DE19512852C1

DE19512852C1 - Vorrichtung und Verfahren zum Klimatisieren von Räumen

Info

Publication number: DE19512852C1
Application number: DE1995112852
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Busweiler
Original assignee: S & E Klima Sondertechnik GmbH
Current assignee: S & E Klima Sondertechnik GmbH
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2015-04-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klimatisieren insbesondere von Räumen mit Mitteln zum Zuführen von Luft und einen in den Luftweg eingebundenen Wärmetauscher und ein mit dieser Vorrichtung durch führbares Verfahren zum Klimatisieren.

Solche Vorrichtungen und Verfahren sind bekannt. Sie dienen dazu, Räume oder produktionstechnische Anlagen mit Luft be stimmter gewünscht er Temperatur und Feuchtigkeit zu ver sorgen. Bei der dabei je nach den Umständen eventuell er forderlichen Kühlung und/oder Entfeuchtung der in der Regel aus der Umgebung angesaugten Luft lassen sich zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren unterscheiden: die mit Oberflächenkühlung arbeitenden Verfahren und die Sorptions verfahren.

Bei den mit Oberflächenkühlung arbeitenden Verfahren werden sog. Oberflächenkühler eingesetzt, die von Kaltwasser durchflossen und an ihrer Oberfläche von der zu kühlenden und/oder zu entfeuchtenden Luft umströmt werden. Dabei geht von der Luft Wärmeenergie an jeden Kühler über, welche das Kaltwasser erwärmt und von diesem aus dem Kühler transpor tiert wird. Gleichzeitig kondensiert ein Teil der in der Luft enthaltenden Feuchtigkeit an der kalten Oberfläche des Kühlers. Die dabei freiwerdende Kondensationswärme geht ebenfalls auf das Kaltwasser über, das üblicherweise in ei nem Kreislauf geführt wird und daher vor erneutem Eintritt in den Oberflächenkühler gekühlt werden muß. Dazu werden Kältemaschinen eingesetzt, die aufgrund der verwendeten Kältemittel die bekannten nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt und den Menschen haben. Genannt seien hier nur Abbau der Ozonschicht, Verstärkung des Treibhauseffektes, Grund wassergefährdung, Brand- und Explosionsgefahr, Toxizität und die damit verbundenen Entsorgungsprobleme. Auf solche Kältemaschinen soll darum nach Möglichkeit verzichtet wer den, weshalb in den letzten Jahren verstärkt die sogenann ten Sorptionsverfahren Verbreitung gefunden haben.

Bei den Sorptionsverfahren wird die Luft dadurch gekühlt, daß ihr die zum Verdunsten von Wasser nötige Verdunstungs wärme entzogen wird. Dies geschieht in den bekannten Ver dunstungsbefeuchtern, die um so besser arbeiten, je trocke ner die sie durchströmende Luft ist. Deshalb muß hierbei, insbesondere bei schwüler Witterung, die zu kühlende Luft zunächst entfeuchtet werden, wobei zwischen Adsorptions- und Absorptionsverfahren zu unterscheiden ist: bei den Ad sorptionsverfahren lagern sich in der Luft enthaltene Was sermoleküle an der Oberfläche geeigneter Sorptionsmittel an, deren Aufnahmekapazität, d. h. die Anzahl freier Anlage rungsplätze, naturgemäß begrenzt ist. Das Sorptionsmittel kann jedoch regeneriert werden, z. B. indem durch Wärmeein wirkung die angelagerten Wassermoleküle wieder verdampft werden. Dazu kann das zu regenerierende Sorptionsmittel z. B. einem heißen Luftstrom, dem sog. Regenerierluftstrom, ausgesetzt werden. Man spricht dann davon, daß das Sorpti onsmittel bzw. die mit diesem Mittel versehene Vorrichtung im "Regenerier-" oder "Desorptionsbetrieb" arbeitet, im Ge gensatz zum im "Adsorptions-", "Entfeuchtungs-" oder "Klimatisierungsbetrieb" arbeitenden adsorbierend wirkenden Sorptionsmittel.

Soll nun kontinuierlich Luft entfeuchtet werden, so kann, wie z. B. in der DE 35 11 725 A1 beschrieben - mit zwei parallel in den Luftweg eingebundenen Schüttungen von gra nulatförmigem Sorptionsmittel gearbeitet werden, wobei die zu entfeuchtende Luft immer nur durch eine der Schüttungen geleitet wird, während die andere Schüttung regeneriert und die Luft erst dann durch diese zweite Schüttung geleitet wird, wenn die Aufnahmekapazität der ersten Schüttung er schöpft ist. Gleichzeitig wird dann die erste Schüttung re generiert und so fort. Der Wechsel zwischen den Betriebs arten jeder Schüttung, Entfeuchtungs- und Regenerierbe trieb, wird dadurch vorgenommen, daß der zu entfeuchtende Luftstrom und der heiße Regenerierluftstrom mit Hilfe von Luftklappen abwechselnd von einer Schüttung auf die andere umgelenkt werden.

