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Anlage zum Heizen bzw. Kühlen der Raumluft von Gebäuderäumen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Anlage zum Heizen bzw. zum Kühlen der Raumluft von Gebäuderäumen,
bei der mehrere in verschiedenen Zonen angeordnete Wärmetauscheraggregate mit je
einer Lüfteranordnung vorgesehen sind und die Versorgung der Wärmetauscheraggregate
mit Wärmeübertragungsmedium vorzugsweise von einem zentralen Versorgungssystem erfolgt.
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Die Zuführung des Wärmeübertragungsmediums zu den Wärmetauschern erfolgt
zweckmäßigerweise über je eine Zufuhrleitung für beheiztes oder gekühltes Wärmeübertragungsmedium,
welche unmittelbar vor dem Wärmetauscher mittels eines einstellbaren Ventils, welches
in Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen in dem zu beheizenden oder zu kühlenden
Raum gesteuert werden kann, wahlweise mit der Wärmetauschereingangsleitung verbunden
werden können, während zur Rückführung des Wärmeübertragungsmediums nur eine Leitung
dient, welche normalerweise zusammen mit den Zufuhrleitungen einen durch das vorzugsweise
zentrale Versorgungssystem der Anlage hindurchgeführten geschlossenen Kreislauf
bildet. Derartige Anlagen werden in der Regel als sogenannte Dreirohrsysteme bezeichnet.
Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf solche Dreirohrsysteme, kann jedoch
ebensogut auf sogenannte Zweirohrsysteme angewendet werden, welche nur eine Zufuhrleitung
für das entweder beheizte oder gekühlte Wärmeübertragungsmedium besitzen. In diesem
Fall ist jedoch zur Steuerung der Strömungsmenge und/oder Strömungsgeschwindigkeit
des Wärmeübertragungsmediums die Anordnung von entsprechenden Steuerventilen erforderlich.
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Bei einer typischen Anlage dieser Art sind die Wärmetauscher, welche
z. B. aus Heizungs- oder Kühlschlangen bestehen können, mit je einem motorisch antreibbaren
Lüfter versehen. Der Lüfter saugt Raumluft aus dem zu beheizenden oder zu kühlenden
Raum an und richtet den Raumluftstrom auf die Wärmeübertragungsflächen des Wärmetauschers,
wodurch ein Wärmeübergang von Wärmetauscherflächen in den umgewälzten Raumluftstrom
erfolgt. Nachdem der Raumluftstrom die Wärmetauscherflächen eines Wärmetauscheraggregates
passiert hat, wird er zurück in den zu beheizenden oder zu kühlenden Raum gelenkt.
Zum Zweck der Veränderung der Umwälzgeschwindigkeit der Raumluft sind in der Regel
drei Geschwindigkeitsstufen für den Lüfter und damit für den vom Lüfter durchgesetzten
Massenstrom vorgesehen. Die Einstellung der erforderlichen Luftumwälzung bzw. Lüftergeschwindigkeit
erfolgt in Abhängigkeit von der gewünschten Heiz- oder Kühlleistung der Anordnung.
Es ist selbstverständlich, daß der Betrieb der Lüfteranordnungen in den einzelnen
Geschwindigkeitsstufen zu einer entsprechend gestuften Geräuschbelästigung in dem
zu beheizenden bzw. zu kühlenden Raum führt. Häufig wird daher die Wahl der Lüftergeschwindigkeit
in Abhängigkeit von der gerade noch als ertragbar empfundenen Geräuschbelästigung
eingestellt, wobei eine den wirklichen Erfordernissen nicht gerecht werdende Beheizung
bzw. Kühlung des Raumes in Kauf genommen werden muß. Aus baulichen Gründen ist es
häufig auch unvermeidbar, die niedrigste Lüftergeschwindigkeit höher auszulegen,
als dies für bestimmte Bedingungen der Raumtemperierung erforderlich bzw. erwünscht
wäre. Zum Beispiel muß auch bei niedrigster Lüftergeschwindigkeit noch die Möglichkeit
zum Anlassen der Lüftermotoren gegeben sein, wodurch die Spannungsreduzierung zum
Zweck der Drehzahlverringerung der Lüftermotoren begrenzt wird. Zur Sicherstellung
einer wenigstens begrenzten Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse der zu belüftenden
Räume werden daher häufig Aggregate unterschiedlicher Bauart und Größe in verschiedenen
Räumen eines Gebäudes installiert, was natürlich in bezug auf die Lagerhaltung und
Typenvielfalt zu einer beträchtlichen Verteuerung solcher Anlagen führt.
