DE19631245A1 - Adsorptions-Klima-Kälteanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Klimagestaltung in Gebäuderäumen, bei der zur Luft­ behandlung rotierende, regenerative Feuchtigkeits- und Wärmetauscher in Verbindung mit einer Kälteanlage eingesetzt werden, wobei die Außenluft entfeuchtet und gekühlt und ggf. erwärmt wird.

Das Raumklima in Gebäuden unterliegt vielfältigen inneren und äußeren Belastungen. Im Sommer wird die thermische Belastung durch äußere und innere Faktoren geprägt, so daß eine Kühlung der Raumluft erforderlich wird, um die sogenannte thermische Behaglichkeit zu erreichen. Behaglichkeit ist gegeben, wenn der Mensch mit der Temperatur, der Feuchte und der Luftbewegung in seiner Umgebung zufrieden ist.

Für den Fall hoher Wärmebelastungen eines Raumes kommen deshalb die Prozeßkompo­ nenten Kühlen und Entfeuchten zur Anwendung.

Bekannt ist hierfür der Einsatz von Ober­ flächenkühlern, bei denen als Energieträger Kaltwasser eingesetzt wird. Das Kaltwasser wird mit einem Temperaturniveau von ca. 4 bis 8°C in luftgekühlten Kaltwassersätzen unter relativ schlechten Wirkungsgrad erzeugt. Dabei können sowohl Kompressions- als auch Absorptionskühler eingesetzt werden. Physikalisch läßt sich diese Art der Luftentfeuchtung durch die Taupunktunterschreitung des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes an einer festen Oberfläche erklären. Bei Taupunktunterschreitungen von kleiner als 0°C tritt jedoch eine Bereifung des Oberflächenkühlers auf. Die zunehmende Steilheit der Sättigungslinie im Bereich niedriger Feuchtigkeiten bedingt tiefste Verdampfungstemperaturen zur Erzie­ lung niedriger Zuluftfeuchtigkeiten. Daraus und aus der Notwendigkeit der Wärmeabfuhr auf der Kondensatorseite über die Außentemperatur resultiert eine drastische Verschlechte­ rung des energetischen Wirkungsgrades der Kältemaschine.

Weiterhin ist es bekannt, die adiabate Befeuchtung zu Kühlzwecken zu nutzen. Luft nimmt bei einer Befeuchtung, z. B. in einer Sprühkammer. Wasser auf. Zum Übergang des Was­ sers aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand wird die Verdampfungsenthalpie von der Luft aufgebraucht. Die Umsetzung der Verdampfungsenthalpie zeigt sich in Form einer Verringerung der Temperatur der Luft. Dieser Kühleffekt wird von der Feuchtigkeit der zu kühlenden Luft beeinflußt, so daß eine zusätzliche Trocknung erforderlich werden kann. Beim Einsatz sorptiver Entfeuchtungsverfahren ist deshalb in der Regel eine zusätzliche Wärmequelle erforderlich, wenn keine Abfallwärme technologischer Art vorhanden ist.

Aus der DE-PS 42 26 164 ist ein Verfahren zur Klimagestaltung in Gebäuderäumen be­ kannt, bei dem unter Verwendung von rotierenden regenerativen Sorptions- und Wärme­ übertragern der Kondensator einer Kompressions-Wärmepumpe zur Aufheizung des Rege­ nerationsluftstromes für den Sorptionsübertrager genutzt wird und die Wärme dafür dem Prozeß der sorptiven Trocknung in Verbindung mit adiabatischer Befeuchtung und Wärme­ rückgewinnung entzogen wird. Bei diesem Verfahren wird demnach die Regenerationswär­ me in Kälte-Wärme-Kopplung mit dem Kondensator erzeugt. Da die Regenerationstempera­ tur bei hohen Außenluftfeuchten jedoch verhältnismäßig hoch, d. h. im Bereich von 45°C bis 60°C, sein muß, ist es notwendig, die Kondensationstemperatur höher zu fahren, als wenn die Kälteanlage auf einen Kühlturm arbeitet. Eine höhere Kondensationstemperatur, bei gleicher Verdampfungstemperatur, führt jedoch zu einen ungünstigen Druckverhältnis, ei­ nem schlechteren Wirkungsgrad und damit zu einer schlechteren Leistungszahl.

