<Desc/Clms Page number 1>
Einrichtung zum Klimatisieren von Industrieräumen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Klimatisieren von Industrieräumen mit mindestens einer Luftaufbereitungsvorrichtung, die einen Luftwascher und einen Wasserfeinzerstäuber aufweist und von einem Thermostat und einem Hygrostat regelbar ist.
Solche Einrichtungen lassen sich in übersätti- gungsanlagen und Sättigungsanlagen einteilen. Jeder dieser Anlagetypen hat seinen spezifischen Anwendungsbereich.
Bei Übersättigungsanlagen wird ein mittels Wasserfeinzerstäuber erzeugter Nebel durch die Luft- verteilkanäle in den Raum eingeblasen oder unabhängig von den Luftverteilkanälen direkt im Raum erzeugt. Dieser Anlagetypus eignet sich hauptsächlich für hohe relative Feuchtigkeit und hohe Leistungsdichte - kW installierte Leistung/m2 Bodenfläche - im zu klimatisierenden Raum.
Es treten jedoch grundsätzlich Nachteile auf, wie Tropfenfall von den im Raum angeordneten Zerstäuberdüsen bzw. von den Übersättigungskanälen; Stauberzeugung, weil von jedem Wassertröpfchen ein kleiner Salzkristall zurückbleibt, wobei dieser Staub unter Umständen hygroskopisch sein und zu Korrosionserscheinungen führen kann. Ferner fehlt die Freizügigkeit bei der Verlegung der übersättigungska- näle, die nur geradlinig geführt werden können, um möglichst wenig Tropfen an den Kanalwänden auszuscheiden.
Die Regulierung dieser übersättigungs- anlagen von Vollast bis auf etwa halbe Wärmelast im zu klimatisierenden Raum wird besonders einfach, indem nur die dem Wasserfeinzerstäuber zugeführte Wassermenge gedrosselt werden muss. Die oben angeführten Nachteile verbieten aber eine generelle Anwendung dieses Prinzips und bei kleiner Teillast im zu klimatisierenden Raum treten die glei- chen Schwierigkeiten auf wie bei der nachbeschriebenen Regulierung von Sättigungsanlagen.
Bei den Sättigungsanlagen wird bei voller Wärmelast im zu klimatisierenden Raum annähernd gesättigte Luft in den Raum eingeblasen, wie sie vom Luftwascher anfällt. Die Luft muss also vom Wa- scher, je nach der im zu klimatisierenden Raum vorhandenen Wärmelast, auf einen bestimmten durch Taupunkt und Trockentemperatur gekennzeichneten Zustand aufbereitet werden. Um diesen Zustand zu erreichen, wird bei einer bekannten Lösung die Temperatur des versprühten Wassers zur Erreichung des gewünschten Taupunktes und die Menge des versprühten Wassers zur Erreichung der gewünschten Trockentemperatur angepasst.
Bei Anlagen mit mehreren Luftwaschern hat dies den Nachteil, dass jeder Luftwascher eine eigene Umwälzpumpe braucht und dass, speziell bei Anlagen in der Textilindustrie, jeder einzelne Wascher eine eigene Reinigungsvorrichtung für das Wasser haben muss. Dadurch ergeben sich höhere Kosten und zudem noch grössere Wartungsarbeiten für den Betrieb der Anlage.
Vor allem ist es mit den bekannten Systemen nur sehr bedingt möglich, an verschiedenen Orten verschiedene, nach Temperatur und Feuchtigkeit festgelegte Luftzustände aufrechtzuerhalten, es sei denn, man ordne jedem veränderten Luftzustand eine eigene, unabhängige Klimaanlage zu. Man begnügt sich daher meistens aus finanziellen Gründen mit der Regulierung der Feuchtigkeit und akzeptiert die sich einstellende Temperatur.