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Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe besteht daher in der Schaffung
einer Anlage zum Heizen bzw. Kühlen der Raumluft von Gebäuderäumen, bei der die
vorgenannten Mängel vermieden sind. Insbesondere soll durch die erfindungsgemäß
zu schaffende Anlage auch eine gegenüber bekannten Einrichtungen dieser Art verbesserte
Anpassungsfähigkeit
an veränderliche Bedingungen gewährleistet
sein.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung aus von einer
Anlage zum Heizen bzw. Kühlen der Raumluft von Gebäuderäumen, welche mit mehreren
in verschiedenen Zonen angeordneten und mit je einer Lüfteranordnung versehenen
Wärmetauscheraggregaten ausgerüstet ist, deren Versorgung mit einem Wärmeübertragungsmedium,
welches in Abhängigkeit von der Temperatur des Raumes, z. B. infolge Steuerung durch
einen Thermostaten, beheizt oder gekühlt werden kann, vorzugsweise von einem zentralen
Versorgungssystem erfolgt, an das die Wärmetauscher angeschlossen sind, wobei die
Raumluft von der Lüfteranordnung jedes Wärmetauscheraggregates angesaugt und über
die Wärmeübertragungsflächen des Wärmetauschers in den Raum zurückgeblasen wird.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß die Motoren zum Betrieb der
Lüfter innerhalb einer Zone in einem geschlossenen Stromkreis elektrisch miteinander
verbunden sind und daß der elektrische Stromkreis jeder Zone einen Spannungsregler
zur zentralen Drehzahleinstellung bzw. -veränderung der einer Zone zugeordneten
Lüftermotoren aufweist.
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Nach dem Vorschlag der Erfindung besitzen die Lüfteranordnungen der
einzelnen Wärmetauscheraggregate stufenlos regelbare Elektromotoren, welche vorzugsweise
nicht von dem Benutzer desjenigen Raumes in ihrer Geschwindigkeit beeinflußt werden
können, welcher von dem betreffenden Wärmetauscheraggregat beheizt bzw. gekühlt
wird. Die Ansaugseite der Lüfteranordnung jedes Wärmetauscheraggregates steht mit
dem zu beheizenden bzw. zu kühlenden Raum in Verbindung, so daß im Betrieb der Lüfter
Raumluft aus dem zu temperierenden Gebäuderaum absaugt. Diese Raumluft wird von
dem Gebläse durch das eigentliche Heiz- bzw. Kühlsystem des Wärmetauscheraggregates
hindurchgeblasen und anschließend erneut dem betreffenden Gebäuderaum zugeführt.
Die Lüftermotoren der verschiedenen Wärmetauscheraggregate sind vorzugsweise zonenweise
miteinander verbunden, und jeder Zone ist eine Steuereinrichtung, z. B. ein Spannungsregler,
zur Einstellung der Lüfterdrehzahl zugeordnet, so daß die Lüfterdrehzahl und mithin
die Lüfterleistung aller in der betreffenden Zone zusammengefaßten Wärmetauscheraggregate
von einer zentralen Stelle gesteuert werden. Um dennoch innerhalb der einer Zone
zugeordneten Räume unterschiedliche Temperierungen vornehmen zu können, ist jedem
Wärmetauscheraggregat ein Steuerventil zugeordnet, welches entweder vom Benutzer
des betreffenden Raumes oder in Abhängigkeit von einem in dem Raum installierten
Thermostaten derart gesteuert werden kann, daß eine mehr oder weniger große Menge
beheizten oder gekühlten Wärmeübertragungsmediums dem diesem Raum zugeordneten Wärmetauscher
zugeführt werden kann. Hierdurch wird bei zonenweise festgelegter Ventilatorleistung
die gewünschte Raumtemperatur durch mehr oder weniger große Aufwärmung bzw. Abkühlung
des über die Wärmeübertragungsflächen des Wärmetauschers geführten Raumluftstromes
erreicht. Wie bereits oben ausgeführt wurde, muß bei sogenannten Zweirohrsystemen
zur Steuerung der in der Zeiteinheit durch das Wärmetauscheraggregat hindurchgesetzten
Menge des Wärmeübertragungsmediums ein Steuerventil vorgesehen werden, welches gleichfalls
direkt vom Benutzer des Raumes oder mittels eines Thermostaten betätigt werden kann.