Bei Einsatz einer mit Erdgas befeuerten Absorptions-Klimakälteanlage entfeuchtet der von Kaltwasser durchflossene Luftkühler durch Taupunktunterschreitung zugleich die Außenluft. Um definierte Zuluftbedingungen zu erhalten, ist aber eine Nachheizung erforderlich, die mit der Abwärme des Absorbers und Kondensators erfolgen kann. Die Absorptionskälteanlage muß auf die Leistung zur Kühlung und Entfeuchtung ausgelegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch Kombination einer Absorptionskälteanlage mit einer Luftbehandlungsanlage, bestehend aus rotierenden, regenerativen Sorptions- und Wärme­ übertragern, eine energieökonomische Lösung zur Klimagestaltung in Gebäuderäumen zu schaffen, die in wirtschaftlicher Weise auf unterschiedliche Außenluftzustände hinsichtlich Temperatur und Feuchte einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Die Entfeuchtung der Außenluft erfolgt mit Hilfe eines Sorptionsregenerators, der im Fortluft- und Außenluftstrom angeordnet ist. Das Sorptionsmittel auf der Oberfläche des Sorptions­ regenerators nimmt die Feuchtigkeit der Außenluft auf. Mit Hilfe der durch den Lufterhitzer aus der Fortluft erzeugten Regenerationsluft erfolgt die Regeneration des sich langsam drehenden Sorptionsrades. Da beim Sorptionsprozeß zugleich Wärme übertragen wird, empfiehlt sich im allgemeinen eine Vorkühlung mit Hilfe eines Wärmeregenerators. Der vom Kaltwasser durchflossene Luftkühler hat jedoch nur zu kühlen, da die gewünschte Luft­ feuchte bereits durch den Sorptionsregenerator gesichert wird. Dadurch kann die Kältelei­ stung der Absorptionskälteanlage reduziert werden. Die Antriebswärme für den Sorptions­ prozeß zur Entfeuchtung kann jedoch aus der Abwärme der Absorptionskälteanlage bereit­ gestellt werden. Reicht das Temperaturniveau der Abwärme aus dem Absorber und Kon­ densator nicht aus, dann ist es beim direkt gasbefeuerten Austreiber der Absorptionskälte­ anlage möglich, mit Hilfe eines Abgaswärmeübertragers die Regenerationswärme und die erforderliche Regenerationstemperatur für den Sorptionsregenerator bereitzustellen. Für den Anteil der Kälteleistung zur Entfeuchtung der vom Sorptionsregenerator übernommen wird, ist deshalb kein Energieaufwand erforderlich, da die Abwärme der Absorptionskältean­ lage ausreicht.

Durch den erfindungsgemäß angeordneten Abgaswärmeübertrager nach dem Generator (Austreiber) der mit Gas befeuerten Absorptionskälteanlage ist es möglich, bei Abgastem­ peraturen um 80°C Wassertemperaturen über 60°C zu erreichen, die damit völlig ausrei­ chend sind zur Erzeugung der Regenerationswärme des Sorptionsregenerators. Die noch verfügbare Exergie der Gasverbrennung wird somit direkt für den zweiten Sorptionsprozeß, nämlich der Entfeuchtung der Luft, gewonnen, so daß sich die Leistung der Absorptionskäl­ teanlage beträchtlich, im allgemeinen auf 50%, reduziert. Für die Kälteerzeugung mit Hilfe der Absorptionskälteanlage ist somit nur noch ca. 50% des Energieaufwandes erforderlich, während die 2. Sorptionstechnik ohne zusätzlichen Energieaufwand aus der Abwärme der 1. Sorptionstechnik gewonnen werden kann. Diese Doppel-Absorptions-Klimakälteanlage ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß zwei Absorptionsprozesse, die selbständig wir­ ken, hinsichtlich ihres Antriebes so miteinander gekoppelt sind, daß mit dem gleichen Energieaufwand der Absorptionsprozeß betrieben und mit der Abwärme aus dem 1. Ab­ sorptionsprozeß der 2. Absorptionsprozeß ohne zusätzlichen äußeren Antrieb arbeiten kann.