Ein anderer Weg zum kontinuierlichen Entfeuchten von Luft mittels Adsorption besteht darin, das Sorptionsmittel mit einer Trägersubstanz zu verbinden, daraus dünne Folien zu schaffen und diese Folien abwechselnd in einer glatten und einer gewellten Lage aufzuwickeln, so daß sich eine runde Scheibe, ein sog. Sorptionsrad, mit einer Wabenstruktur er gibt, welches dann axial durchströmt werden kann. Ein sol ches mit Lager, Antrieb und Dichtungen versehenes Sorpti onsrad bildet einen sogenannten Sorptionsregenerator, wel cher derart in den Luftweg eingebunden wird, daß die zu entfeuchtende Luft jeweils nur durch einen Sektor des Rades strömt, während durch einen anderen Sektor heiße Regene rierluft geleitet werden kann. Durch Drehung des Sorptions rades wird sichergestellt, daß immer eine bestimmte Adsorp tionskapazität zur Verfügung steht.

Sowohl in der durchströmten Schüttung als auch im Sorpti onsregenerator erfolgen Adsorption und Regeneration in der Regel adiabat, also ohne äußere Wärmezu- oder -abfuhr. Dies hat den Nachteil, daß der zu entfeuchtende Luftstrom von der bei der Adsorption freigesetzten Adsorptionswärme stark erwärmt wird. Da die absolute Luftfeuchtigkeit, mit der der Luftstrom aus der jeweiligen Sorptionseinrichtung austritt, möglichst gering sein soll, die theoretisch minimal er reichbare Feuchtigkeit bei hohen Temperaturen jedoch höher liegt als bei niedrigen Temperaturen, verschlechtert der Temperaturanstieg in der zu entfeuchtenden Luft die Ent feuchtungsleistung. Außerdem muß mit apparativem Aufwand die Luft nach dem Austritt aus der Adsorptionseinrichtung gekühlt werden.

Zur Abführung wenigstens eines Teils der in einer Adsorber schüttung entstehenden Wärme ist es aus der bereits erwähn ten DE 35 11 725 A1 bekannt, in der Adsorberschüttung eine Kühlrohrschlange anzuordnen, durch welche ein Kühlmedium, z. B. Grundwasser, hindurchgeleitet wird. Ein solcher Wärme austausch läßt sich in einer Adsorberschüttung jedoch nur mit großem apparativen Aufwand verwirklichen. Zudem ver läuft in solchen Schüttungen aufgrund der langen Diffusi onswege des zu adsorbierenden Wasserdampfes in die einzel nen Adsorbenskörner einer Schüttungen die Adsorption rela tiv langsam, und noch feuchte Luft kann - bei nicht ausrei chender Größe der Schüttung - aus der Schüttung austreten, lange bevor deren eigentliche Adsorptionskapazität ausge schöpft ist. Es sind daher große Adsorberschüttungen not wendig, die sich aufgrund ihrer Ausdehnung nicht zur Unter bringung in den dafür üblicherweise in Gebäuden zur Verfü gung stehenden Räumlichkeiten eignen.

Andere Möglichkeiten, die Entfeuchtung mit einer gleichzei tigen Abfuhr der Sorptionswärme zu koppeln - also nicht adiabat zu arbeiten - bieten die Absorptionsverfahren. So können z. B. Luft-Wasser- oder Luft-Luft-Wärmetauscher mit einem flüssigen Sorptionsmittel (z. B. wäßrige Salzlösungen von LiCl, CaCl oder LiBr) besprüht werden, oder man benetzt die Oberfläche eines Wärmetauschers und läßt das Sorptions mittel an den Austauschflächen herunterrieseln. Durch die gleichzeitige Luftentfeuchtung und Kühlung (z. B. mit Kühl wasser aus einem Rückkühlwerk) können geringe Luftfeuchten erzielt und auf einen nachgeschalteten Wärmetauscher ver zichtet werden.

Flüssige Sorptionsmittel haben jedoch eine ganze Reihe von Nachteilen: So handelt es sich um grundwassergefährdende Substanzen, die mit dem Luftstrom mitgerissen werden und als Salzkristall in den zu klimatisierenden Raum gelangen bzw. sich in einem dem Sorptionsapparat nachgeschalteten Luftverteilsystem niederschlagen können. In Verbindung mit Feuchtigkeit greifen die Salze Metalle an, so daß die Appa rate und Rohrleitungen aus gegen die Salzlösung beständigen Werkstoffen bestehen müssen. Die Apparate und Leitungen neigen zum Verkrusten durch auskristallisierte Salze, und die Entsorgung des Sorptionsmittel ist aufwendig.

Davon ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Klimatisieren anzu geben, welche einerseits ohne Anwendung der herkömmlichen Kältemaschinentechnik verwirklichbar sind, gleichzeitig aber auch die Nachteile der ohne Kältemaschinen arbeitenden bekannten Adsorptions- und Absorptionsverfahren vermeiden.

Die Aufgabe wird von einer Vorrichtung der eingangs genann ten Art gelöst, bei welcher die von der Luft umströmte Oberfläche des Wärmetauschers zumindest teilweise mit einem Sorptionsmittel beschichtet ist und bei welcher der Wärme tauscher einen gegen die den Wärmetauscher umströmende Luft abgedichteten und mit Anschlüssen zum Durchleiten eines fließfähigen Mediums versehenen Hohlraum aufweist.

