werden.
  • Wird der Kondensator 55 nicht in Strömungsrichtung nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet, sondern beispielsweise unmittelbar nach dem Verdampfer 53, so ergibt sich der Entfeuchtungszweck, d. h., die Feuchtereduzierung in gleicher Weise. Jedoch würde die sofortige Nachheizung (Reheat) den Abkühleffekt des Umluftstromes UL reduzieren, was technisch nachteilig wäre, die Funktionsfähigkeit der Entfeuchtungswärmepumpe aber nicht beeinträchtigen würde.
  • Die zuvor anhand der 5 bis 9 beschriebene verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 stellt bezüglich der Funktionen Entfeuchten, Nachheizen, Entsalzen, Vermeidung der Kondensation in der gesamten Wind-Energieanlage, Reduzierung der Korrosion und Notbeheizung bei Anlagenstillstand durch das Entfeuchtungswärmepumpensystem bereits eine wesentliche Verbesserung der konventionellen Entfeuchtung und Entsalzung mittels des Luftaufbereitungsgerätes oder Luftentsalzungsgerätes 2 dar, ohne dass für die verbesserte Luftbehandlungseinrichtung 4 hohe Investitionskosten zu Buche schlagen. Insbesondere wurde bei der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gegenüber dem vorstehend anhand der 10 und 11 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel sowie der nachfolgend anhand der 12 bis 29 beschriebenen weiteren Ausführungsbeispiele eines optimalen Luftbehandlungssystemen 6 mit optimaler Luftbehandlungseinrichtung 5 auf Luftführungskanäle 75, 76 im Aggregatemodul 15 sowie auf ein Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnungssystem (Plattenwärmetauscher) 51 verzichtet, so dass bei dem verbesserten Luftbehandlungssystem 4 keine gezielte Luftführung über Luftführungskanäle 75, 76 im Aggregatemodul 15 und damit keine gezielte Entwärmung sowie in Verbindung mit dem Fortfall des Luftbehandlungsgerätes mit Wärmerückgewinnungssystem 51 keine hermetische Trennung zwischen dem Umluftstrom im Aggregatemodul 15 und dem Außenluft- Zuluftstrom gegeben ist. Beim verbesserten Luftbehandlungssystem 4 bilden das Aggregatemodul 15 und der Innenraum des Turmes 10 sowie der Gondel 11 eine Einheit bezüglich des Luftraumes.
  • Gleichwohl können die in den 10 bis 29 beschriebenen optimalen Luftbehandlungssystemen 6 angeordneten Elemente und Komponenten zur Luftführung und Dynamik im Turm 10 wie die Anordnung von Düsen, Heizeinrichtungen, weiteren Ventilatoren zur erneuten Erzeugung eines Treibstrahls und dergleichen auch in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 eingesetzt werden.
  • Auch findet eine Entwärmung der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 bei freier Durchströmung der Zuluft ZL auch ohne Luftführungskanäle statt. Sie erfolgt unter Verzicht auf Luftführungskanäle nur mit geringerer Effizient als eine gezielte Entwärmung unter Einsatz von Luftführungskanälen.
  • Durch die Anordnung des Plattenwärmetauschers 51 in der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 wird eine hermetische Trennung des Außenluft-Zuluftstromes, der von der Lufteintrittsöffnung 14 durch den Zuluftkanal 74 vom Aggregatemodul 15 abgeschottet durch den Innenraum 100 des Turmes 10 und der Gondel 11 zur Luftaustrittsöffnung 13 geführt wird, vom Umluftstrom gewährleistet, der gezielt über die Luftführungskanäle 75, 76 in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15 geführt wird und die von den Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme abtransportiert. Dadurch kann keine Restfeuchte und kein Restsalzgehalt in das Aggregatemodul 15 eindringen.
  • Die Luftführungskanäle 75, 76 bewirken zudem eine gezielte Luftführung und gezielte Entwärmung, so dass die Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 unabhängig von ihrem Standort wirksam gekühlt werden. Die am Plattenwärmetauscher 51 vorgesehene Bypassklappe 52 ermöglicht es zudem, den Energieaustausch zur Temperatur- und/oder Feuchteregelung variabel zu steuern. Während der Außen-Zuluftstrom über den Außenluftventilator 25 gefördert wird, erzeugt der unabhängige Um luftventilator 56 den Umluftstrom, wobei der drehzahlregelbare Umluftventilator 56 variable Volumenströme des Umluftstroms erzeugt, damit auch über diesen Weg der Wärmeübergang im Plattenwärmetauscher 51 und damit die Temperatur und/oder Feuchte gesteuert beziehungsweise geregelt werden kann.
  • 13 zeigt eine Variante der Ausgestaltung der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 mit einem in der Abluft/Rückluftleitung 76 der Umluft UL angeordneten Reheat-Register 62 in Form eines Kondensators, auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul 15, beispielsweise in den Wintermonaten bei niedrigen beziehungsweise zu geringen Temperaturen und/oder Notbetrieb bei Stillstand der Offshore Wind-Energieanlage, vom Kondensator 55 umgeschaltet wird, so dass die aus dem Verdampfer bzw. Kühler 53, Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und Kompressor 54 gebildete Entfeuchtungswärmepumpe im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL die an das Aggregatemodul 15 abgegebene Zuluft ZL(UL) der Umluft UL des zweiten Strömungsweges erwärmt. Die Energie für diesen Heizbetrieb wird dabei von anderen der im Verbund betriebenen Offshore Wind-Energieanlagen geliefert.
  • Bekanntlich befindet sich Salz bei Luftfeuchtigkeiten > 70% im flüssigen Aggregatzustand. Bei Feuchtegraden von 40 bis 70% ergibt sich eine Mischform. Bei relativen Feuchten kleiner als 40% ist Salz in gebundenen Partikeln (sozusagen als Staub) vorzufinden. In den kalten Wintermonaten können Witterungszustände auftreten, die aufgrund niedriger Temperaturen, insbesondere (aber auch durch die Aufheizung der Luft) Feuchtewerte erreichen, die unter 40% liegen. Um zu verhindern, dass in Folge von Undichtigkeiten oder anderen Umständen ungereinigte Luft beziehungsweise Luft mit einem unzulässig hohen Salzgehalt in das Aggregatemodul 15 eindringt, kann eine Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 14 eingesetzt werden, in der neben dem Plattenwärmetauscher 51, der aus dem Verdampfer/Kühler 53, Kompressor 54 und Kondensator/Reheat-Register 55 zusammengesetzten Entfeuchtungswärmepumpe, dem Hochleistungsfilter 57 und dem Umluftventilator 56 eine weiterer Hochleistungsfilter 61 im Umluftstrom UL eingesetzt wird, mit dem Salzpartikel, die in der ersten Behandlungsstufe nicht restlos beseitigt werden konnten, zusätzlich abgeschieden werden.
  • 15 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Gehäuse 50 der in 14 als Luftführungs- und Anlagenschema dargestellten Luftbehandlungseinrichtung 5.
  • Um den Luftwiderstand, der durch die Anordnung des Hochleistungsfilters 61 im Umluftstrom UL bedingt ist, in der Luftbehandlungseinrichtung 6 und damit den Energieverbrauch der Luftbehandlungseinrichtung 5 abzusenken, wird das Hochleistungfilter 61 in der Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 16 in einem Bypass 60 zur wahlweisen Zu- oder Abschaltung beispielsweise in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit angeordnet. Der Bypass 60 weist zwei Jalousieklappen 602, 603 auf, die in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes UL festlegen, der über den Bypasskanal 601 und damit durch das Hochleistungsfilter 61 geleitet wird.
  • Ein gleichartiger Bypass kann auch im Strömungsweg des Außenluft-Zuluftstromes in Strömungsrichtung hinter den Plattenwärmetauscher 51 in Verbindung mit dem Hochleistungsfilter 57 vorgesehen werden.
  • Die in 17 in einem Luftführungs- und Anlagenschema dargestellte Ausführungsform einer optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Luftbehandlungseinrichtung 5 gemäß 14 dahingehend, dass die Entfeuchtungswärmepumpe zwei Kondensatoren beziehungsweise Reheat-Register 55 und 59 aufweist, von denen ein erster Kondensator 55 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor dem Plattenwärmetauscher 51 und der zweite Kondensator 59 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Durch Umschaltung vom ersten Kondensator 55 auf den zweiten Kondensator 59 oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators 59 zum ersten Kondensator 55 kann der Zuluftstrom ZL nach dem Plattenwärmetauscher 51 weiter aufgeheizt werden.
  • Diese wechselseitige Schaltung der Kondensatoren 55, 59 hat den Vorteil, dass den unterschiedlichen Anforderungen zwischen Sommer- und Winterbetrieb besser entsprochen werden kann. Da der Wirkungsgrad des Plattenwärmetauschers 51 beziehungsweise dessen Wärmeübertragung von der Temperaturdifferenz bestimmt wird, wird der erste Kondensator 55 vorzugsweise im Winter genutzt, während der zweite Kondensator 63 vorzugsweise im Sommer genutzt wird. In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen können auch beide Kondensatoren 55, 59 im Teillastbetrieb gefahren werden, wobei beide Kondensatoren 55 und 59 im wechselseitigen Betrieb oder mit variablen Teillasten automatisch geregelt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Temperatursteuerung besteht darin, den Umluftventilator 56 mit einem geregelten Antrieb zu versehen, so dass dieser stufenlos variable Luftmengen fördern kann. Eine Reduzierung der Luftmenge des Umluftstromes UL hat beispielsweise zur Folge, dass weniger Energie durch den Plattenwärmetauscher 51 auf den Außenluft-Zuluftstrom übertragen wird. Damit weist die Luftbehandlungseinrichtung 5 neben den Bypassklappen 52 am Plattenwärmetauscher 51 und den wechselseitig regelbaren Kondensatoren 55, 59 eine weitere Einflussgröße zur Temperatur- und Feuchteregelung auf.