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Der Vorteil der Anordnung nach der Erfindung besteht gegenüber bekannten
Einrichtungen dieser Art darin, daß die zonenweise durch einen Stromkreis zusammengefaßten
Lüfteraggregate jeweils mit der niedrigstmöglichen Drehzahl und entsprechend geringstmöglichen
Geräuschentwicklung betrieben werden können und daß wegen der stufenlosen Regelbarkeit
der Antriebsmotoren für die Lüfter diese Drehzahl den jeweiligen Bedingungen, z.
B. der Außentemperatur, leicht angepaßt werden kann. Darüber hinaus zeichnet sich
die erfindungsgemäße Anordnung durch geringe Anlagekosten und niedrige Betriebskosten
aus, da einerseits die Lüfteranordnungen der verschiedenen Wärmetauscheraggregate
völlig gleich ausgebildet und andererseits mit der jeweils günstigsten Betriebsdrehzahl
betrieben werden können.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Zeichnung veranschaulichten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden, ohne jedoch auf diese Ausführungsform
beschränkt zu sein. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfindung bei
einem -typischen Dreirohrsystem einer Anlage zum Heizen bzw. Kühlen der Raumluft
von Gebäuderäumen angewendet. Die Erfindung kann jedoch auch, wie bereits oben ausgeführt
wurde, in Verbindung mit einem Zweirohrsystem verwendet werden. Bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel sind nur zwei Zonen mit je zwei Wärmetauscheraggregaten dargestellt,
es ist jedoch offensichtlich, daß sowohl beliebig viele Zonen als auch eine größere
Anzahl von Heizaggregaten in jeder Zone vorgesehen sein können, wobei die Anzahl
der Heizaggregate in den einzelnen Zonen selbstverständlich unterschiedlich sein
kann. Die Anzahl der erforderlichen Zonen und der Wärmetauscheraggregate innerhalb
einer Zone sind abhängig von den Erfordernissen des zu beheizenden bzw. zu kühlenden
Gebäudes.
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Jede Zone ist bei der in der Zeichnung dargestellten Anlage mit zwei
Wärmetauscheraggregaten 10
ausgestattet. Jedes Wärmetauscheraggregat besitzt
eine als Heizungs- bzw. Kühlschlange ausgebildete Wärmetauschereinheit 11 sowie
einen von einem Elektromotor 13 angetriebenen Lüfter 12. Der motorisch angetriebene
Lüfter 12 saugt Raumluft durch den Lufteinlaß 14 in das Wärmetauscheraggregat
10
ein und bläst diese Raumluft über die Wärmeübertragungsflächen der als
Heiz- bzw. Kühlschlange ausgebildeten Wärmetauschereinheit 11, wodurch ein Wärmeübergang
von dem durch die Wärmetauschereinheit hindurchgeführten Wärmeübertragungsmedium
an die Raumluft erfolgt. Nachdem die Raumluft die Wärmeübertragungsflächen der Wärmeübertragungseinheit
11 passiert hat, verläßt sie durch den Luftauslaß 15 das Wärmetauscheraggregat und
gelangt in den zu temperierenden Raum zurück. Die Antriebsmotoren 13 der Lüfter
12 aller in einer Zone zusammengefaßten Wärmetauscheraggregate 10 sind mittels
der Zweigleitungen 21, 22 an eine elektrische Ringleitung 19, 20 angeschlossen.
Jeder Zone ist ein Spannungsregler 16 zugeordnet, welcher in die Ringleitung
19, 20 eingeschaltet ist und mit Speiseleitungen 17,18 in Verbindung steht. Der
Spannungsregler 16 gestattet eine stufenlose Veränderung der Spannungsbeaufschlagung
aller an die Ringleitungen 19,
20 einer Zone angeschlossenen
Lüftermotoren 13.
Hierdurch ist eine stufenlos veränderliche Drehzahlregelung
der Lüftermotoren möglich, wobei alle Lüftermotoren innerhalb einer Zone in Abhängigkeit
von der Einstellung des Spannungsreglers 16 in gleicher Weise und gleichzeitig eingestellt
werden. Es ist offensichtlich, daß an Stelle der Spannungsregelung vielfältige andere
Maßnahmen zur gleichzeitigen Drehzahlveränderung aller in einer Zone zusammengefaßten
Lüftermotoren ergriffen werden können, welche jedoch hier keiner weiteren Erörterung
bedürfen, da solche Maßnahmen dem Fachmann hinlänglich bekannt sind.