Eine solche Vorrichtung verbindet die Vorteile der Adsorp tions- mit den Vorteilen der Absorptionsapparate. Sie benö tigt keine umweltgefährdenden oder gesundheitsschädlichen Substanzen und für die luftberührenden Bauteile sind keine besonderen Werkstoffe erforderlich. Es besteht keine Ge fahr, daß Sorptionsmittel in den Luftstrom gelangen könn ten. Eine Wärmezu- oder -abfuhr ist während des Sorptions vorganges möglich, ebenso wie die Regenerierung bei niedri gen Heizmitteltemperaturen. Dazu sind Anschlüsse vorgese hen, über welche dem Wärmetauscher ein fließfähiges Medium zur Zu- oder Abfuhr von Wärmeenergie zugeführt werden kann. Dabei hat sich insbesondere Kalt- oder Heißwasser bewährt. Es sei betont, daß aber auch andere Substanzen verwendet werden können. Der Einfachheit halber werden im folgenden alle kühlend wirkenden fließfähigen Medien als Kühlwasser bezeichnet, alle wärmeenergiezuführenden Medien als Heiz wasser.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich zudem mit sehr kompakten Abmessungen erstellen, so daß sich gegenüber her kömmlichen Klimageräten kein erhöhter Platzbedarf ergibt. Dies hat den Vorteil, daß die Vorrichtung auch bei der Sa nierung bestehender Klima- und Kälteanlagen eingesetzt wer den kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung entspricht die Form des Hohlraums im wesentlichen der von der luftumström ten Oberfläche des Wärmetauschers bestimmten Form. Dadurch wird eine besonders günstige Wärmezu- oder -abfuhr in den Fällen gewährleistet, in denen ein fließfähiges Medium durch den Hohlraum des Wärmetauschers geleitet wird.

Je nach Art und Ausgestaltung der Gesamtanlage kann es zweckmäßig sein, den Wärmetauscher als Rippenrohrbündel, als Glattrohr, als Rohrschlange oder als Plattenwärmetauscher auszubilden. Dabei kann der Fachmann die im Einzel fall zweckmäßigste Ausbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung wählen.

Wird der Wärmetauscher als feststehender Wärmetauscher ausgebildet, so hat dies den Vorteil, daß auf bewegte Teile, wie z. B. ein rotierendes Sorptionsrad, verzichtet werden kann und damit nicht nur der konstruktive Aufwand gesenkt, sondern auch der Platzbe darf um den bei bewegten Teilen die Zugänglichkeit gewähr leistenden Anteil reduziert werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann dabei als Sorptionsmittel Silicagel oder Zeolith verwendet werden, und das Sorptionsmittel kann mittels wasserdampfdurchlässi gem Kleber oder Binder auf dem Wärmetauscher aufgebracht sein.

Die Erfindung kann ferner dadurch zweckmäßig weitergebildet werden, daß Mittel zum Befeuchten zumindest eines Teils der von der Luft umströmten Oberfläche des Wärmetauschers vor gesehen werden. Dies hat den großen Vorteil, daß der Wärme tauscher je nach den gegebenen und den gewünschten Luftbe dingungen auch als Befeuchter eingesetzt werden kann, und zwar sowohl als adiabater Verdunstungsbefeuchter als auch als nicht-adiabater Befeuchter. Der Sorptionswärmetauscher stellt dabei aufgrund seiner im Verhältnis zu seinem Volu men sehr großen Oberfläche und seines definierten Wärme- und Stoffübergangsverhaltens zwischen Oberfläche und Luft ein Befeuchtungssystem dar, dessen Leistung sehr genau vor ausbestimmbar ist. Wegen der hydrophilen Eigenschaften des Sorptionsmittels kommt es zu einer sehr gleichmäßigen Be netzung der Oberfläche des Wärmetauschers. Wird der Wärme tauscher weder von Kühl- noch von Heizwasser durchströmt, so wirkt er bei Wasserbeaufschlagung als adiabater Verdun stungsbefeuchter. Wird der Wärmetauscher von Heizwasser durchströmt, so wirkt er gleichzeitig als Erhitzer und Be feuchter. Er kann also, z. B. wenn im Winter Lufterwärmung und Befeuchtung gefordert sind, gleichzeitig zwei Funktio nen übernehmen. Zur herstellungskostensenkenden und repara turunanfälligen konstruktiven Einfachheit kommt als weiterer Vorteil hinzu, daß bei nur einem Apparat der Druckverlust im Luftstrom geringer ist als bei zwei getrennten Appara ten, so daß mit der so ausgebildeten erfindungsgemäßen Vor richtung auch Energie bei der Luftförderung gespart werden kann. Wird der Wärmetauscher von Kühlwasser durchflossen, so wirkt er als Rückkühlwerk und kühlt das Kühlwasser. Schließlich kann über die Mittel zum Befeuchten zumindest eines Teils der von der Luft umströmten Oberfläche des Wär metauschers der Wärmetauscher insbesondere im Stillstand zur Desinfektion mit Heißwasser beaufschlagt und auf eine Mikroorganismen abtötende Temperatur aufgeheizt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung werden dem Wärmetauscher an sich bekannte Lufterhitzer und/oder adia bate Luftbefeuchter und/oder nicht-adiabate Luftkühler nachgeschaltet. Dies erlaubt je nach Ausgestaltung und Ver wendungszweck der Gesamtanlage eine besonders günstige Re gelung von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher den Anschlüssen des Hohlraums Mit tel zum Zuführen des fließfähigen Mediums (z. B. Wasser) zu geordnet sind, weisen die Mittel eine Regeleinrichtung zur Einstellung wenigstens zweier unterschiedlicher Temperatu ren des den Wärmetauscher durchströmenden Mediums auf. Dies hat den Vorteil, daß der Wärmetauscher z. B. zum Abführen der Adsorptionswärme mit einem kalten Medium durchströmt werden kann, während zur Regeneration des Wärmetauschers, also zur Desorption der Sorptionsschicht, der Wärmetauscher mittels der Regeleinrichtung mit einem Medium höherer Tem peratur durchströmt werden kann, was den Desorptionsvorgang auslöst oder unterstützt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind wenig stens zwei Wärmetauscher in den Luftweg parallel derart eingebunden, daß jeder von ihnen separat mit Luft anström bar ist. Dies hat z. B. den Vorteil, daß immer wenigstens ein Wärmetauscher adsorbierend arbeiten kann, während ein anderer Wärmetauscher gleichzeitig desorbiert wird, so daß dann, wenn sich die Aufnahmekapazität des ersten Wärmetau schers dem Ende nähert, die zu entfeuchtende Luft auf einen anderen, regenerierten Wärmetauscher umgelenkt werden kann.