Die Befeuchtung der Luft in einem Wasserfeinzerstäuber erfolgt, ungeachtet der Temperatur des zugeführten Wassers, angenähert adiabatisch, da die Wärmeaufnahmefähigkeit des Wassers infolge der im Verhältnis zur durchgesetzten Luftmenge geringen
<Desc/Clms Page number 2>
zerstäubten Wassermenge nicht ausreicht, um die Enthalpie der Luft wesentlich zu verändern.
Die Temperatur der Luft sinkt dabei entsprechend der verdunsteten Wassermenge, d.h. es erfolgt eine Umlagerung von fühlbarer in latente Wärme. Infolge der Feinheit der Zerstäubung ist aber die gesamte Tropfenoberfläche trotzdem so gross, dass sie genügt, um die Luft angenähert adiabatisch bis fast zur Sättigung zu befeuchten.
Die Neigung der Zustandslinie im Wascher ist weitgehend von der Temperatur des in den Wascher eintretenden Wassers bestimmt und kann bei relativ warmem Wasser auf oder sogar über der Adiabate, bei relativ kaltem Wasser so liegen, dass eine Reduktion des absoluten Wassergehaltes der Luft im Wascher eintritt. Der Wascher verbraucht für dieselbe Luftmenge bis etwa 15 mal mehr Wasser als der Wasserfeinzerstäuber,
wodurch eine gegenüber dem Wasserfeinzerstäuber viel stärkere Beeinflussung der Lufttemperatur und auch eine Reduktion der Enthalpie möglich wird. Da die benötigte Wassermenge für die Beeinflussung der Lufttemperatur vom Temperaturunterschied Wasser/Luft abhängt, muss bei der Verwendung relativ wärmeren Wassers, wie es zur Erhaltung einer gegebenen Luftfeuchtigkeit notwendig wäre, die Wassermenge bis zu unwirtschaftlichen Grössenordnungen erhöht werden.
Will man innerhalb wirtschaftlicher Grenzen für die Wassermenge bleiben, so muss daher, solange gekühlt wird, mit einer Entfeuchtung der Luft im Wascher gerechnet werden, die wieder rückgängig gemacht werden muss, wenn die Regulierung des Raumzustandes genau sein soll.
Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, die vorgenannten Nachteile und Schwierigkeiten zu vermeiden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserfeinzerstäuber dem Luftwascher vorgeschaltet ist, dass Luftwascher und Wasserfeinzerstäuber an dasselbe Kaltwassernetz angeschlossen sind und dass die Kaltwasser-Speiseleitung des Luftwaschers ein vom Thermostat gesteuertes Ventil und die Kaltwasser-Speiseleitung des Wasserfeinzerstäubers ein vom Hygrostat gesteuertes Ventil aufweist.
Nach einer bevorzugten und fortschrittlichen Ausführungsform können sogar mehrere Luftaufbe- reitungsvorrichtungen an eine gemeinsame Kaltwas- ser-Aufbereitungsvorrichtung angeschlossen werden.
Diese Luftaufbereitungs-Vorrichtungen gestatten in den von diesen klimatisierten Räumen oder Raumteilen gleichzeitig mehrere unterschiedliche nach Temperatur und Feuchtigkeit festgelegte Luftzustände aufrechtzuerhalten, mit dem Vorteil, dass durch das gemeinsame Benützen einer einzigen Wasseraufbe- reitungsvorrichtung die Installationskosten ganz be- trächtlich gesenkt werden können.
Es ist zwar bereits eine Einrichtung zum Klima- tisieren von Industrieräumen bekannt, die eine Behandlung der Luft in zwei Stufen aufweist. Dabei wird vor dem Eintritt der Luft in den Wascher Dampf in die Luft eingeblasen, um den Taupunkt geeignet zu beeinflussen, wobei die Regulierungsmittel des Dampfes wechselweise von einem Thermostat und einem Hygrostat gesteuert werden. Die gewünschte Luftfeuchtigkeit wird anschliessend durch einen Wascher erreicht. Damit ist aber eine Erhöhung der Enthalpie der in den Wascher eintretenden Luft verbunden und somit ein entsprechender Wärmeaufwand.