  • Die Luftbehandlungseinrichtung gemäß 18 weist sowohl im Außenluft-Zuluftstrom ein Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer bzw. Kühler 53, Kondensator bzw. Reheat-Register 55 und Kompressor 54 als auch im Umluftstrom ein Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer bzw. Kühler 62, Kondensator bzw. Reheat-Register 64 und Kompressor 63 auf, das im Abluftkanal 76 der Umluft UL in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter 61 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, im Umluftstrom UL befindliche Salzpartikel und Aerosole zu eliminieren, die gegebenenfalls durch Undichtigkeiten, während Montagen oder dergleichen in das Aggregatemodul 15 gelangen.
  • Anhand des in 19 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm soll die Wirkungsweise der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 18 im Sommer- und Winterbetrieb erläutert werden. Mit der Ziffer 1 sind die Feuchtigkeits- und Temperaturzustände der Außenluft im Sommer, mit der Ziffer 2 der Rückluft beziehungsweise Umluft im Sommer, mit der Ziffer 3 der Außenluft im Winter und mit der Ziffer 4 der Rückluft/Umluft im Winter bezeichnet.
  • Im ersten Schritt erfolgt sowohl für die Außenluft AL als auch für die Umluft UL eine Abkühlung bei gleichzeitiger Entfeuchtung. Im zweiten Schritt erfolgt sowohl für die Außenluft AL als auch für die Umluft UL eine Aufheizung (Reheat) durch den Kondensator 55 beziehungsweise 59 nach dem Entfeuchtungswärmepumpenprinzip. Im dritten Schritt erfolgt für die Außenluft AL eine weitere Aufheizung durch die Wärmeübertragung aus dem wärmeren, über den Plattenwärmetauscher 51 geführten Umluftstrom UL. Gleichzeitig erfolgt im dritten Schritt für den Umluftstrom UL, der im relativ trockenen Bereich, das heißt unterhalb oder um die 40% relative Feuchtelinie liegt, die Filterung und damit die Eliminierung der Salzpartikel aus dem Umluftstrom UL. Im vierten Schritt erfolgt die Filterung und Eliminierung der Salzpartikel aus dem Außenluft-Zuluftstrom, nachdem der Au ßenluftstrom Wärme aus der Übertragung des Plattenwärmetauschers 51 aufgenommen hat.
  • Dem Mollier-h,x-Diagramm gemäß 19 ist zu entnehmen, dass der Außenluft-Zuluftstrom sowohl im Sommer- als auch im Winterbetrieb jeweils die relative Mindestfeuchte von kleiner oder gleich ca. 40% erreicht und sogar unterschreitet, was die Vorraussetzung dafür ist, dass aus den Aerosolen Salzpartikel gebildet werden, die in den Hochleistungsfiltern 57, 61 ausgeschieden werden.
  • Selbstverständlich kann in der Anordnung der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 18 auch eine Aufteilung des im Außenluft-Zuluftstrom angeordneten Kondensators in einen ersten Kondensator 55 in Strömungsrichtung der Außenluft vor dem Plattenwärmetauscher 51 und einen zweiten Kondensator 59 im Außenluft-Zuluftstrom hinter dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet und im Wechselbetrieb mit dem ersten Kondensator 55 analog zur Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 17 betrieben werden.
  • Das in 20 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema einer weiteren Ausführungsform der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 8 durch die Anordnung eines Bypasses 70, der vom Zuluftkanal 74 und damit vom Zuluftstrom ZL zum Umluftstrom UL führt, wo er zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler 62, Kondensator bzw. Reheat-Register 64, Kompressor 63 gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem und dem Hochleistungsfilter 61 zur Überdruckhaltung im Umluftstrom UL angebunden ist.
  • Mit dieser Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung 5 wird erreicht, dass die durch das Aggregatemodul 15 strömende Umluft UL nicht durch Strömungen aus anderen Bereichen der Windenergieanlage mit salzhaltiger Luft kontaminiert wird. Die erforderliche Bypass-Luftmenge ist dabei sehr klein und beeinflusst den Feuchtegehalt der Umluft UL nicht nennenswert und verhindert lediglich, dass negative Strömungen aus dem Bereich des Turmes 10 der Windenergieanlage oder der Lufteintrittsöffnung 14 in das Aggregatemodul 15 eindringen, so dass die erforderliche Luftmenge nur geringfügig ist.
  • Unabhängig von der Temperaturhöhe des über den Bypass 70 geführten Umluftteils wird diese aufgrund ihrer äußerst geringen Menge die Temperatur der Umluft UL insgesamt nicht nennenswert beeinflussen. Zudem wird der über den Bypass 70 geführte Umluftteil dem Zuluftstrom ZL entnommen, der bereits Energie bei der Durchströmung des Plattenwärmetauschers 51 aufgenommen hat. Die Zuführung des Bypass-Luftstromes zur Umluft UL kann an jeder Stelle des Luftführungssystems angeordnet werden, beispielsweise kann die Bypass-Luftmenge auch direkt in das Aggregatemodul 15 ohne Luftführungskanäle einströmen.
  • In den 21 bis 27 sind weitere Ausführungsbeispiele für eine optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 eines optimierten Luftbehandlungssystems für den Normalbetrieb und Notbetrieb 6 dargestellt, die an die jeweiligen Anforderungen wie Umgebungsbedingungen, Größe und Leistung der Windenergieanlage, Investitionskosten und dergleichen angepasst ausgewählt werden können. Die diesen Ausführungsbeispielen gemeinsame Funktionsweise wird im Anschluss an die Beschreibung der Luftführungs- und Anlagenschemen der 21 bis 27 näher beschrieben.
  • Das in 21 dargestellte Ausführungsbeispiel für eine Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 20 durch die zusätzlich Anordnung einer unabhängigen Heizeinrichtung 58, vorzugsweise eines Elektro-Heizregisters, im Zuluft-Strömungsweg ZL hinter dem Plattenwärmetauscher 51 und vor dem Hochleistungsfilter 57 der Luftbehandlungseinrichtung 5. Vom Zuluftkanal 74 zweigt ein Bypass 701 von der Zuluft ZL zum Aggregatemodul 15 oder optional über den Bypass 702 zum Umluftstrom UL ab, wobei beide Bypassführungen über eine motorische Bypassklappe 700 gesteuert, so dass der Zuluftanteil zur Überdruckregelung im Aggregatemodul 15 geregelt werden kann. Der Verdampfer 53 des Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpensystems weist vorzugsweise eine Enteisungseinrichtung auf, so dass die gesamte Leistung des Verdampfers 53 durch zwei getrennte Verdampfersysteme erbracht wird.
  • In der Ausführungsform der Luftbehandlungseinrichtung gemäß 22 ist analog zur Ausführungsform gemäß 17 eine Aufteilung des Kondensators des Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpensystems in zwei Kondensatoren beziehungsweise Reheat-Register 55 und 59 vorgesehen, von denen der erste Kondensator 55 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes vor dem Plattenwärmetauscher 51 und der zweite Kondensator 59 in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes nach dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Durch Umschaltung vom ersten Kondensator 55 auf den zweiten Kondensator 59 oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators 59 zum ersten Kondensator 55 kann der Zuluftstrom ZL nach dem Plattenwärmetauscher 51 weiter aufgeheizt werden.
  • Das in 23 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich gegenüber dem in 22 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die optionale Anordnung eines Bypasses 71 im Strömungsweg des Umluftstromes UL sowie eines Bypasses 72 im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg AL/ZL. Der Bypass 71 im Umluftströmungsweg UL weist Bypassklappen 711, 712 und eine Bypassleitung 713 auf, während der Bypass 72 im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg AL/ZL Bypassklappen 721, 722 sowie eine Bypassleitung 723 von der Außenluft AL zur Zuluft ZL enthält.
  • Die im Außenluft- Zuluftstrom AL/ZL und im Umluftstrom UL vorgesehenen Bypässe 71, 72 ermöglichen es, die Luftströme über die Bypassleitungen 713 beziehungsweise 723 an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei zuleiten, wenn die relative Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% nicht erreicht wird oder gehalten werden kann. Die unabhängig voneinander steuerbaren Bypassklappen 711, 7182 beziehungsweise 721, 722 können durch eine Regeleinrichtung in die jeweils erforderliche Position eingestellt werden, so dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten entweder die Hochleistungsfilter 57, 61 durchströmen oder über die Bypassleitungen 713, 723 an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei geführt werden. Damit wird sicher gestellt, dass Salzkristalle, die in den Hochleistungsfiltern 57, 61 anfallen und auf der „unreinen” Seite gespeichert werden, bei erhöhten Feuchtwerten nicht wieder zu Aerosole zerfallen und auf die „reine” Seite der Hochleistungsfilter 57, 61 durchdringen und über die erhöhte Luftfeuchte in das Aggregatemodul 15 oder in den Turm 10 beziehungsweise die Gondel 11 hineingetragen werden.
  • Das in 24 dargestellte Luftführungs- und Anlagenschema einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Luftbehandlungseinrichtungen durch die zusätzliche Anordnung von Entfeuchtungswärmepumpensystemen im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL sowie im Umluftstrom UL. Das im Strömungsweg des Umluftstromes UL vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Ag gregatemodul 15 gespeisten Heizeinrichtung 65 angeordnete Entfeuchtungswärmepumpensystem besteht aus dem Verdampfer/Kühler 62, Kompressor 63 und einem ersten Kondensator 64. Im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg ist das aus dem Verdampfer/Kühler 53, dem Kompressor 54 und einem ersten Kondensator/Reheat-Register 55 beziehungsweise einem zweiten Kondensator/Reheat-Register 59 mit wechselseitiger Betriebsweise bestehende Entfeuchtungswärmepumpensystem angeordnet.
  • Ein mit dem im Umluftstrom UL angeordneten Entfeuchtungswärmepumpensystem verbundenes zweites Kondensator/Reheat-Register 66 ist dem ersten Kondensator/Reheat-Register 65 zugeordnet und mit diesem gemeinsam beziehungsweise wechselseitig betreibbar. Der im Entfeuchtungswärmepumpensystem des Außenluft-Zuluftstromes AL/ZL angeordnete Verdampfer 53 weist vorzugsweise eine Enteisungseinrichtung auf, weshalb die gesamte Leistung des Verdampfers 53 durch zwei optional voneinander getrennte Verdampferteile aufgebracht wird.