Zur leichten Regenerierung des Wärmetauschers, also der Desorption der an seiner Oberfläche adsorbierten Feuchtig keit, kann es sinnvoll sein, bei den Mitteln zum Zuführen von Luft einen Regenerierluftventilator vorzusehen. Dieser erlaubt vorteilhaft die Zu- oder Abfuhr der den jeweils zu regenerierenden Wärmetauscher umströmenden Luft. Hierauf wird im folgenden noch näher eingegangen.

Eine energetisch besonders günstige Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht Mittel zum Abführen der Luft aus den zu klimatisierenden Räumen vor, wobei in den Abluftweg ein Wärmetauscher eingebunden ist, welcher mit dem bzw. den in den Zuluftweg eingebundenen Sorptions-Wär metauscher bzw. Wärmetauschern in thermischer Wechselwir kung steht. Dies erlaubt die Nutzung der in der Abluft ent haltenen Kälte oder Wärme zum Kühlen oder Heizen der zuzu führenden Luft. Dazu können die Wärmetauscher z. B. in ein gemeinsames Wasserleitungsnetz eingebunden werden.

Die genannte Aufgabe wird ferner von einem Verfahren zum Klimatisieren von Räumen mit Mitteln zum Zuführen von Luft, einem in den Luftweg eingebundenen in seinem Inneren von einem fließfähigen Medium durchströmbaren Wärmetauscher nach Anspruch 1 und einer Steuereinrichtung gelöst, wobei ein Teil der physikalischen Parameter der Luft von der Steuereinrichtung gemessen, die Luft über eine sorptionsmittelbeschichtete Fläche des Wär metauschers geleitet und der Wärmetauscher in Abhängigkeit von den gemessenen Parametern mit einem Kühlmittel, einem Heizmittel oder gar nicht durchströmt wird.

Dieses Verfahren erlaubt die Klimatisierung insbesondere von Räumen ebenso wie die Bereitstellung von Luft einer bestimmten Temperatur und Feuchtigkeit für produktionstechnische Pro zesse in besonders vorteilhafter Weise.

Das Verfahren kann dann, wenn wenigstens zwei parallel in den Luftweg eingebundene Wärmetauscher, welche separat mit Luft anströmbar sind, zur Verfügung stehen, so durchgeführt werden, daß die zu entfeuchtende Luft über die adsorbie rende Fläche eines der Wärmetauscher geleitet wird (Klimatisierungsbetrieb), während die an der adsorbierenden Fläche eines anderen Wärmetauschers bereits adsorbierte Feuchtigkeit durch Zufuhr von Wärmeenergie desorbiert wird (Regenerationsbetrieb). Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß immer ein regenerierter Wärmetauscher zur Ver fügung steht, wenn die Adsorptionskapazität eines Wärmetau schers erschöpft ist. Dabei kann so vorgegangen werden, daß die den im Regenerationsbetrieb arbeitenden Wärmetauscher umströmende Luft direkt der Außenluft zugeleitet oder aber der wenigstens einen im Klimatisierungsbetrieb arbeitenden Wärmetauscher umströmenden Luft zugeleitet wird.