Die zusätzlich eingeführte Wärmemenge muss, solange Kühlung notwendig ist, im Luftwascher wieder abgeführt werden, und zwar ebenfalls unter Energieaufwand. Zudem hat die Erfahrung gezeigt, dass eine Anlage zur Herstellung von Dampf im Sommer vom Inhaber der Klimaanlage, nur für seine Bedürfnisse allein, aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betrieb gesetzt wird, womit die Genauigkeit der Klimaanlage entsprechend zu wünschen übrig lässt.
Diese bekannte Ausführung zur Klimatisierung von Industrieräumen weist noch den Nachteil der Kompliziertheit der Ausrüstung auf, welche hohe Anschaffungskosten bedingt und bei Unterhaltsarbeiten und Störungen einen entsprechenden Aufwand erfordert.
In der Zeichnung sind schematisch eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäs- sen Einrichtung sowie die Zustandsänderungen der Luft im Psychrometer-Diagramm dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Einrichtung zum Klimatisieren von Industrieräumen.
Fig. 2 Zustandsänderungen der Luft im Psychro- meterdiagramm, bei über der Raumtemperatur liegenden Aussentemperatur.
Fig. 3 Zustandsänderungen der Luft im Psychro- meterdiagramm, bei unter der Raumtemperatur liegenden Aussentemperatur.
In Fiel. 1 stellt 1 die Mischkammer einer Luft- aufbereitungs-Anlage dar, in welche Aussenluft 2 und Umluft 3 durch in der Zeichnung nicht dargestellte Klappen auf bekannte Art und Weise in abstimmba- rem Verhältnis zugeführt werden. Anschliessend folgt das zylindrische Ventilatorgehäuse 4, in welchem der Wasserfeinzerstäuber 5 mit der Wasserzuleitung 6 und das Ventilatorlaufrad 7 untergebracht sind.
In Strömungsrichtung der Luft folgt nach dem Ventilatorlaufrad 7 der Ventilatormotor 8, der wasserdicht im Diffusorkern 9 untergebracht ist, welcher sich über die Leitschaufeln 10 auf das Ventilatorge- häuse 4 abstützt.
Der Diffusorkern 9 ragt in den Diffusormantel 11 hinein, an den der Kaltwasserluft- wascher 12 mit der Wasserzuleitung 13, dem zentralen Verteilerrohr 14, den Düsenarmen 15 und den Düsen 16 anschliesst. Hinter dem Wascher 12 folgt der Wassertropfenabscheider 17 mit der Rücklaufwasserleitung 18, welche durch den Wasserfilter 20 an den Rücklaufwasserbehälter 21 angeschlossen ist. Der Rücklaufwasserbehälter 21 ist durch die Leitung 22 mit der Pumpe 24 und über den Wasserkühler 23 und die Leitung 25 mit dem Kaltwasserbehälter 26 verbunden.
Die beiden Wasserbehälter sind durch eine Wand mit Überfallkante 27 voneinander ge-
<Desc/Clms Page number 3>
trennt. In den Rücklaufwasserbehälter 21 mündet ebenfalls eine Frischwasserleitung 28. Der Kaltwasserbehälter 26 ist über eine Leitung 29, die Pumpe 30 und die Verteilleitung 31 an die Luftaufberei- tungsanlage angeschlossen. Im Knotenpunkt 32 verzweigt sich die Verteilleitung 31 in die Leitung 6, welche durch das Regulierventil 33 mit Antrieb 34 zum Wasserfeinzerstäuber 5 führt und in die Leitung 13, welche durch das Regulierventil 35 mit Antrieb 36 zum Verteilerrohr 14 des Kaltwasserwaschers 12 führt.