  • Die in 24 dargestellte Luftbehandlungseinrichtung mit Entfeuchtungswärmepumpensystemen im Umluftstrom UL und Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL kann als Notbeheizung, beispielsweise zur Frostfreihaltung der Luftbehandlungseinrichtung 5, oder zur zusätzlichen Entsalzung und Entfeuchtung bei niedrigen Temperaturen und Stillstandszeiten der Windenergieanlage eingesetzt werden. Die Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL und Umluftstrom UL bieten durch einen sehr hohen Wirkungsgrad bei geringstem Stromverbrauch eine hohe Heizleistung, wohingegen ein Elektro-Heizregister bei gleicher Wärmeleistung den mehr als fünffachen Stromverbrauch verursachen würde. Durch die Anordnung eines zweiten Kondensators 66 des Umluft-Entfeuchtungswärmepumpensystems im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL kann je nach Erfordernis und Wärmebedarf die Energieabgabe von 0 bis 100% umgeschaltet beziehungsweise geregelt werden. Das Entfeuchtungswärmepumpensystem im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL verfügt ebenfalls über zwei Kondensatoren 55, 59, so dass die Wärmeenergie je nach Bedarf in Luftrichtung vor oder nach dem Plattenwärmetauscher 51 abgegeben und von 0 bis 100% geregelt werden kann.
  • In den 25 bis 27 sind verschiedene Varianten einer Kombination der Luftbehandlungseinrichtung 5 gemäß 24 mit einem konventionellen Luftaufbereitungsgerät 2 gemäß 2 dargestellt.
  • In der Ausführungsform gemäß 25 besteht das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 aus einem ersten Tropfenabscheider 21, einem Koaleszenzabscheider 22 und einem zweiten Tropfenabscheider 24, die im Außenluftstrom AL zwischen der Lufteintrittsöffnung und der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet sind. Der Außenluftventilator 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel druckseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 zwischen dem ersten Tropfenabscheider 21 und dem Koaleszenzabscheider 22 angeordnet.
  • 25 zeigt in alternativer Ausführungsform die Anordnung des Außenluftventilators 25 in gestrichelter Darstellung auf der Saugseite der Luftbehandlungseinrichtung 5, wo sich der Außenluftventilator 25 nicht in feuchter, salzhaltiger bzw. nur grob entfeuchteter und entsalzter Außenluft AL, sondern in trockener, salzfreier Zuluft befindet, was die Gefahr einer Korrosion des Außenluftventilators 25 erheblich reduziert und damit geringere Ansprüche an die Materialgüte des auf der Saugseite angeordneten Außenluftventilators 25 sowie weiterer Komponenten, die wahlweise in Luftströmungsrichtung vor oder hinter der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet werden können, verringert. Damit verbunden ist eine wesentlich kostengünstigere Konstruktion des optimierten Luftbehandlungssystems.
  • Die Ausführungsform gemäß 26 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 25 dahingehend, dass der Außenluftventilator 25 saugseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist.
  • In der Anordnung gemäß 27 besteht das Luftaufbereitungsgerät 2 lediglich aus einem Tropfenabscheider 21, der saugseitig des Außenluftventilators 25 angeordnet ist, der wiederum druckseitig der Luftbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist. Der Koaleszenzabscheider 22 der Anordnung gemäß den 25 und 26 wurde hier entfernt, da dessen Aufgabe durch die Luftbehandlungseinrichtung 5 mit übernommen wird.
  • Die in dem optimierten Luftbehandlungssystem 6 eingesetzten Komponenten wie Entfeuchtungswärmepumpensysteme (Verdampfer, Kondensator/Reheat, Heizregister usw.) können aus funktionalen Gründen oder system- oder verfahrensbedingt sowohl in Strömungsrichtung vor als auch nach dem Plattenwärmetauscher 51 beliebig angeordnet und miteinander kombiniert werden. Die Kondensatoren/Reheat-Register können darüber hinaus sowohl im Außenluftstrom AL als auch im Umluftstrom UL angeordnet und belie big mit den Entfeuchtungswärmepumpensystemen verschaltet werden, je nachdem, wo die von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebene Wärme ihre günstigste Wirkung durch Umschaltung und/oder stufenbehaftete beziehungsweise stufenlose Regelung erzielt. Insoweit zeigen die vorstehend beschriebenen optimierten Luftbehandlungssysteme 6 nur beispielhaft einige von vielen Anordnungsmöglichkeiten.
  • Die in den 10 bis 27 dargestellte optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 eines optimierten Luftbehandlungssystems 6, die sowohl für den Normalbetrieb als auch für einen Notbetrieb bestimmt und geeignet ist, weist gegenüber der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3 gemäß den 3 und 4 und der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 gemäß den 5 bis 9 folgende Besonderheiten und Funktionen auf:
    Im Normalbetrieb, wenn die Windenergieanlage in Betrieb ist und Strom erzeugt, wird die Außenluft AL vom Außenluftventilator 25 des konventionellen Luftaufbereitungsgerätes 2 an die Luftbehandlungseinrichtung 5 überführt und durchströmt zunächst den Verdampfer 53, der folgende Besonderheiten beziehungsweise Funktionen aufweist:
    • – der Verdampfer 53 ist vorzugsweise mit einer Enteisungseinrichtung ausgestattet, da im Offshore-Bereich bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchte im Bereich des Gefrierpunktes und darunter Vereisungsgefahr aufgrund der niedrigen Verdampfungstemperatur besteht. Enteisungseinrichtungen sind aus der Entfeuchtungswärmepumpenkonstruktion bekannt und bedürfen daher keiner näheren Beschreibung. In vorteilhafter Ausführungsform ist der Verdampfer mit Enteisungsfunktion 53 zweiteilig für einen Teillastbetrieb ausgebildet;
    • – der Verdampfer 53 bewirkt immer dann, wenn die Eintrittstemperatur, d. h. die Außentemperatur, an der Taupunktlinie, d. h. bei 100% relativer Feuchte, liegt und damit eine erhöhte Kondensationsgefahr innerhalb der Windenergieanlage auftreten kann, eine Temperaturabsenkung entlang der Taupunktlinie und scheidet dabei Wasser aus. Dadurch ergibt sich eine Reduzierung der absoluten Feuchte, so dass die Gefahr der Kondensation gebannt ist. Dabei wird eine Reduzierung der relativen Feuchte in der Weise angestrebt, dass in Verbindung mit dem Kondensator beziehungsweise der Reheat-Einrichtung 55 und gegebenenfalls durch ergänzende Heizeinrichtungen auf der gesamten Strecke des Strömungsweges der Zuluft bis zur Gondel 11 und innerhalb der Gondel 11 selbst bei totaler Rückküh lung des Zuluftstromes insgesamt oder punktuell durch die enorme Fläche des Turmes 10 der Taupunkt nicht wieder erreicht wird und Kondensation auf dem gesamten Strömungsweg nicht entstehen kann. Wesentlich hierbei ist, dass zur Erreichung dieses Zieles die Leistungsgröße und damit der Energieverbrauch der Entfeuchtungswärmepumpe äußerst gering ist, was insbesondere für den nachstehend beschriebenen Notbetrieb von Bedeutung ist, weil dann eine Stromversorgung aus dem von der Windenergieanlage im Normalbetrieb gespeisten Netz erfolgen muss, da die Windenergieanlage bei Stillstand keine Energie erzeugt. Das im Mollier-h,x-Diagramm dargestellte Beispiel zeigt, dass bereits eine geringe Entfeuchtung von nur 1 g/kg lediglich 8 kJ ausmacht. Nach der Erwärmung durch den Kondensator beziehungsweise das Reheat-Register 55 und nach gegebenenfalls weiterer Nachheizung und anschließender totaler Rückkühlung auf den Außenluft-Temperaturwert liegt die relative Luftfeuchtigkeit dann bei circa 80% relativer Feuchte, so dass die Kondensationsgefahr beseitigt ist. Bei Feuchtewerten oberhalb von ca. 80 bis 90% relativer Feuchte kann eine Kondensation durch Abkühlung an den Turmwandungen nicht auftreten, so dass dieser Bereich als unkritisch angesehen werden kann. Deshalb muss die Entfeuchtungswärmepumpe bei dieser Wettersituation nicht zwingend betrieben werden, sondern erfüllt lediglich optional einen zusätzlichen Zweck, nämlich die Aufheizung der Luft auf Temperaturbereiche, die das in Aerosolen gelöste Salz kristallisieren lassen, was mit dem Erreichen der 40% Feuchte Linie erfolgt und damit eine wirksame Filterung ermöglich. Der Kompressor 54 ist über Rohrleitungen und Regeleinrichtungen mit dem Verdampfer 53 und dem Kondensator 55 verbunden und kann innerhalb oder außerhalb des Luftstromes stehen.
  • Nach dem Entfeuchtungs- und Abkühlprozess durchströmt die Außenluft AL den Kondensator beziehungsweise das Reheat-Register 55 und wird dort in einer ersten Stufe wieder aufgeheizt. Anschließend nimmt der Außenluftstrom AL weitere Wärmeenergie während der Durchströmung des Plattenwärmetauschers 51 auf, die von der Abluft des Umluftstromes UL abgegeben wird. Dabei trennt der Plattenwärmetauscher 51 den Außenluftstrom AL vom Umluftstrom UL hermetisch ab.
  • Am Austritt des Plattenwärmetauschers 51 hat der Zuluftstrom unter normalen Betriebsbedingungen eine Temperatur erreicht, die im Feuchtebereich von kleiner oder gleich ca. 40% relativer Feuchte liegt. Die Salzerosole sind durch diesen Prozess kristallisiert und können durch den nachgestalteten Hochleistungsfilter 57 abgeschieden werden.
  • Für den Fall, dass die Feuchtelinie von kleiner oder gleich ca. 40% relativer Feuchte nicht erreicht wird, ist eine zusätzliche Heizeinrichtung entsprechend den in den 21 bis 27 dargestellten optimalen Luftbehandlungseinrichtungen 5 vorgesehen, bei der es sich vorzugsweise um eine elektrische Heizeinrichtung handelt, weil insbesondere auch im Notbetrieb eine Heizung bereitgestellt werden muss.
  • Ergänzend können auch mehrere Heizeinrichtungen vorgesehen werden, die beispielsweise im Normalbetrieb aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist werden, in Verbindung mit der Anordnung einer zusätzlichen elektrischen Heizeinrichtung.