Das Verfahren arbeitet besonders ökonomisch, wenn die den im Regenerationsbetrieb arbeitenden Wärmetauscher umströ mende Luft einem Luftkühler zugeleitet und so die im Rege nerationsluftstrom enthaltene Wärmeenergie und der Wasser dampf nutzbar gemacht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher mit sorptionsmittelbeschichteter Ober fläche;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit drei Wärmetauschern, einem Zuluft- und ei nem Regenerationsventilator;

Fig. 3 ein Schema einer Anordnung einer Vorrichtung mit drei Wärmetauschern und einem einzigen Ven tilator;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von drei Wärmetauschern, welchen je ein Luft kühler nachgeordnet ist;

Fig. 5 ein Schema einer An ordnung von drei Wärmetauschern mit Rückführung des Regenerierluftstromes;

Fig. 6 eine schematische Übersicht verschie dener Arten zur Kühlung des Kühlmedi ums und

Fig. 7 ein Schema einer Anwendung eines er findungsgemäßen Wärmetauschers zur Energierückgewinnung in einem ge schlossenen Kühlmittelkreislauf.

In der Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeich neter Wärmetauscher dargestellt, welcher als Rippenrohr ausgebildet ist. Dabei ist um das Kernrohr 12 eine Vielzahl von Rippen 14 angeordnet, welche mit einem Sorptionsmittel 16, z. B. Silicagel oder Zeolith beschichtet sind. Nicht dargestellt sind die Anschlüsse für das fließfähige Medium, welches den in dem Wärmetauscher gebil deten Hohlraum 17 durchströmen kann und dem Wärmetauscher 10 dabei Wärmeenergie zuführt (Desorptions- bzw. Regenera tionsbetrieb) oder aber Wärmeenergie entzieht.

In der Fig. 2 ist ein Schema einer Anordnung dreier erfin dungsgemäßer Wärmetauscher 10 gezeigt, welche parallel zu einander in ein Luftleitungsnetz 18 eingebunden sind. Das Luftleitungsnetz 18 ist mit einer Anzahl von Luftklappen 20 und 22 versehen, wobei die Luftklappen 20 den einem zu kli matisierenden Raum zuzuführenden Luftstrom regeln, während die Luftklappen 22 den Regenerierluftstrom steuern. Sowohl der Zuluftstrom als auch der Regenerierluftstrom werden hier bei von je einem gesonderten Ventilator, dem Zuluftventila tor 24 und dem Regenerierluftventilator 26 erzeugt, wobei beide Ventilatoren leistungsmäßig aufeinander abgestimmt sein müssen. Bevor die Luft auf die Wärmetauscher 10 verteilt wird, wird sie noch über einen in das Leitungsnetz 18 eingebundenen Luftfilter 28 geführt. In der dem Wärmetauscher 10 nachgeordneten Luftzuleitung zu dem zu klimatisierenden, hier nicht gezeigten Raum sind ferner ein Lufterhitzer 30 und ein adiabatischer Luftbefeuchter 32 vorgesehen. Jeder Wärmetauscher 10 ist über mit Kaltwasserventilen 34 versehene entsprechende Anschlußmittel an ein gemeinsames Kühlwassernetz 36 und über mit Heizwasserventilen 38 verse hene entsprechende Anschlußmittel an das Heizwassernetz 40 angeschlossen, an welches auch der Lufterhitzer 30 ange schlossen ist. Die gezeigte Anordnung arbeitet z. B. beim Entfeuchten und Kühlen von Luft wie folgt: Von dem Zuluft ventilator 24 wird Außenluft über den Luftfilter 28 in das Luftleitungsnetz 18 gesaugt. Im hier gezeigten Momentanzu stand des Gesamtsystems wird dabei durch die Stellung der Luftklappen 20 gewährleistet, daß die Zuluft nur über den im Bild unteren Wärmetauscher 10 geleitet wird. Dieser ar beitet im Adsorptionsbetrieb und lagert Wassermoleküle aus dem Luftstrom an seiner Oberfläche an. Die dabei freiwer dende Adsorptionswärme wird mittels des den Wärmetauscher 10 durchströmenden Kühlwassers aus dem Wärmetauscher gelei tet. Dazu sind die diesem Wärmetauscher zugeordneten Kühl wasserventile 34 geöffnet (in der Zeichnung sind geöffnete Ventile schwarz, geschlossene Ventile weiß unterlegt), so daß Kühlwasser aus dem Kühlwassernetz 36 durch den Wärme tauscher fließen kann. Die entfeuchtete Luft wird über den beim Kühlen natürlich ausgeschalteten und nur rein optional vorgesehenen Lufterhitzer 30 dem adiabatischen Luftbefeuch ter 32 zugeführt und von diesem in bekannter Weise abge kühlt. Gleichzeitig wird der in der Figur mittlere Wärme tauscher 10 regeneriert. Die ihm zugeordnete Regenerier luftklappe 22 ist geöffnet, ebenso wie die ihm zugeordneten Heizwasserventile 38, so daß Heizwasser aus dem Heizwasser netz 40 den Wärmetauscher 10 durchströmen kann und den Desorptionsvorgang durch Energiezufuhr unterstützt. Der obere der drei in der Fig. gezeigten Wärmetauscher 10 ist bereits regeneriert worden und wird aufgrund der Klappen stellung der Zuluftklappen 20 und der Regenerierluftklappen 22 nicht von Luft durchströmt. Dennoch sind die ihm zuge ordneten Kühlwasserventile 34 bereits geöffnet, so daß der Wärmetauscher 10 auf seine Betriebstemperatur für den Ad sorptionsbetrieb vorgekühlt wird. Sobald die Aufnahmekapa zität des unteren Wärmetauschers 10 erschöpft ist, kann durch Umstellen der Zuluftklappen 20 der Zuluftstrom über den be reitgehaltenen oberen Wärmetauscher 10 geleitet werden, so daß die Luft kontinuierlich entfeuchtet werden kann.