Für die Steuerung der ganzen Anlage sind im zu konditionierenden Raum ein Thermostat 37 und ein Hygrostat 3 8 angebracht. Ersterer ist durch die Druckluftleitung 39 über einen nach dem Wasserab- scheider 17 angeordneten Minimalthermostat 40 mit dem Ventilantrieb 36, letzterer über die Druckluftleitung 42 mit dem Ventilantrieb 34 verbunden. Ferner ist der Raumthermostat 37 über eine Druckluftleitung 44 mit den nicht dargestellten Motoren und Klappen zur Steuerung des Umluft-Aussenluft- Gemisches verbunden.
Die Druckluft wird den beiden Reglern 37 und 38 über die Druckluftleitung 43 von einem nicht gezeichneten Drucklufterzeuger her zugeführt. Hinter dem Wassertropfenabscheider 17 tritt die aufbereitete Luft in den Verteilkanal 41 ein.
Die Anlage hat zwei verschiedene Betriebsarten. Im Winter, d.h. wenn die Feuchttemperatur der Aussenluft tiefer ist als der gewünschte Raumtaupunkt R* (Fig.2 und 3), arbeitet die Anlage in herkömmlicher Weise mit Verdunstungskühlung, und die Wasserkühlmaschine 23 ist nicht in Betrieb.
Die Feuchttemperatur des in den Kaltwasserwascher 12 eintretenden Aussenluft-Umluft-Gemisches wird auf nicht gezeigte Art durch die vom Raumthermostaten 37 gesteuerten Klappen so reguliert, dass die gewünschte Temperatur des zu konditionierenden Raumes nicht unterschritten wird, während der Hygro- stat 38 über den Ventilantrieb 34 und das Ventil 33 den Wasserfeinzerstäuber 5 so reguliert, dass die gewünschte Relativfeuchtigkeit im Raum entsteht. Das Ventil 35 ist geschlossen und der Wascher 12 ist daher nicht in Betrieb, ebenfalls ist der Wasserkühler 23 abgestellt.
Die Pumpe 24 fördert das Wasser vom Rücklaufbehälter 21 in den Kaltwasserbehälter 26, während die Pumpe 30 nur die kleine vom Wasserfeinzerstäuber benötigte Wassermenge fördert.
Im Sommer, d.h. wenn die Feuchttemperatur der Aussenluft höher liegt als der gewünschte Raumtaupunkt R* (Fig. 2 und 3), muss die Wasserkühlma- schine 23 zur Aufrechterhaltung des gewünschten Luftzustandes im zu klimatisierenden Raum in Betrieb genommen werden. Die nicht dargestellte Aussenluftklappe ist auf einer Minimalstellung, so dass nur noch so viel Aussenluft eintritt, wie für Ventilation und die Einhaltung des gewünschten Raumüberdruckes notwendig ist.
In Fig. 2 sind die resultierenden Zustandsänderungen eingezeichnet. Der Zustand M, mit dem die Luft in den Wasserfeinzerstäuber 5 und den Venti- lator 7 eintritt, resultiert aus der Mischung einer kleinen Menge Aussenluft vom Zustand A mit einer grösseren Menge Umluft vom Zustand R.
Im Ventilator 7 erfolgt durch die Verlustwärme des Ventilators und seines Antriebsmotors 8 eine Erwärmung auf den Zustand V. Im Wasserfeinzerstäuber 5 wird die Luft gleichzeitig mit der Aufnahme der Ventila- torwärme durch eine annähernd adiabatische Zustandsänderung auf den Zustand F, und im anschlies- senden Wascher 12 auf den Einblaszustand E1 gebracht. Infolge der im Raum anfallenden Wärme wird mit diesem Einblaszustand dann der Raumzustand R erreicht.
Ist der Wärmeanfall im Raum kleiner, so werden Wasserfeinzerstäuber und Wascher 12 entsprechend reguliert, und die sich einstellenden Zustände F2 nach dem Wasserfeinzerstäuber und E2 nach dem Wascher resultieren nach Aufnahme der im Raum anfallenden Wärme wieder im ursprünglichen Raumzustand R. Auch bei anderen Aussenluftzuständen A' (Fig. 3) kann wiederum analog ein Einblaszustand Ei erreicht werden, der nach der Wärmeaufnahme der Luft im Raum zum Raumzustand R führt.