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Zur Versorgung der Wärmetauschereinheiten 11
der Wärmetauscheraggregate
10 mit gekühlten bzw. beheiztem Wärmeübertragungsmediurn stehen die Wärmetauschereinheiten
11 über unten noch näher zu beschreibende Rohrleitungen und Steuerventilanordnungen
mit einer Versorgungseinrichtung in Verbindung, durch die das Wärmeübertragungsmedium
vorzugsweise in einem geschlossenen Kreislauf hindurchgeführt und erwärmt bzw. gekühlt
wird. Die Versorgungseinrichtung ist durch ein Kühlsystem, welches aus einem Verdichter
23, einem Kondensator 24 und einem Kühler 25 besteht, und einem
Heizaggregat 37 gebildet. Der Verdichter 23 der Kühlanlage steht mit
seiner Auslaßseite über eine Heißgasleitung 26 mit dem Einlaß des Kondensators
24 in Verbindung. Vom Kondensatorauslaß erstreckt sich eine Leitung
27 zu einer Drosselstelle 28, an der das im Kompressor 23 verdichtete
und nach der Verdichtung dem Kondensator 24 rückgekühlte Gas eine Druckreduzierung
erfährt. Von der Drosselstelle 28 führt die Leitung 29 zur Einlaßseite des
Kühlers 25.
Vom Kühler erstreckt sich zum Einlaß des Verdichters die den Kreislauf
der Kühlanlage schließende Kaltgasleitung 30. Der Kondensator 24 der
Kühlanlage ist mit einer Einlaßleitung 31 und einer Auslaßleitung 32 für
die Zu- bzw. Abführung eines Kühlmediums, z. B. Wasser, ausgerüstet.
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Der Stromkreis des gekühlten Wärmeübertragungsmediums besteht aus
einer durch den Kühler 25 hindurchgeführten Sammelleitung 33, an die Steigeleitungen
34 angeschlossen sind, welche zu den Wärmetauscheraggregaten 10 der einzelnen
Zonen hinführen und über Zweigleitungen 35 mit einer Seite eines Dreiwegehahnes
36 verbunden sind. Von jedem Dreiwegehahn 36 führt eine Leitung
41 zu den Wärmetauschereinheiten 11 der Aggregate 10.
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Der Stromkreis für die erwärmte Flüssigkeit umfaßt eine Heizeinrichtung
37, z. B. einen Heizkessel, sowie eine das Wärmeübertragungsmedium an den Kessel
heranführende Leitung 46 und eine Sammelleitung 38 für die Weiterleitung des Wärmeträgers
nach dessen Erwärmung. An die Sammelleitung 38 sind Steigerohre 39 angeschlossen.
Von den Steigeleitungen 39 führen Leitungen 40 zu dem Dreiwegehahn 36, und zwar
auf der zweiten Eingangsseite desselben. Die dritte oder gemeinsame Seite jedes
Dreiwegehahnes 36 ist durch eine Leitung 41 an die Wärmetauschereinheit
11 angeschlossen. Von jeder Wärmetauschereinheit 11 führt eine Leitung 42
zu einer Rückführleitung 43, welche wieder an eine Rückführsammelleitung
44 angeschlossen ist. Von der Rückführsammelleitung 44 führt eine
Zweigleitung 45 zum Kühler 25, wodurch der Kreislauf für das gekühlte
übertragungsmedium geschlossen wird. Der Kreislauf für den zu beheizenden Wärmeträger
wird durch bereits oben erwähnte Zweigleitungen 46 geschlossen, welche sich bis
zu der Eingangsseite der Heizeinrichtung 37 erstreckt.
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Der Kessel 37 ist mit je einer Dampfeinlaßleitung 47 und einer
Dampfauslaßleitung 48 versehen, um die darüberströmende Wärmeaustauschflüssigkeit
zu erwärmen. Es ist offensichtlich, daß jedes beliebige Erwärmungsmedium benutzt
werden kann.
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Die Steuerung der Temperatur innerhalb eines einzelnen Raumes kann
durch Thermostaten 49 erreicht werden, welche die Dreiwegehahne 36 steuern,
um entweder erwärmtes oder abgekühltes Wärmeübertragungsmedium in Abhängigkeit von
der in dem Raum erwünschten Temperatur zu den Wärmetauschereinheiten 11 zu
führen.