In der Fig. 3 ist eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum klimati sieren gezeigt, bei welcher Regenerierluftstrom und Zuluft strom mittels eines gemeinsamen Ventilators 42 erzeugt wer den. Ansonsten sind wieder die bereits beschriebenen Ein richtungen, wie Luftfilter 28, Lufterhitzer 30, adiabati scher Verdunstungsbefeuchter 32 sowie die entsprechenden Mittel zum Versorgen der in das Luftleitungsnetz 18 einge bundenen Wärmetauscher 10 vorgesehen. Durch die Anordnung des Ventilators 42 unmittelbar nach dem Luftfilter 28 aber vor den Wärmetauschern 10 wird der apparative Aufwand des Klimasystems weiter verringert. Auf einen separaten Regene rierluftventilator kann verzichtet werden. Der gemeinsame Ventilator 42 ist dabei für die Summe aus Zuluft- und Rege nerierluft-Volumenstrom bemessen. Die gezeigte Anordnung kann sinnvoll dadurch ergänzt werden, daß dem Ventilator 42 eine Regeleinrichtung für den Volumenstrom der ihn durch strömenden Luft zugeordnet wird.

In der Fig. 4 ist eine weitere Anordnung der erfindungsge mäßen Vorrichtung gezeigt, wobei wiederum drei Wärmetau scher 10 von einem gemeinsamen Ventilator 42 mit über den Luftfilter 28 geleiteter Luft versorgt werden. Dabei ist das gemeinsame Luftleitungsnetz 44 bei diesem Ausführungs beispiel besonders einfach ausgebildet, da keine gesonder ten Kanäle zum Ableiten der Regenerierluft vorgesehen sind. Statt dessen ist jedem Wärmetauscher 10 ein Luftkühler 46 zugeordnet, welcher über entsprechende mit Kühlwasserventi len 48 versehene Anschlußmittel an das Kühlwassernetz 36 angebunden ist. Allen Wärmetauschern 10 ist ferner der ge meinsame Lufterhitzer 30 und der Verdunstungsbefeuchter 32 nachgeordnet. Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Der Hauptteil des zu entfeuchtenden Luftstromes wird durch entsprechende Stellung der Luftklappen über den im Adsorptionsbetrieb arbeitenden in der Fig. unteren Wärme tauscher 10 geleitet. Der diesem Wärmetauscher 10 nachgeschal tete Luftkühler 46 ist dabei außer Betrieb, wozu seine Kühlwasserventile 48 geschlossen sind. Der obere Wärmetau scher 10 ist gerade regeneriert worden und wird durch Öff nung der ihm zugeordneten Kühlwasserventile 34 auf seine Betriebstemperatur gebracht und für den Fall bereitgehal ten, daß die Adsorptionskapazität des unteren Wärmetau schers 10 erschöpft ist. Der in der Fig. mittlere Wärmetau scher 10 wird gerade regeneriert, wozu seine Heizwasserven tile 38 geöffnet sind, so daß er von Heizwasser relativ hoher Temperatur, z. B. 80°C oder mehr, stark erwärmt wird. Dabei ist die ihm zugeordnete Luftklappe 20 gerade so weit geöffnet, daß nur ein kleiner Teil der von dem Venti lator 42 in das Leitungsnetz 40 gedrückten Luft den Wärme tauscher 10 durchströmt und wie der oben beschriebene Rege nerierluftstrom wirkt. Der Regenerierluftstrom wird dabei so stark mit Wasserdampf beladen, daß der überwiegende Teil der Luftfeuchtigkeit im Kühler 46 auch bei vergleichsweise hohen Kühlwassertemperaturen kondensieren kann. Die ent feuchtete Luft aus dem im Adsorptionsbetrieb arbeitenden unteren Wärmetauscher 10 wird mit der abgekühlten und teil weise entfeuchteten Regenerierluft aus dem mittleren Wärme tauscher 10 gemischt und in dem Verdunstungsbefeuchter 32 auf die gewünschte Zulufttemperatur gebracht. Das in dem Luft kühler 46 erzeugte Kondensat kann z. B. in die Kanalisation abgegeben werden. Es kann aber auch im Verdunstungsbefeuchter 32 weiter verwendet werden, da es keine gelösten Bestandteile oder sonstigen Substanzen enthält, die nicht bereits vorher in der Außenluft waren. Dazu ist die in der Figur punktiert gezeigte Verbindungsleitung 52 vom Luftkühler 46 zum Ver dunstungsbefeuchter 32 vorgesehen. Es versteht sich von selbst, daß auch die den anderen Wärmetauschern 10 zugeord neten Luftkühler 46 mit entsprechenden Leitungen 52 mit dem Verdunstungsbefeuchter 32 verbunden werden können.