Somit kann das System, ungeachtet der sich ändernden Aussenluftbedingungen und des sich ändernden Wärmeanfalles im Raum, immer den gleichen Raumzustand R wieder herstellen.
Mit dem Wasserfeinzerstäuber kann, nach dem früher erwähnten, der Taupunkt der Luft, d.h. die Feuchtigkeit gesteuert werden, während mit dem Wa- scher die Temperatur der Luft beeinflusst wird. Der Wasserfeinzerstäuber wird daher zweckmässig vom Hygrostaten, der Wascher vom Thermostaten, beide im zu klimatisierenden Raum angeordnet, gesteuert, wodurch eine einfache Regulierung des Luftzustandes im zu klimatisierenden Raum möglich ist.
Im folgenden wird noch die Durchführung der beschriebenen Zustandsänderungen anhand der Einrichtung nach Fig. 1 erläutert.
Im Sommerbetrieb saugt der durch den Ventila- tormotor 8 angetriebene Ventilator 7 ein Gemisch von Umluft 3 mit sehr wenig Aussenluft 2 an, das beim Durchtritt durch den über die Leitung 31, das Ventil 33 und die Leitung 6 von der Pumpe 30 durch die Leitung 29 mit Kaltwasser aus dem Kaltwasserbehälter 26 gespeisten Wasserfeinzerstäuber 5 annähernd adiabatisch befeuchtet und durch Verdunstungskühlung etwas gekühlt wird. Das Ventil 33 wird dabei über den Antrieb 34 und die Druckluftleitung 42 vom im Raum angebrachten Hygrostat 38 so gesteuert, dass bei zu hoher Raumfeuchtigkeit die dem Wasserfeinzerstäuber 5 zugeführte Wassermenge reduziert wird.
Der Rest des Ventilatorgehäuses 4 mit den Leitschaufeln 10 und der Diffusor 11 dienen dabei als Befeuchtungsstrecke für den Feinzerstäuber. Hierauf tritt die Luft in den Wascher 12 ein, wo durch Düsen 16, die über ein Verteilerrohr 14 und Düsenarme 15 sowie die Kaltwasserzuleitung 13, das Ventil 35 und die Verteilleitung 31 mit der Pumpe 30 verbunden sind, die erstere durch die Leitung 29 mit Kaltwasser aus dem Kaltwasserbehäter 26 vex-
<Desc/Clms Page number 4>
sorgt, Wasser versprüht wird. Die Tropfenoberfläche dient dabei als Wärmeaustauschfläche,
und die Luft nimmt in unmittelbarer Nähe dieser Oberfläche einen Zustand an, der dem gesättigter Luft bei der Temperatur des Wassertropfens entspricht. Weil der Wa- scher 12 mit Kaltwasser gespeist wird, tritt eine Kühlung und gleichzeitig eine Reduktion des Taupunktes der durch den Wascher durchströmenden Luft ein.
Die Wassertröpfchen werden hierauf im Wasser- tropfenabscheider 17 praktisch vollständig niedergeschlagen, so dass die in den Verteilkanal 41 eintretende Zuluft praktisch tropfenfrei und bei Voll- last im zu klimatisierenden Raum annähernd gesättigt ist.
Das im Wassertropfenabscheider 17 abgeschiedene Wasser ist durch Übergang der Wärme von der Luft in das Wasser erwärmt worden und strömt über die Rücklaufwasserleitung 18 und den Wasserfilter 20, in welchem aus der Luft abgeschiedene Verunreinigungen abgelagert werden, in den Rücklaufwasserbehälter 21 zurück. Die Frischwasserleitung 28 mit nicht dargestelltem Schwimmerventil dient zum Ersatz des Wassers, das im System verbraucht wurde. Aus dem Rücklaufwasserbehälter 21 wird das Wasser über die Leitung 22 durch die Pumpe 24 in den Wasserkühler 23 gepumpt und über die Leitung 25 in den Kaltwasserbehälter 26 gefördert. Der Wasserkühler 23 ist dabei meist der Verdampfer einer Kältemaschine.