  • Mittels des vorzugsweise mit Bypassklappen 52 versehenen Plattenwärmetauschers 51 kann in Verbindung mit einer Regeleinrichtung der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 auf die Temperatur und Feuchtewerte Einfluss genommen werden, weil damit variable Energiemengen zum Energieaustausch beziehungsweise zur Energieübertragung zur Verfügung stehen.
  • Die das Hochleistungsfilter 59 verlassende entfeuchtete und entsalzte Zuluft ZL kann über den Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15 hindurch in den Turm 10 und zur Gondel 11 geführt werden, wobei die Gefahr der Kondensation und der verstärkten Korrosion innerhalb des Turmes 10 und der Gondel 11 durch Salzerosole beseitigt ist. Weitere Maßnahmen zur Luftbehandlung und Luftströmung im Turm 10 und in der Gondel 11 werden anhand der 28 bis 34 beschrieben.
  • In Umluft- Strömungsweg durch das Aggregatemodul 15 fördert der stufenlos regelbare Umluftventilator 56 den Abluftstrom Ab(UL) und den Zuluftstrom ZL(UL) der Umluft UL im Kreislauf. Der Abluftstrom Ab(UL) wird durch die Wärmeabgabe der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 erwärmt, so dass in aller Regel ein Feuchtezustand der Umluft UL erreicht wird, der die Filterung kristallisierter Salzerosole zulässt. Sollte dies beispielsweise im Winter nicht der Fall sein, wenn bei extrem niedrigen Temperaturen die Erwärmung im Aggregatemodul 15 bereits durch Ab kühlung an den Turmwandungen stark reduziert wird, so kann die 40%-Feuchtlinie durch die beiden nachfolgenden Einrichtungen beziehungsweise Funktionen erreicht werden:
    • – Zunächst kann in einem ersten Schritt der regelbare Umluftventilator 56 auf einen reduzierten Volumenstrom zurückgefahren werden, was als variabler Vorgang in Abhängigkeit von den Temperatur- und Feuchte-Sollwerten durchgeführt werden kann. Bei geringerem Volumenstrom werden sowohl eine höhere Ablufttemperatur als auch eine geringere relative Feuchte der Umluft UL erreicht;
    • – da bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und gegebenenfalls darunter eine starke Abkühlung durch die große Fläche der Turmwandungen im Aggregatemodul 15 stattfindet, wird in den Ausführungsformen der 21 bis 27 eine zusätzliche Heizeinrichtung 65 vorgesehen, die beispielsweise aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 im Aggregatemodul 15 gespeist wird und die die Luft des Abluftstromes Ab(UL) der Umluft UL in Verbindung mit einem Regelventil auf die erforderliche Temperatur aufheizt. Diese Einrichtung ist auch aus Sicherheitsgründen vorgesehen, damit die Temperatur nicht unkontrolliert durch äußere Einflüsse absinkt und damit die erforderliche Feuchte von kleiner oder gleich ca. 40% relativer Luftfeuchte auch in derartigen Wettersituationen erreicht werden kann.
  • Nachdem der Abluftstrom Ab(UL) der Umluft UL die erforderliche Temperatur erreicht hat und durch den im Umluft-Strömungsweg vorgesehenen Hochleistungs-Feinfilter 61 gereinigt wurde, durchströmt die Abluft Ab(UL) den Plattenwärmetauscher 51 und gibt auf indirektem Wege die Wärmeenergie an den Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL ab. Der stufenlos regelbare Umluftventilator 56 fördert nun den Umluftstrom UL als Zuluftstrom ZL(UL) zum Aggregatemodul 15, gegebenenfalls in die einzelnen Etagen des Aggregatemoduls 15.
  • Nunmehr steht ein Zuluftstrom ZL(UL) der Umluft UL zur Verfügung, der genügend gekühlt ist, andererseits aber auch über eine genügende Mindesttemperatur bei extrem niedrigen Außentemperaturen verfügt, damit ein Auskühlen des Aggregatemoduls 15 verhindert wird, um im Umluftprinzip erneut die Abwärme der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 durch Entwärmung aufzuneh men und dem Aggregatemodul 15 über den Zuluftkanal 75 salzfreie, entfeuchtete Zuluft ZL(UL) zuzuführen.
  • Um den unterschiedlichen Anforderungen im Sommer- und Winterbetrieb zu genügen, weist die Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe einen zweiten Kondensator auf, der im Außenluft-Zuluftstrom AL/ZL nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 angeordnet ist. Dieser zweite Kondensator beziehungsweise Reheat-Register ist vorgesehen, um die Energie aus dem Entfeuchtungswärmepumpensystem durch Umschaltung zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator in Abhängigkeit von der Außentemperatur sowie der erforderlichen Entwärmungsleistung zur Entwärmung der im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 in Verbindung mit dem jeweils für das Aggregatemodul 15 festgelegten Grenzwert der Temperatur mit dem günstigsten Effekt zu übertragen.
  • Durch die Steuerbarkeit des Umluftventilators 56 besteht somit die Möglichkeit zur Temperaturregelung, indem durch Regelung der mittels des Umluftventilators 56 umgewälzten Umluft UL eine stufenlose Anpassung der erforderlichen Umluft UL und damit die Umwälzung geeigneter Luftmengen erfolgt.
  • Durch variable Luftmengen sowohl der Außenluft AL zur Zuluft ZL als auch der Umluft UL kann das optimierte Luftbehandlungssystem 6 in Abhängigkeit von den Parametern der Außenluft, wie Außenlufttemperatur, Feuchte und Salzgehalt der Außenluft AL sowie in Abhängigkeit von den im Aggregatemodul 15 geforderten Entwärmungsleistungen sowie einer Notbeheizung bei Stillstand der Wind-Energieanlage erheblich beeinflusst werden. Insbesondere ist mit einer Einstellung variabler Luftmengen der Außenluft-Zuluft bzw. der Umluft ein wesentlicher Einflussfaktor auf den Energieverbrauch bzw. die Energiekosten gegeben, da eine Absenkung der Außenluft-Zuluft- und Umluft-Luftmengen im abgesenkten Betrieb bei entsprechenden Wetterbedingungen und bei geringeren Wärmelasten im Aggregatemodul auch Energiekosten einspart.
  • Die Umschaltung zwischen den beiden Kondensatoren der Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe erfüllt dabei folgende Aufgaben:
    • 1. da die im Aggregatemodul 15 angeordneten Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 im Sommer eine hohe Wärmeleistung abgeben, wo bei die Turmwandungen in dieser Zeit nur einen geringen Kühleffekt haben, wird der festgelegte, individuelle Grenzwert der Lufttemperatur im Aggregatemodul 15 erreicht, so dass es günstiger ist, die Energie aus dem Entfeuchtungswärmepumpenprozess (Reheat) der Außenluft AL beziehungsweise Zuluft ZL nach dem Austritt aus dem Plattenwärmetauscher 51 zuzuführen, da bei einer Übertragung der Energie (Reheat) vor Eintritt in den Plattenwärmetauscher 51 auch eine Energieübertragung auf den Abluftstrom Ab(UL) der Umluft UL stattfinden würde. Die Temperatur des Zuluftstromes ZL(UL) der Umluft UL wäre dann zu hoch und könnte die im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht ausreichend kühlen.
    • 2. bei einer Anordnung nach dem Plattenwärmetauscher 51 bewirkt der Entfeuchtungsprozess in der Außenluft-Zuluft AL/ZL gleichzeitig eine Temperaturabsenkung, die im Energieaustausch des Plattenwärmetauschers 51 eine reduzierende Wirkung auf die Temperatur des Abluftstromes Ab(UL) der Umluft UL und damit auf die Entwärmungsleistung im Aggregatemodul 15 hat.
    • 3. da die Wärmeübertragung des Plattenwärmetauschers 51 von der Temperaturdifferenz bestimmt wird, ist der erste Kondensator vorzugsweise im Winter zu nutzen, während der zweite Kondensator vorzugsweise im Sommer genutzt wird. In Abhängigkeit von den jeweiligen Temperaturanforderungen können beide Kondensatoren auch im Teillastbetrieb gefahren werden, wozu beide Kondensatoren stufenlos mit wechselseitigen, variablen Teilleistungen automatisch geregelt werden.
  • Bei Stillstand der Windenergieanlage realisiert das optimierte Luftbehandlungssystem 6 einen Notbetrieb, der beispielsweise bei Schwachwind, Sturm oder im Störfall beziehungsweise bei Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage gegeben ist. So haben beispielsweise Untersuchungen auf der Basis von Wind- und Wetterdaten für Helgoland ergeben, dass eine Windenergieanlage mehr als 2000 Stunden pro Jahr wegen Schwachwindes oder wegen Starkwindes nicht in Betrieb ist. Im Notbetrieb stellt die Windenergieanlage keine Energie zur Verfügung und alle Aggregate, die zur Sicherheit und zum Schutz der Windenergieanlage betrieben werden müssen, werden aus dem normalen Stromnetz gespeist, in das die Windenergieanlage im Normalbetrieb Energie einspeist. Das Stromnetz stellt aber in vielen Fällen nur begrenzt Energie und in aller Re gel keine Abwärme zur Beheizung der Systeme und Einrichtungen der Windeenergieanlage zur Verfügung.
  • Da insbesondere bei Starkwind und Sturm salzhaltige, feuchte Außenluft AL aus der Umgebung der Windenergieanlage insbesondere über Undichtigkeiten in der Gondel 11 der Windenergieanlage in den Turm 10 und damit auch in das Aggregatemodul 15 gedrückt wird, ist es erforderlich, den Überdruck im Innern des Turmes 10 und der Gondel 11 aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grunde wird das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 mit dem Überdruck erzeugenden Außenluftventilator 25 in Betrieb gehalten und mittels des optimierten Luftbehandlungssystems 6 wird zusätzlich sichergestellt, dass die angesaugte feucht und salzhaltige Außenluft AL entfeuchtet und durch Filterung möglichst vollständig entsalzt wird.