Fig. 5 ist schematisch eine Anordnung einer erfindungsge mäßen Vorrichtung mit drei Wärmetauschern 10 gezeigt, wel chen über den Luftfilter 28 von dem Ventilator 42 Luft zu geführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird - in Ab wandlung von dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel - der Regenerierluftstrom nicht mit dem Zuluftstrom ver mischt, sondern rückgeführt und erneut den Wärmetauschern zugeleitet. Dazu sind in dem Luftleitungsnetz 54 die be reits beschriebenen Zuluftklappen 20 und Regenerierluft klappen 22 derart angeordnet, daß die den gerade im Regene rationsbetrieb arbeitenden Wärmetauscher 10 (im gezeigten Bei spiel der mittlere Wärmetauscher) durchströmende Regene rierluft über einen für alle Wärmetauscher 10 gemeinsam wirkenden Luftkühler 46 geleitet und dem Ventilator 42 er neut zugeführt werden kann. Eine solche Anordnung ist be sonders dann vorteilhaft, wenn sehr tiefe Lufttemperaturen und Luftfeuchtigkeiten gefordert sind, so daß sich das Mischen von entfeuchteter Luft mit Luft aus der Regenerierung nachtei lig auswirken könnte. Dabei wird die in dem mittleren Wär metauscher 10 desorbierte Wasserdampfmenge im Kühler 46 zum größten Teil kondensiert. An das dabei anfallende Kondensat kann in der beschriebenen Weise z. B. in die Kanalisation abgeleitet oder aber über eine hier nicht dargestellte Lei tung dem Verdunstungsbefeuchter 32 zugeführt werden.

In der Fig. 6 ist eine schematische Übersicht über ver schiedene Möglichkeiten zur Kühlung des Kühlwassers ge zeigt. So kann z. B. ein handelsübliches Rückkühlwerk 56 bzw. 58 in offener oder geschlossener Bauweise vorgesehen wer den. Vorteilhaft kann auch die aus den zu klimatisierenden Räumen o. dgl. über ein Abluftnetz 60 abgeführte Abluft zur Kühlung genutzt werden. Dazu werden in das Abluftnetz 60 Sprühbefeuchter 62, 64 eingebunden und wasserseitig entwe der direkt (Sprühbefeuchter 62) oder aber indirekt (Sprühbefeuchter 64) an das Kühlwassernetz angeschlossen. Schließlich kann in das Abluftnetz 60 auch ein zusätzliches Kühlregister (z. B. Rippenrohrregister) 66 eingebaut und dieses mit Wasser besprüht werden oder es kann einer der beschriebenen adsorbierend wirkenden Wärmetauscher 68 ein gesetzt und mit Wasser berieselt werden. Diese Verfahren zur Kühlung des Kühlwassers können zusätzlich im Winter als Wärmerückgewinnungs-System (Kreislaufverbundsystem) beson ders vorteilhaft genutzt werden. Dabei werden insbesondere durch die Mehrfachverwendung von Wärmetauscher 10 und Abluft kühler 60 die Strömungs- bzw. Druckverluste eines ansonsten erforderlichen Wärmerückgewinnungssystems vermieden, so daß weniger Energie aufgewendet werden muß, um Luft durch die Klimatisierungsvorrichtung zu saugen bzw. zu drücken.

In der Fig. 7 ist schematisch die Anwendung eines in ein Zuluft- oder Abluftnetz 60 eingebundenen Wärmetauschers 10 gezeigt, bei dem das den Wärmetauscher 10 durchströmende Medium in einem abgeschlossenen und von dem Kühlwassernetz 36 und dem Heizwassernetz 40 getrennten Kreislauf 70 geführt wird, wobei eine Pumpe 72 für die Strömung des Mediums in dem Kreislauf 70 sorgt. Um dem geschlossenen Kreislauf 70 Wärmeenergie zu- oder abzuführen sind zwei Wärmetauscher, ein Kühlwärmetauscher 74 und ein Heizwärmetauscher 76, vorgesehen, welche über die beschriebenen Anschlußmittel an das Kühlwasser- bzw. Heizwassernetz 36 bzw. 40 angeschlossen sind. Dabei hat diese Ausgestaltung den Vorteil, daß beim Umschalten von Heiz- und Kühlbetrieb Heizungswasser nicht in den Kaltwasserkreislauf 36 gelangen kann und umgekehrt.

Es sind zahlreiche Weiter bildungen und Abwandlungen möglich. So kann die beschrie bene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren nicht nur zum Entfeuchten, Erwärmen, Kühlen und Befeuchten von Luft eingesetzt werden, es eignet sich auch je nach Ausgestal tung der Gesamtanlage und Art der verwendeten Materialien für verschiedene andere Gase. Der Fachmann kann im Bedarfs falle außer den gezeigten drei Wärmetauschern 10 in einer Klima tisierungsanlage beliebig viele erfindungsgemäße Wärmetau scher 10 anordnen und dabei die verschiedenen beschriebenen Möglichkeiten der Regenerierung und der Führung des Regene rierluftstromes zweckmäßig kombinieren.