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Im Betrieb liefert der Verdichter 23 heißes Kälteträgergas zu dem
Kondensator 24, in welchem dem Gas durch das durch die Leitungen 31 und 32
fließende Kühlwasser die Kompressionswärme entzogen wird. Der hierdurch wenigstens
teilweise kondensierte Kälteträger fließt dann durch die Leitung 27 zu der Drosselstelle
28, an der eine starke Druckabsenkung und infolge der Expansion weitere erhebliche
Temperaturabsenkung eintritt. Danach gelangt der Kälteträger zum Kühler 25, an dem
nunmehr dem durch die Leitung 45 gleichfalls dem Kühler 25 zugeführten
Wärmeübertragungsmedium Wärme entzogen wird, so daß das Wärmeübertragungsmedium
mit erheblich verringerter Temperatur über die Leitung 33 vom Kühler 25 abströmt.
Infolge des Wärmeentzuges aus dem Wärmeübertragungsmedium wird der dem Kühler 25
über die Leitung 29 zugeführte Kälteträger erwärmt und geht in gasförmigen Zustand
über, bevor er über die Leitung 30 zum Verdichter 23 strömt und erneut
verdichtet und dem Kreislauf der Kühlanlage zugeführt wird. Das im Kühler
23 gekühlte Wärmeübertragungsmedium strömt über die Leitung 33 vom
Kühler ab und über die Leitungen 34, 35 und die Dreiwegehähne 36 zu
den Wärmetauschereinheiten 11 der Aggregate 10, sofern die Thermostaten
49 die Dreiwegehähne auf Durchgang von den Leitungen 35 zu den Leitungen
41 eingestellt haben, d. h. sofern eine Kühlung der Gebäuderäume gefordert
wird.
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Die Flüssigkeit, die von der Rückführsammelleitung 44 in die
Zweigleitung 46 strömt, wird auf ihrem Durchgang durch den Kessel 37 durch
den durch die Leitungen 47 und 48 fließenden Dampf erwärmt. Die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit
fließt dann durch die Sammelleitung 38, die Steigeleitungen 39 sowie
die Verbindungsleitungen 40 zu der entsprechenden Anschlußseite der Dreiwegehähne
36 und durch die Wärmetauschereinheiten 11 der Aggregate 10 hindurch,
sofern die Dreiwegehähne 36 in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen des Rahmens
durch die Thermostaten 49 auf Durchgang eingestellt sind. Die Abführung des
Wärmeübertragungsmediums von den Wärmetauschereinheiten 11 erfolgt durch die Leitungen
42 über die Rückführleitungen 43 und die Rückführsammelleitung 44, von der
ein Teil der Wärmeträgerflüssigkeit durch die Zweigleitung 45
zum Kühler 25
und der andere Teil durch die Zweigleitung 46 zum Kessel 37 strömt, bevor nach erfolgter
Kühlung am Kühler 25 bzw. am Heizkanal 37
nach erfolgter Aufheizung
der Kreislauf erneut beginnt.
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Die Spannungsregler 16 werden entweder automatisch oder von
Hand und vorzugsweise zonenweise
eingestellt, um die Drehzahl der
Motoren 13, welche die Lüfter 12 in den verschiedenen Wärmetauscheraggregaten 10
antreiben, zu steuern. Durch die zentrale Steuerung der Lüfterdrehzahl können sie
so eingestellt werden, daß sie ein den Außenbedingungen entsprechendes Raumluftvolumen
umwälzen und zum Wärmeaustausch mit den Wärmetauschereinheiten 11 bringen. Zusätzlich
können sie bei einer weitaus niedrigeren Drehzahl und demzufolge geringerem Geräusch
betrieben werden, als es bei einzelgesteuerten Lüftern möglich wäre. Für eine Verwendung
während der Nachtzeit würden sie üblicherweise auf einen sehr niedrigen Stand eingestellt
werden, um die erforderliche Raumbeheizung bzw. Kühlung zu gewährleisten und dabei
gleichzeitig den Geräuschpegel auf einem Mindestwert zu halten. Es ist auch leicht
ersichtlich, daß sie während der Heizperiode mit einer Mindestdrehzahl betrieben
werden können, und zwar wegen des größeren Temperaturunterschiedes zwischen dem
Wärmeträger und der Raumluft. Die Spannungsregler 16 sind so einzustellen, daß immer
eine Mindestspannung aufrechterhalten wird, welche eine Mindestdrehzahl für den
Motor und den Lüfter gewährleistet.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung keineswegs auf die in
der Zeichnung dargestellte und oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist.
Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungen möglich.