Vom Kaltwasserbehälter 26 fliesst das Kaltwasser in besprochener Weise über die Leitung 29 und die Pumpe 30 sowie die Leitungen 31 und 6 zum Wasserfeinzerstäuber 5 bzw. über die Leitung 13 zum Wascher 12. Da bei diesen beiden Aggregaten die Wassermenge durch die Ventile 33 bzw. 35 reduziert werden kann, wird in den meisten Fällen die Pumpe 24 mehr Wasser fördern als die Pumpe 30, wodurch sich der Kaltwasserbehälter 26 langsam füllt. Wenn der Wasserstand dort zu hoch steigt, läuft das Wasser über die überfallkante 27 in den Rücklaufwasserbehälter 21 zurück, wo es erneut durch die Pumpe 24 angesaugt wird.
Der Wasserkühler 23 und die Pumpe 24 können somit mit konstanter Wassermenge laufen. Mit sinkender Wassertemperatur im Rücklaufwasserbe- hälter 21 reguliert sich der durch einen nicht dargestellten, bei der Inbetriebsetzung der ganzen Einrichtung eingestellten Thermostat gesteuerte Wasserkühler 23 automatisch so, dass die Temperatur des Wassers in der Leitung 25 und damit im Behälter 26 konstant bleibt. Die Umschaltung von Sommerbe- trieb auf Winterbetrieb kann manuell oder automatisch erfolgen und ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die durch die Düsen 16 des Waschers 12 eingespeiste Kaltwassermenge wird durch den Raum- thernnostat 37, der über die Druckluftleitung 39 mit dem Minimalthermostat 40 und mit dem Ventilantrieb 36 des Ventils 35 verbunden ist, gesteuert. Bei sinkender Temperatur im zu klimatisierenden Raum wird die den Düsen 16 des Waschers 12 zugeführte Kaltwassermenge durch das Ventil 35 reduziert. Ebenso wird die Wassermenge reduziert, wenn die Temperatur der Zuluft im Zuluftkanal 41 unter die an in diesem Kanal angebrachten Thermostat 40 eingestellte Minimaltemperatur sinkt.
Sind die Luftleitungen ohne Druck, so sind die beiden Ventile für Wasserfeinzerstäuber und Wascher geschlossen.
Im beschriebenen Beispiel ist nur ein einzelnes Zuluftaggregat eingezeichnet, während eine erfindungsgemässe Einrichtung für Industrieräume meistens mehrere Aggregate enthält, die über die Kaltwasserleitungen 31a resp. die Rücklaufleitungen 19 am gleichen zentralen Wasserkühlsystem, bestehend aus Wasserbehälter, Wasserpumpen, Wasserfilter und Wasserkühlmaschine angeschlossen werden, im übrigen gleich sind und gleich betrieben werden wie die beschriebene Anlage.
Wesentlich ist dabei, dass trotz der gleichen Temperatur des Kaltwassers für alle Aggregate ohne weiteres in verschiedenen Zonen verschiedene Bedingungen bezüglich Feuchtigkeit und Temperatur eingehalten werden können, ungeachtet der in den Zonen auftretenden Lastzustände.
Ferner ist die Einrichtung ohne Fremdwärmezu- fuhr von voller Kühllast bis zur Null-Last regulierbar. Die erfindungsgemässe Anordnung des Wasserfeinzerstäubers bringt noch den Vorteil mit sich, dass nur ein einziger, nach dem Wascher angeordneter Wassertropfenabscheider notwendig ist, wodurch ein geringerer Druckabfall entsteht, dass die Strömungs- verhältnisse günstiger werden und dass der Wasser- feinzerstäuber mit dem Ventilator kombiniert werden kann. Somit entfällt ein zweites Laufrad mit Antrieb für den Wasserfeinzerstäuber.