  • Das erfindungsgemäße optimierte Luftbehandlungssystem 6 arbeitet im Notbetrieb prinzipiell wie zuvor beschrieben im Normalbetrieb, jedoch mit den folgenden Besonderheiten, da Energie nur begrenzt zur Verfügung steht:
    • – da die Heizeinrichtungen 58, 65 nicht aus der Abwärme der elektrischen oder elektronischen Aggregate 16 gespeist werden können, ergibt sich bei den über den Plattenwärmetauscher 51 geführten Umluft- und Außenluft-Zuluft-Strömen kein brauchbarer Energieaustausch, da keine Wärmeübertragung stattfindet;
    • – der Umluftventilator 56 steht still und fördert keine Umluft, so dass keine Umluftströmung durch das Aggregatemodul 15 fließt;
    • – die Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe ist in Betrieb, kühlt, entfeuchtet und heizt den Außenluftstrom AL auf, kann aber nicht bei jeder Wettersituation die 40%-Feuchte-linie erreichen;
    • – zur Sicherheit und zur restlichen Nachheizung mit geringfügigem Energieeinsatz ist vorzugsweise ein Elektro-Heizregister mit Einspeisung aus dem Versorgungsnetz eingeschaltet und bewirkt eine Erhöhung der Temperatur des Zuluftstromes, so dass die Feuchtkennlinie von 40% erreicht wird und das kristallisierte Salz durch das Hochleistungsfilter 57 im Zuluftstrom abgeschieden werden kann.
    • – auf dem Weg zum oberen Teil des Turmes 10 gibt der über den Zuluftkanal 74 geführte Zuluftstrom ZL einen geringen Anteil der Luftmenge über den Bypass 70 an das Aggregatemodul 15 zur Überdruckhaltung und zur Reduzierung des Feuchtegehaltes der Umluft ab. Zu diesem Zweck wird die Bypassklappe 700 (21 bis 23) geöffnet und auf eine bestimmte, üblicherweise geringe Luftmenge eingeregelt. Die Bypassluftmenge kann vorzugsweise auch über die Abluft des Umluftstromes in das Aggregatemodul 15 eingebracht werden, nämlich über die Verbindung zwischen dem Bypass und der Abluft der Umluft gemäß den 21 bis 23.
  • Durch die vorstehenden Maßnahmen kann weder im Aggregatemodul 15, noch im Turm 10 oder in der Gondel 11 eine Kondensation der Zuluft ZL beziehungsweise Umluft UL auftreten.
  • Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann der Verdampfer 53 der Außenluft-Entfeuchtungswärmepumpe, aber auch der Verdampfer 62 der Umluft-Entfeuchtungswärmepumpe mit einer Enteisungsfunktion für einen Teillastbetrieb ausgestattet werden. Für die Enteisungsfunktion wird die gesamte Verdampferleistung getrennt in zwei Verdampfer mit separater Einspritzung und separatem Expansionsventil sowie separaten Absperrklappen über den Lufteintrittsquerschnitt am jeweiligen Verdampfer aufgeteilt. Zum Zwecke der Enteisung können die Absperrklappen optional wechselseitig geöffnet oder geschlossen werden, wobei im Normalbetrieb beide Absperrklappen geöffnet sind, so dass eine Hälfte des Verdampfers die Kühlung und/oder Entfeuchtung vornimmt und die andere Hälfte bei geschlossener Absperrklappe durch Heizgaseinspritzung enteist wird.
  • Diese Sonderfunktion wird zusätzlich dann genutzt, wenn im Teillastbetrieb der Außenluft- Volumenstrom erheblich abgesenkt wird, was zu einer nicht vollständigen Verdampfung des Kältemittels der Entfeuchtungswärmepumpe führen kann, so dass die Gefahr des Flüssigkeitsaustritts an der Saugleitung besteht, die durch Flüssigkeitsschläge zur Zerstörung des Kompressors führen würde. Im Teillastbetrieb ist somit ein Kältekreislauf nicht in Betrieb und eine Absperrklappe wird geschlossen, so dass der reduzierte Luftvolumenstrom nur über die Teilfläche des Verdampfers strömt und damit sicher stellt, dass das Kältemittel vollständig verdampft und Flüssigkeitsschläge vermieden werden.
  • Im Verhältnis zum großen Turmquerschnitt und der großen Turmhöhe sowie aufgrund des großen Luftvolumens ist die üblicherweise in den Turm eingebrachte Außenluftmenge eher als gering zu bezeichnen. Dem Strömungsverhalten und dem auch damit verbundenen Abkühlverhalten im Turm ist daher besondere Beachtung zu schenken.
  • Wird die Außenluftmenge – auch unter Beachtung der Aufheizung – mit geringer Geschwindigkeit in den Turm 10 eingebracht, so wird die Strömung insbesondere von der Thermik getrieben, da wärmere Luft bekanntlich nach oben steigt. Aufgrund der großen Turmhöhe und des großen Turmdurchmessers kann die Temperatur des Luftstromes, der die Gondel 11 erreicht, jedoch nicht kontrolliert werden. Auf der Strecke bilden sich durch Temperaturschichtungen sogenannte Layer und aufgrund unterschiedlicher Temperaturen der Turmwand, die beispielsweise an der Nordseite und an der Südseite mit und ohne Sonnenstrahlung herrschen, entwickeln sich unerwünschte Sekundärströme. So kann sich beispielsweise die schneller abkühlende Luft an der kühleren Turmseite, beispielsweise der Nordseite bzw. Kaltwindseite, die nicht von der Sonne bestrahlt ist, schnell zu einem fallenden Luftstrom entwickeln, der mit der Bildung von unerwünschten Kondensationserscheinungen verbunden ist.
  • Um dies zu vermeiden, weist die in 28 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Nachbehandlung, ergänzenden Luftaufbereitung sowie gezielten Luftführung der unterschiedlichen Luftströme in weiterer Ergänzung zum Nachheizregister oder Wärmetauscher 8 gemäß 10 eine Weitwurfdüse 80 zum Einblasen des Zuluftstromes ZL in den Eintritt des Turmes 10 mit hoher Geschwindigkeit auf, die vorteilhafterweise im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet ist. Dadurch kann der in der einfachen Luftbehandlungseinrichtung 3, der verbesserten Luftbehandlungseinrichtung 4 oder optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 und gegebenenfalls im Wärmetauscher 8 erwärmte Zuluftstrom ZL gezielt in den oberen Bereich des Turmes 10 und näher an die Gondel 11 herangeführt werden.
  • Der Luftstrahl ZL''' mit hoher Geschwindigkeit induziert auf seinem Strömungsweg permanent stehende Luft LS von allen Seiten des Turmes 10, wobei Luftschichtungen und Temperaturschichtungen aufgerissen und Sekundärströmungen vermieden werden.
  • Die möglichst zentrische Anordnung der Weitwurfdüse 80 vermeidet ein Ablenken und Anlehnen der Strömung an die Turmwand und somit den sogenannten Coanda-Effekt.
  • Zur Lufteinbringung wird eine Düsen- oder Diffusor-Form gewählt, weil dabei die statischen Druckverluste gering gehalten werden.
  • In 28 sind die Außenluft AL, die freie Zuluftströmung ZL''' im Turm 10, die Fortluft FL aus der Gondel 11, das konventionelle Luftaufbereitungsgerät 2 zur Vorentsalzung und Vorentfeuchtung und die optimale Luftbehandlungseinrichtung 5 zur Luftaufbereitung mit Plattenwärmetauscher und Entfeuchtungswärmepumpe, die Zuluft-Überdruck-Luftführung im Zuluftkanal 74 durch das Aggregatemodul 15, und die Umluft UL zur gezielten Absaugung ggf. mit Kanalsystem und ggf. mit Volumenstromreglern und zur gezielten Zuluftführung mit Kanalsystem und ggf. mit Volumenstromreglern sowie ein optionaler Wärmetauscher 8 für die Erwärmung der Zuluft ZL''' in den Turm 10 und die Gondel 11 dargestellt.
  • Anhand des in 29 dargestellten Mollier-h,x-Diagramm wird die Wirkung des optimierte Luftbehandlungssystem 6 mit der optimalen Luftbehandlungseinrichtung erläutert.
  • Ausgehend von einer Außenluft mit einer Temperatur von ca. 7°C bei 100% relativer Feuchte im Punkt P1 wird entsprechend dem Pfeil A die angesaugte Außenluft über den Verdampfer 53 geführt und dabei auf ca. 4°C bei gleich bleibender relativer Feuchte abgekühlt. In dem Plattenwärmetauscher 51 gemäß den 4 bis 7 wird die herunter gekühlte Außenluft im Plattenwärmetauscher 51 mittels der im Umluftbetrieb im Aggregatemodul 15 aufgenommenen, von den elektrischen und elektronischen Aggregaten 16 abgegebenen Wärme entsprechend dem Pfeil B von 4°C auf ca. 21°C bei einer relativen Feuchte von 30% erwärmt. Durch die anschließende Erwärmung bzw. Nachheizung im Kondensator 55 der Entfeuchtungswärmepumpe wird die Zuluft entsprechend dem Pfeil C auf ca. 27°C geheizt und als Zuluftstrom über den Zuluftführungskanal 6 in den oberen Teil des Turmes 10, d. h., außerhalb des Aggregatemoduls 15 in den Innenraum des Turmes 10 und der darüber befindlichen Gondel 11 eingeblasen. Bis zum Erreichen der Austrittsöffnungen 3 wird die eingeblasene Zuluft maximal auf eine Temperatur von 7°C bei maximal 80% relativer Feuchte entsprechend dem Pfeil D abgekühlt, wodurch sichergestellt ist, dass der Taupunkt nicht erreicht werden und Kondensation nicht entstehen kann.
  • Gleichzeitig wird die im Umluftbetrieb durch das Aggregatemodul 15 geführt Umluft entsprechend dem Punkt P2 gemäß 29 entsprechend dem Pfeil E als Abluft-Rückluft dem Plattenwärmetauscher 51 mit einer Temperatur von 30°C und einer relativen Feuch te von 40% zugeführt und im Plattenwärmetauscher 51 bei hermetisch gegenüber dem Außenluft/Zuluft- und Überdruckstrom getrennter Führung durch den Plattenwärmetauscher 51 auf ca. 15°C unter Zunahme der relativen Feuchte auf ca. 100% abgekühlt und über die Umluft/Zuluft-Öffnung des Nachbehandlungsgeräts 5 an das Aggregatemodul 15 abgegeben.