Bezugszeichenliste

10 Wärmetauscher
12 Kernrohr
14 Rippe
16 Sorptionsschicht
18 Luftleitungsnetz
20 Zuluftklappen
22 Regenerierluftklappen
24 Zuluftventilator
26 Regenerierluftventilator
28 Luftfilter
30 Lufterhitzer
32 Verdunstungsbefeuchter
34 Kühlwasserventil
36 Kühlwassernetz
38 Heizwasserventil
40 Heizwassernetz
42 Ventilator
44 Luftleitungsnetz
46 Kühler
48 Kühlwasserventil
50 Heizwasserventil
52 Verbindungsleitung
54 Luftleitungsnetz
56 Rückkühlwerk, offen
58 Rückkühlwerk, geschlossen
60 Abluftleitung
62 Sprühbefeuchter, direkt angeschlossen
64 Sprühbefeuchter, indirekt angeschlossen
66 Kühlregister
68 Wärmetauscher
70 geschlossener Kreislauf
72 Druckmittelquelle
74 Kaltwärmetauscher
76 Heißwärmetauscher

Claims

1. Vorrichtung zum Klimatisieren insbesondere von Räumen mit Mitteln zum Zuführen von Luft und einem in den Luftweg eingebundenen Wärmetauscher (10), dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Luft umströmte Oberfläche des Wärme tauschers (10) zumindest teilweise mit einem Sorptions mittel (16) beschichtet ist und
daß der Wärmetauscher (10) einen gegen die den Wärme tauscher (10) umströmende Luft abgedichteten und mit An schlüssen zum Durchleiten eines fließfähigen Mediums verse henen Hohlraum (17) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Hohlraums (17) im wesentlichen der von der Luft umströmten Oberfläche des Wärmetauschers (10) bestimm ten Form entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als Rippenrohrbündel ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als Glattrohr ausge bildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als Rohrschlange aus gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als Plattenwärmetau scher ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (10) als feststehender Wärmetauscher (10) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (16) Silicagel ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (16) Zeolith ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (16) Aluminiumoxid ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (16) ein Polymer adsorber ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel (16) mit wasser dampfdurchlässigem Kleber oder Binder auf dem Wärmetauscher (10) aufgebracht ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Befeuchten zumindest eines Teils der von der Luft umströmten Oberfläche des Wärmetau schers (68) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (10) ein Lufterhitzer (30) nachgeschaltet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (10) ein Verdunstungsbefeuchter (32) nachgeschaltet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wärmetauscher (10) ein Luftkühler nachgeschaltet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei den Anschlüssen des Hohlraums (17) Mittel zum Zuführen des fließfähigen Mediums, insbesondere Wasser, zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Regeleinrich tung (Kühlwasserventil 34, Heizwasserventil 38) zur Ein stellung wenigstens zweier unterschiedlicher Temperaturen des den Wärmetauscher (10) durchströmenden Mediums aufwei sen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wärmetauscher (10) in ein Luftleitungsnetz (18) parallel derart eingebunden sind, daß jeder von ihnen separat mit Luft anströmbar ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zuführen von Luft einen Zuluftventilator (24) und einen Regenerierluftventilator (26) umfassen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abführen der Luft aus den zu klimatisierenden Räumen vorgesehen sind und daß in den Ab luftweg (60) ein Wärmetauscher (10) eingebunden ist, wel cher mit dem oder den in den Zuluftweg eingebundenen Wärme tauscher oder Wärmetauschern (10) in thermischer Wechsel wirkung steht.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (10) in ein gemeinsames Wasserlei tungsnetz (Kühlwassernetz 36, Heizwassernetz 40) eingebun den sind.

22. Verfahren zum Klimatisieren von Räumen mit Mitteln zum Zuführen von Luft, einem in den Luftweg eingebundenen in seinem Innern von einem fließfähigen Medium durchströmbaren Wärmetauscher nach Anspruch 1 und einer Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Teil der physikalischen Parameter der Luft von der Steuereinrichtung gemessen wird,
daß die Luft über eine sorptionsmittelbeschichtete Fläche des Wärmetauschers geleitet wird und
daß der Wärmetauscher in Abhängigkeit von den gemesse nen Parametern mit einem Kühlmittel, einem Heizmittel oder gar nicht durchströmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22 mit wenigstens zwei paral lel in den Luftweg eingebundenen Wärmetauschern, welche se parat mit Luft anströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entfeuchtende Luft über die adsorbierende Fläche ei nes der Wärmetauscher geleitet wird (Klimatisierungsbetrieb), während die an der adsorbierenden Fläche eines anderen Wärmetauschers bereits adsorbierte Feuchtigkeit durch Zufuhr von Wärmeenergie desorbiert wird (Regenerationsbetrieb).

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die den im Regenerationsbetrieb arbeitenden Wärmetau scher umströmende Luft direkt der Außenluft zugeleitet wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die den im Regenerationsbetrieb arbeitenden Wärmetau scher umströmende Luft der wenigstens einen im Klimatisie rungsbetrieb arbeitenden Wärmetauscher umströmenden Luft zugeleitet wird.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die den im Regenerationsbetrieb arbei tenden Wärmetauscher umströmende Luft einem Luftkühler zu geleitet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der regenerierte Wärmetauscher vor der erneuten Umströ mung mit zu entfeuchtender Luft gekühlt wird.