Erfindungsgemäß kann der Abgaswärmeübertrager direkt innerhalb des Hochdruckappara­ tes der Absorptionskälteanlage oder auch extern am Ausgang der Absorptionskälteanlage angebracht werden.

An dem nachfolgenden Beispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der Abbildung ist eine mögliche erfindungsgemäße Anlagenschaltung dargestellt.

Außenluft 2 mit einer Temperatur von 39°C und einer Feuchte von 13,5 g/kg wird zunächst über einen rotierenden Sorptionsregenerator 3 geleitet und auf 7,5 g/kg entfeuchtet. Danach erfolgt in einem rotierenden Wärmeregenerator 4 eine Vorkühlung. Die weitere Kühlung der Außenluft erfolgt am Luftkühler 5, der von der Absorptionskälteanlage 10 betrieben wird, auf 16°C. Im Luftkühler 5 erfolgt keine weitere Entfeuchtung. Damit wird die Zuluft 6 mit einer Temperatur von 16°C und einer Feuchte von 7,5 g/kg dem zu klimatisierenden Raum 1 zugeleitet. Im Raum wird damit eine Temperatur von 22°C und eine Feuchte von 8,0 g/kg eingestellt. Die Fortluft 7 dient der Regenerierung des rotierenden Wärmeregenerators 4 und wird danach am Lufterhitzer 8 zur Regenerierung des rotierenden Sorptionsregenera­ tors 3 aufgeheizt. Der Lufterhitzer 8 ist über ein Rohrleitungssystem mit dem erfindungsge­ mäß an einem gasbefeuerten Austreiber 12 der Absorptionskälteanlage 10 angeordneten Abgaswärmeübertrager 11 verbunden, so daß der Lufterhitzer 8 mit einer Vorlauftemperatur von 65°C betrieben werden kann. Diese Temperatur reicht völlig aus, um die Feuchtigkeit aus dem rotierenden Sorptionsregenerator 3 auszutreiben. Danach wird die Fortluft 7 als Abluft 9 ins Freie geleitet. Üblicherweise ist die Absorptionskälteanlage 10 mit einem Kühl­ turm 13 verbunden.

Claims (3)

1. Absorptions-Klima-Kälteanlage mit rotierenden, regenerativen Feuchtigkeits- und Wärme­ tauschern in Verbindung mit einer Kälteanlage zur Luftentfeuchtung und -kühlung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absorptionskälteanlage (10) eingesetzt wird, deren gasbefeuer­ ten Austreiber (12) mit einem Abgaswärmeübertrager (11) kombiniert ist und daß der Ab­ gaswärmeübertrager (11) mit einem zur Regenerierung des rotierenden Sorptionsregenera­ tors (3) dienenden Lufterhitzer (8) verbunden ist und daß ein im Zuluftstrom nach dem Wärmeregerator (4) angeordneter Luftkühler (5) mit dem Verdampfer der Absorptionskälte­ anlage (10) verbunden ist.

2. Absorptions-Klima-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ gaswärmeübertrager (11) innerhalb des Hochdruckapparates der Absorptionskälteanlage (10) angeordnet ist.

3. Absorptions-Klima-Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ gaswärmeübertrager (11) extern am Ausgang der Absorptionskälteanlage (10) angeordnet ist.