  • Der Pfeil F bezeichnet die Wirkungsrichtung des Partialdruckes, der eine Reduzierung des Feuchtegehaltes im Umluftstrom und damit eine Trocknung im Aggregatemodul 15 und damit eine günstige Strömung immer zum Bereich des niedrigen Druckes, also vom Aggregatemodul 15 zum Turm 10 entsprechend der vorstehenden Beschreibung bewirkt.
  • Die Linie G hebt die Linie 80%iger relativer Feuchte hervor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, erzielen zusammengefasst folgende Wirkungen und Vorteile:
    • 1. Führung der aus der Umgebung angesaugten Außenluft durch einen Luftführungskanal 6 durch das Aggregatemodul 15 hindurch zu dem oberhalb des Aggregatemoduls 15 liegenden Teil des Turmes 10 und zu der an dessen Spitze befindlichen Gondel 11, so dass die im Aggregatemodul 15 angeordneten elektrischen und elektronischen Aggregate 16 nicht mit salzhaltiger Luft in Berührung kommen und daher keine Kontamination der Aggregate 16 erfolgt.
    • 2. Führung der Außenluft durch einen ersten Strömungsweg des Nachbehandlungsgerätes 5 mit einem Plattenwärmetauscher 51 getrennt von einem zweiten Strömungsweg zur Führung eines Umluftstromes durch das Aggregatemodul 15 über Zuluft- und Abluftkanäle 75, 76 mit einer hermetischen Trennung der Luftströme bei gleichzeitiger indirekter Energieübertragung – zum Zwecke der Kühlung der durch das Aggregatemodul 15 geführten Umluft, – zum Zwecke der Erwärmung in den Turm 10 und die Gondel 11 eingeblasenen Zuluft; – zum Zwecke der Entfeuchtung des Umluftstromes bei entsprechenden Temperaturdifferenzen.
    • 3. Ein integriertes Entfeuchtungswärmepumpensystem dient der Feuchtereduzierung der Außenluft und deren gleichzeitiger Aufheizung mit der Gesamtwirkung, dass nach Abkühlung der Außenluft im Turm 10 der Taupunkt nicht erreicht wird bzw. nicht erreicht werden kann, so dass eine Kondensation im Turm 10 und in der Gondel 11 vermieden wird.
    • 4. Gezielte Zu- und Rückluftführung nach dem Umluftprinzip im Aggregatemodul 15 durch Luftführungskanäle 7, 8, die ggf. mit zusätzlichen Volumenstromreglern in den einzelnen Zonen bzw. Etagen des Aggregatemoduls 15 zur optimalen Luftreinigung und zur gezielten Erwärmung der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 versehen werden, deren Wärme über die Oberflächen der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 abgegeben wird.
    • 5. Ergänzende Nachheizung der Zuluft, vorzugsweise unter Einbeziehung einer Regeleinrichtung, zum Turm 10 und der Gondel 11 aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate 16 zur Vermeidung einer Kondensation im Turm 10 und in der Gondel 11.
    • 6. Anordnung eines Hochleistungs-Feinfilters 61 zur weiteren Reduzierung des Salzgehaltes der durch das Aggregatemodul 15 geführten Umluft bei Feuchtewerten von weniger als 40% relativer Feuchte.
    • 7. Optionale Entfeuchtungswärmepumpen-Umschaltung mit einem zusätzlichen Kondensator auf Umluft zur Notbeheizung insbesondere im Winterbetrieb und/oder bei stillgelegter Windenergieanlage.
  • Je nach Konzeption einer Windenergieanlage sowie in Abhängigkeit von der Turmhöhe der Windenergieanlage sind oberhalb des Aggregatemoduls 15 weitere Zwischendecks, d. h. Trennungen im Querschnitt des Turms 10, vorgesehen. Dadurch wird der in den Innenraum des Turmes 10 mittels des Außenluftventilators 25 eingeblasene Induktionsstrahl der Zuluftführung auf dem Weg zur Gondel 11 auf seinem Strömungsweg unterbrochen beziehungsweise behindert. Durch derartige Zwischendecks verlangsamt sich der Zuluftstrom durch permanente Induktion, d. h. Strahlenverdickung, so dass es für große Turmhöhen empfehlenswert ist, die Dynamik des Zuluftstromes zu beschleunigen. Zudem kühlt sich der erwärmte Zuluftstrom, der auch durch den thermischen Effekt nach oben in Richtung zur Gondel 11 getrieben wird, auf dem langen Weg bis zur Gondel 11 an den Turmwandungen ab, so dass sich auch der thermische Auftrieb allmählich verlangsamt.
  • Andererseits bieten Zwischendecks insbesondere bei größeren Turmhöhen eine gute Möglichkeit, die Dynamik des Zuluftstromes zu erhalten beziehungsweise zu verstärken, indem eine vorzugsweise zentrisch angeordnete, die Geschwindigkeit der Zuluftströmung erhöhende Einrichtung wie beispielsweise eine Düse oder ein Diffusor die Strömungsgeschwindigkeit der Zuluft punktuell erhöht und eine gerichtete Strömung mit hohem Induktionsverhalten oberhalb eines jeden Zwischendecks erneut erzeugt. Diese Anordnung kann für jedes Zwischendeck wiederholt werden, wobei die geschwindigkeitserhöhende Einrichtung so ausgelegt wird, dass die Strahllänge die Höhe des jeweils nächsten Zwischendecks erreicht und dort von der nächsten geschwindigkeitserhöhenden Einrichtung aufgenommen und weitergeführt wird.
  • Diese technische Lösung mit Anordnung einer als Düse oder Diffusor ausgebildeten geschwindigkeitserhöhenden Einrichtung kommt solange ohne ein mechanisches Hilfsaggregat, wie beispielsweise einen Ventilator, aus, solange ein Zwischendeck eine luftdichte Abschottung darstellt und die durch den zentralen Außenluftventilator 25 eingebrachte Luftmenge aufgrund des erheblichen Überdruckverhaltens lediglich die Düse beziehungsweise den Diffusor der geschwindigkeitserhöhenden Einrichtung durchströmen kann und das Zwischendeck keine Bypässe in Form von Leckagen aufweist. Dabei ist der Außenluftventilator in der Lage, einen ausreichenden Überdruck zu erzeugen, der bis zur Gondel 11 der Windenergieanlage reicht, so dass die erforderliche Geschwindigkeitserhöhung über die eingebauten Düsen beziehungsweise Diffusoren oder vergleichbaren Einrichtungen bewirkt werden kann.
  • Weist das Zwischendeck jedoch gemäß den 30 und 31 an seinen Seitenrändern zur Turmwandung Spaltabstände auf oder sind im Zwischendeck Öffnungen zur Durchführung einer Fahrstuhlkabine oder anderer Einrichtungen vorgesehen, so sind gemäß 30 mechanische Zusatzeinrichtungen wie Ventilatoren 80, 81, 82 erforderlich, um die dynamische Geschwindigkeit des Zuluftstromes ZL, ZL', ZL'', ZL''' zu erhöhen, da die über den Außenluftventilator eingebrachte Luftmenge aufgrund des großen Druckverhaltens alle Öffnungen durchdringt, wodurch sich ein unkontrolliertes Strömungsverhalten im Turm 10 sowie der Gondel 11 entwickeln kann.
  • 31 zeigt die Erzeugung eines aus der primären Luft gebildeten Treibstrahls sowie durch Induktion gebildete Sekundärluftströmungen und im Bereich des Zwischendecks oberhalb des Aggregatemoduls 15 an den Randbereichen des Zwischendecks auftretende Bypassströmungen entsprechend den in 31 eingetragenen Pfeilen.
  • Um eine gezielte Strömung des Zuluftstromes zu erreichen und dabei Bypass-Strömungen durch die Randspalte oder Fahrstuhldurchführungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Ventilatoren 80, 81, 82, die die Strömung im zentrischen Bereich des Turmes 10 erneut erzeugen, mit einer geringfügig erhöhten, geeigneten Luftmenge von beispielsweise +10%, gegenüber der Zuluftmenge auszulegen, so dass durch Überdruck oberhalb des jeweiligen Zwischendecks und Unterdruck unterhalb des jeweiligen Zwischendecks eine geringe Luftmenge über die Bypässe strömt und so verhindert, dass unkontrollierte Luftströmungen aus dem Überdruckverhalten des Außenluftventilators 25 entstehen.
  • Die mechanischen Luftfördereinrichtungen in Form zusätzlicher Ventilatoren 80, 81, 82 werden mit einem äußerst geringen statischen Druck ausgelegt, weil der Außenluftventilator 25 einen erheblichen Überdruck erzeugt, der nur nach dem gesamten Weg durch den Turm 10 letztendlich in der Gondel 11 abströmen kann und sich erst dort durch Undichtigkeiten und Überdruckklappen als Fortluft FL verliert. Der Turm 10 ist als hermetisch geschlossen anzusehen, so dass hier der Überdruck bis zum Eintritt in die Gondel 11 erhalten bleibt.
  • 32 zeigt das optimierte Luftbehandlungssystem 6 für die in 30 dargestellte Wind-Energieanlage in Verbindung mit dem konventionellen Luftaufbereitungs- bzw. Entsalzungsgerät 2 zur Vorentfeuchtung und -entsalzung der Außenluft AL.
  • Aufgrund des Abkühleffektes durch die Turmwandungen in Verbindung mit den langen Strömungswegen erweist es sich gemäß 33 als vorteilhaft, in Verbindung mit der mechanischen Luftfördereinrichtung 80, 81, 82 den auf Teilstrecken abgekühlten Luftstrom durch Heizeinrichtungen 8, 83, 84, die beispielsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul 15 angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate 16 gespeist wird, erneut aufzuheizen. Die Temperaturen im gesamten Turm 10 können dadurch gegenüber einer einmaligen zentralen Aufheizung gleichmäßiger gestaltet werden und das Temperatur-Kondensationsverhalten im Turm 10 vorteilhaft beeinflussen.
  • Die Anordnung eines Hochleistungsfilters sowie eines Wärmetauschers beziehungsweise einer zusätzlichen Heizeinrichtung in der optimalen Luftbehandlungseinrichtung 5 kann auch gemäß 34 in den Bereich einer Düse mit Ventilator 80 oberhalb des Aggregatemoduls 15 mit dem Hochleistungsfilter 59 und dem Wärmetauscher 8 verlagert oder zusätzlich angeordnet werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung wurde vorstehend am Beispiel einer Offshore Wind-Energieanlage mit den im Meerwasserbereich herrschenden klimatischen Bedingungen einer feuchten und salzhaltigen Außenluft bei jahreszeitlich bedingten sehr kalten oder sehr warmen Außenlufttemperaturen beschrieben. Daraus resultieren die Erfordernisse einer Entfeuchtung und Entsalzung der Außenluft sowie Bereitstellung einer entfeuchteten und entsalzten Zuluft im Bereich des Aggregatemoduls 15, im Innern des Turmes 10 und in der Gondel 11 zur Vermeidung von Korrosion und Gewährleistung der Abfuhr der im Aggregatemodul anfallenden Wärmelasten. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch auch auf andere Umgebungsbedingungen anwendbar, beispielsweise auf eine Umgebung mit sandiger, staubhaltiger oder anderweitig stark belasteter Außenluft. Auch unter derartigen Bedingungen ist der Einsatz einer Wärmepumpe und Filtereinrichtung zur Konditionierung der in das Turminnere eingeblasenen Luft sowie zur Wärmeabfuhr der von den elektrischen und elektronischen Aggregaten im Aggregatemodul abgestrahlten Wärme von Bedeutung.
  • Unabhängig von anderen, aggressiven Umgebungsbedingungen ist die Entfeuchtung und die damit verbundene Sicherheit gegen Kondensation auch bei Land-Windenergieanlagen ein bedeutsamer Punkt, denn Windenergieanlagen verfügen über elektrische und elektronische Einrichtungen, die sowohl sensibel auf zu hohe Feuchtewerte, bei denen sie einer verstärkten Korrosion ausgesetzt sind, als auch auf unzulässig hohe Temperaturen reagieren, die zu einer Zerstörung der elektrischen und elektronischen Einrichtungen führen können.
  • In Abwandlung von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen müssen in derartigen Wind-Energieanlagen nicht alle Einrichtungen unmittelbar im Turm angeordnet sein, sondern können auch in Containern oder Gebäuden neben dem Turm der Wind- Energieanlage vorgesehen werden. Auch an derartigen Nebengebäuden oder Containern ist die Entfeuchtung der Außenluft bzw. die Vermeidung von Kondensation und gegebenenfalls die Wärmeabfuhr von den elektrischen und elektronischen Aggregaten von erheblicher Bedeutung.
    • 1
    Offshore Wind-Energieanlage
    2
    Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät
    3
    Einfache Luftbehandlungseinrichtung
    4
    verbesserte Luftbehandlungseinrichtung
    5
    Optimale Luftbehandlungseinrichtung
    6
    Optimiertes Luftbehandlungssystem
    8
    Heizeinrichtung
    10
    Turm
    11
    Gondel
    12
    Rotorblätter
    13
    Abströmöffnungen
    14
    Lufteintrittsöffnung
    15
    Aggregatemodul
    16
    elektrische und elektronische Komponenten und Aggregate
    21
    Erster Tropfenabscheider
    22, 23
    Koaleszenzabscheider
    24
    zweiter Tropfenabscheider
    25
    Außenluft- oder Überdruckventilator
    31
    Heizeinrichtung oder Lufterhitzer
    32
    Hochleistungsfilter
    41
    Verdampfer
    42
    Kompressor
    43
    Kondensator oder Reheat-Coil
    44
    Hochleistungsfilter
    50
    Gehäuse
    51
    Luftbehandlungsgerät mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem (Plattenwärmetauscher)
    52
    Bypassklappen
    53
    Verdampfer bzw. Kühler
    54
    Kompressor
    55
    Kondensator oder Reheat-Register
    56
    Umluftventilator
    57
    Hochleistungsfilter im Außenluft-Zuluftstrom
    58
    Heizeinrichtung
    59
    Zweiter Kondensator
    60
    Bypass
    61
    Hochleistungsfilter im Umluftstrom
    62
    Verdampfer bzw. Kühler
    63
    Kompressor
    64
    Kondensator bzw. Reheat-Register
    65
    Heizeinrichtung
    66
    Zweites Kondensator/Reheat-Register
    70, 71, 72
    Bypass
    74
    Zuluftkanal
    75, 76
    Umluft-Luftführungskanäle
    80
    Weitwurfdüse
    81, 82
    Ventilatoren
    83, 84
    Heizeinrichtungen
    700
    Bypassklappe
    701, 702
    Bypass
    711, 712
    Bypassklappen
    713
    Bypassleitung
    721, 722
    Bypassklappen
    723
    Bypassleitung
    AL
    Außenluft
    ZL
    Zuluft
    FL
    Fortluft
    UL
    Umluft
    Ab(UL)
    Abluft der Umluft
    ZL(UL)
    Zuluft der Umluft

Claims (41)

  1. Verfahren zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (11) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft (AL) erreicht ist, bei der die in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft (AL) als Zuluft (ZL) an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) abgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) in einer Luftbehandlungseinrichtung (4) abgekühlt und dabei die absolute Feuchte der Außenluft (AL) herabgesetzt wird, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) erwärmt wird bis eine vorgegebene relative Feuchte der Außenluft (AL) erreicht ist, bei der die in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzaerosole zumindest teilweise kristallisiert sind, dass die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden und dass die entfeuchtete und entsalzte Außenluft (AL) als Zuluft (ZL) an den Innenraum des Turmes (10) und/oder an das Aggregatemodul (15) abgegeben wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) erwärmt wird bis die relative Feuchte der Außenluft (AL) kleiner oder gleich 40% ist.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erwärmte Außenluft (AL) gefiltert und die kristallisierten Salzaerosole und in der Außenluft (AL) enthaltenen Salzpartikel abgeschieden werden.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) mit Energie aus der Abwärme der Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate (16) erwärmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) oder die abgekühlte und entfeuchtete Außenluft (AL) einer Luftbehandlungseinrichtung (5) mit getrennten Strömungswegen zugeführt wird, in der ein in Wärme tauschender Verbindung mit der Außenluft (AL) stehender Umluftstrom (UL) in einem geschlossenen Kreislauf durch das Aggregatemodul (15) geführt wird und die durch die Wärmeabgabe der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an die Außenluft (AL) abgibt, von dem unter Ausschluss des Aggregatemoduls (15) erwärmte Zuluft (ZL) mit Überdruck an den Innenraum des Turmes (10) und der Gondel (11) abgegeben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom der Außenluft (AL) und/oder der Umluft (UL) unabhängig voneinander erzeugt und zur Einstellung des Wärmeübergangs im Aggregatemodul (15) und/oder der Temperatur oder Feuchte der Zuluft (ZL) gesteuert und geregelt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenluft (AL) über eine Entfeuchtungswärmepumpe (41–44; 53–55, 59) mit einem im Außenluftstrom (AL) angeordneten Verdampfer (41; 53), Kompressor (42; 54), Kondensator oder Reheatcoil (43; 55) und Hochleistungsfilter (44; 59) geführt wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungseinrichtung (5) ein Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) enthält, durch das die hermetisch voneinander getrennten Strömungswege des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) und des Umluftstromes (UL) geführt werden, dass die Entfeuchtungswärmepumpe (53–55; 59; 63) mindestens einen Kondensator oder Reheat-Register (55, 63) aufweist, der in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) und/oder in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) angeordnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfeuchtungswärmepumpe (53–55; 59; 63) zwei Kondensatoren oder Reheat-Register (55, 63) aufweist, von denen ein erster Kondensator (55) in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) vor dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) und der zweite Kondensator (63) in Strömungsrichtung des Außenluft-Zuluftstromes (AL/ZL) nach dem Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) angeordnet ist, und dass durch Umschaltung vom ersten Kondensator (55) auf den zweiten Kondensator (63) oder durch stufenweise Zuschaltung des zweiten Kondensators (63) zum ersten Kondensator (55) der Zuluftstrom (ZL) weiter aufgeheizt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch das Luftbehandlungsgerät mit Wärmerückgewinnung (51) geführten Außenluft-Zuluftstromes in Abhängigkeit von einer Temperatur- und/oder Feuchteregelung des optimierten Luftbehandlungssystems (6) eingestellt wird.
  12. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch einen im Umluftströmungsweg (UL) angeordneten Kondensator (62), auf den bei Heizbedarf im Aggregatemodul (15) umgeschaltet wird.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bypass (70) vom Zuluftstrom (ZL) zum Umluftstrom (UL) zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler (62), Kondensator bzw. Reheat-Register (64), Kompressor (63) und Hochleistungsfilter (61) gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem im Umluftstrom (UL) zur Überdruckhaltung im Umluftstrom (UL).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klappensystem (640, 700) über eine Feuchtemessung den Bypass zuschaltet oder umgeht.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Luftbehandlungseinrichtung (5) abgegebene Zuluftstrom (ZL) über eine Wärmetauscheinrichtung (8) geführt wird, die aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an den Zuluftstrom (ZL) in Abhängigkeit von der Lufttemperatur im Innenraum des Turmes (10) und der Gondel (11) abgibt.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL) zumindest in dem Abschnitt zwischen der Luftbehandlungseinrichtung (5) und dem Eintritt in den Innenraum des Turmes (10) in einem Zuluftkanal (74) geführt wird.
  17. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Luftbehandlungseinrichtung (5) abgegebene Zuluft (ZL) zusätzlich entfeuchtet und mit der aus dem Entfeuchtungsprozess gewonnenen Energie vor der Abgabe an den Innenraum des Turmes (10) erwärmt wird.
  18. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL) mit hoher Geschwindigkeit und vorzugsweise im Zentrum des Turmdurchmessers in den Innenraum (100) des Turmes (10) eingeblasen wird.
  19. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) angesaugte feuchte und salzhaltige Außenluft (1) über einen Tropfenabscheider 41 zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt geleitet wird.
  20. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungseinrichtung (5) einem Luftaufbereitungsgerät (2) zur Entsalzung der Außenluft (1) und zur Erzeugung eines Überdruckes im Innenraum des Turmes (10) strömungsmäßig nachgeschaltet ist, das vorzugsweise einen ersten Tropfenabscheider (21) zur groben Vorabscheidung von Regen, Gischt und dergleichen, einen Koaleszenzabscheider (22, 23) zur Bildung größerer Tropfen, einen zweiten Tropfenabscheider (24) als Nachabscheider zum Abfangen und Abscheiden der zuvor gebildeten Tropfen und einen die erforderliche Luftströmung erzeugenden Außenluftventilator (25) aufweist.
  21. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (11) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird, gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung (3) mit einer Heizeinrichtung oder einem Lufterhitzer (31) zum Erwärmen der Außenluft (AL) oder in einem Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät (2) entsalzter und entfeuchteter Außenluft (AL') und einem Hochleistungsfilter (32) zur Filterung der zu Partikeln kristallisierten Salzaerosole in der Außenluft (AL) oder entsalzten und entfeuchteten Außenluft (AL') und zur Abgabe erwärmter Zuluft (ZL) über das Aggregatemodul (15) in den Turm (10) und in die Gondel (11).
  22. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (11) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird, gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung (4) mit einer aus einem Verdampfer (41) zum Herabsetzen des absoluten Feuchtegehaltes der zugeführten Außenluft (AL) oder der in einem vorgeschalteten Luftaufbereitungs- oder Entsalzungsgerät (2) entsalzten und entfeuchteten Außenluft (AL), einem Kondensator oder ein Reheat-Coil (43) zum Nachheizen der Außenluft (AL) auf eine relative Luftfeuchte kleiner oder gleich 40% und einem Kompressor (42) bestehenden Entfeuchtungswärmepumpe, und mit einem Hochleistungsfilter (44) zur Salzabscheidung.
  23. Vorrichtung zur Luftbehandlung in Wind-Energieanlagen, insbesondere in Offshore Wind-Energieanlagen, mit einem Turm (10), an dessen oberem Ende eine Gondel (11) mit einem Generator und mindestens einem Rotorblatt (12) und in dessen Innenraum Wärme abgebende elektrische und elektronische Aggregate (16) wie Schaltanlagen, Schalteinrichtungen, Transformatoren, Frequenzumrichter und dergleichen in einem Aggregatemodul (15) des Turmes (10) angeordnet sind und der mindestens eine Lufteintrittsöffnung (14) und eine Luftaustrittsöffnung (13) aufweist, wobei über die Lufteintrittsöffnung (14) aus der Umgebung des Turmes (10) feuchte und salzhaltige Außenluft (AL) angesaugt wird, gekennzeichnet durch eine Luftbehandlungseinrichtung (5) mit einem Luftbehandlungsgerät (51) mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem und hermetisch voneinander getrennten ersten und zweiten Strömungswegen, wobei der erste Strömungsweg die über die Lufteintrittsöffnung (14) angesaugte Außenluft (AL) zu der an den Innenraum des Turmes (10) mit Ausnahme des Aggregatemoduls (15) abgegebenen Zuluft (ZL) führt und der zweite Strömungsweg im Umluftbetrieb Zuluft an das Aggregatemodul (15) abgibt und Abluft bzw. Rückluft aus dem Aggregatemodul (15) ansaugt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbehandlungseinrichtung mit rekuperativem Wärmerückgewinnungssystem einen Plattenwärmetauscher (51) enthält, der in Strömungsrichtung des ersten Strömungsweges nach einem mit der Lufteintrittsöffnung (14) verbundenen Luftaufbereitungsgerät (2) zur Entsalzung der angesaugten Außenluft (AL) angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmetauscher (51) auf der Eintrittsseite der heruntergekühlten Außenluft (AL') verstellbare Bypassklappen (52) aufweist.
  26. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenluftventilator (25) auf der Saugseite, in Strömungs richtung der Außenluft (AL) zur Zuluft (ZL) hinter der Luftbehandlungseinrichtung (3, 4, 5) angeordnet ist.
  27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 23 bis 26, gekennzeichnet durch einen Zuluftkanal (74) von der Luftbehandlungseinrichtung (5) zu dem vom Aggregatemodul (15) getrennten Innenraum (100) des Turmes (10).
  28. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftkanal (74) mit einem Wärmetauscher (8) verbunden ist, der von den elektrischen und elektronischen Aggregate (16) aufgenommene Wärmeenergie an den in den Innenraum des Turmes führenden Zuluftstrom des ersten Strömungsweges abgibt.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Wärmetauscher (8) an den Zuluftstrom abgegebene Wärmeenergie in Abhängigkeit von der Temperatur im Innenraum des Turmes (10) und/oder der Gondel (11) regelbar ist und dass mindestens ein die Temperatur im Innenraum des Turmes (10) und/oder der Gondel (11) erfassender Temperatursensor mit einer Regeleinrichtung verbunden ist.
  30. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Umluft (UL) in Zuluft- und Abluftkanälen (75, 76) zum Aggregatemodul (15) und vom Aggregatemodul (15) geführt wird
  31. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass im Umluft-Strömungsweg (UL) ein weiteres Hochleistungsfilter (61) angeordnet ist.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Hochleistungfilter (61) in einem Bypass (60) mit zwei Jalousieklappen (602, 603) angeordnet ist, deren Stellung in Abhängigkeit von einer Feuchtemessung den Anteil des Umluftstromes (UL) bestimmen festlegen, der durch das im Bypasskanal (601) angeordnete Hochleistungsfilter (61) geleitet wird.
  33. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Umluftventilator 56 zur stufenlos variablen Förderung von Umluftmengen einen geregelten Antrieb aufweist.
  34. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im Außenluft-Zuluftstrom (AL-ZL) ein aus einem Verdampfer bzw. Kühler (53), Kondensator bzw. Reheat-Register (55) und Kompressor (54) bestehendes Entfeuchtungswärmepumpensystem als auch im Umluftstrom (UL) ein aus einem Verdampfer bzw. Kühler (62), Kondensator bzw. Reheat-Register (64) und Kompressor (63) bestehendes und im Abluftkanal (76) der Umluft (UL) in Strömungsrichtung vor dem Hochleistungsfilter (61) angeordnetes Entfeuchtungswärmepumpensystem angeordnet sind.
  35. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 34, gekennzeichnet durch einen vom Zuluftkanal (74) abzweigenden und mit dem Umluft-Strömungsweg (UL) zwischen dem aus dem Verdampfer bzw. Kühler (62), Kondensator bzw. Reheat-Register (64), Kompressor (63) und dem Hochleistungsfilter (61) gebildeten Entfeuchtungswärmepumpensystem im Umluftstrom (UL) verlaufenden Bypass (70) zur Überdruckhaltung im Umluft-Strömungsweg (UL)
  36. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuluft-Strömungsweg (ZL) der Luftbehandlungseinrichtung (5) hinter dem Plattenwärmetauscher (51) und vor dem Hochleistungsfilter (57) eine unabhängige Heizeinrichtung (58), vorzugsweise ein Elektro-Heizregister, angeordnet ist.
  37. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 20 bis 24, gekennzeichnet durch einen Bypass (71) im Strömungsweg des Umluftstromes (UL) mit steuerbaren Bypassklappen (711, 712) und einer Bypassleitung (713) zum Vorbeileiten des Umluftstromes (UL) an dem Hochleistungsfilter (61) und einen Bypass (72) im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg (AL/ZL) mit steuerbaren Bypassklappen (721, 722) und einer Bypassleitung (723) zum Vorbeileiten des Zuluftstromes (ZL) an dem Hochleistungsfilter (59), wobei die Bypassklappen (711, 712 bzw. 721, 722) unabhängig voneinander steuerbar sind und durch eine Regeleinrichtung in eine derartige Position einstellbar sind, dass die Luftströme bei günstigen Feuchtewerten entweder die Hochleistungsfilter (57, 61) durchströmen oder über die Bypassleitungen (713, 723) an den Hochleistungsfiltern 57, 61 vorbei geführt werden
  38. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 23 bis 37, gekennzeichnet durch zusätzliche Entfeuchtungswärmepumpensysteme im Außenluft-Zuluftstrom (AL-ZL) und Umluftstrom (UL), wobei das im Strömungsweg des Umluftstromes (UL) vorgesehene zusätzliche Entfeuchtungswärmepumpensystem vor der aus der Abwärme der elektrischen und elektronischen Aggregate (16) im Aggregatemodul (15) gespeisten Heizeinrichtung (65) angeordnet ist und aus einem Verdampfer/Kühler (62), Kompressor (63), einem ersten Kondensator (64) und einem im Außenluft-Zuluftstrom (AL-ZL) angeordneten zweiten Kondensator/Reheat-Register (66) besteht, das dem ersten Kondensator/Reheat-Register (64) zugeordnet und mit diesem gemeinsam oder wechselseitig betreibbar ist, während das im Außenluft-Zuluft-Strömungsweg (AL-ZL) angeordnete Entfeuchtungswärmepumpensystem aus einem Verdampfer/Kühler (53), Kompressor (54), einem ersten Kondensator/Reheat-Register (55) und/oder einem zweiten Kondensator/Reheat-Register (59) mit wechselseitiger Betriebsweise besteht.
  39. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass eine Weitwurtdüse (80) zum Einblasen eines Zuluftstromes in den Eintritt des Turmes (10) mit hoher Geschwindigkeit im Zentrum des Turmdurchmessers angeordnet ist.
  40. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 39, gekennzeichnet durch auf Zwischendecks des Turmes (10) angeordnete mechanische Luftfördereinrichtungen, insbesondere Ventilatoren (80, 81, 82), zur Erhöhung der dynamischen Geschwindigkeit des Zuluftstromes (ZL, ZL', ZL'', ZL''').
  41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Luftfördereinrichtungen (80, 81, 82) mit vorzugsweise aus der Abwärme der im Aggregatemodul (15) angeordneten, Wärme abgebenden elektrischen und elektronischen Aggregate (16) gespeisten Heizeinrichtungen (8, 83, 84) verbunden sind.
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