EP2048449A2 - Klimaanlage, insbesondere für Schiffe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an air conditioner according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method according to the preamble of claim. 9
- a pressure difference measuring device which receives a pressure difference between the outlet and the inlet air of the room unit and measures a supply air pressure difference with respect to the duct system.
- the opening angle of the respective flap depends on the output signal of the pressure difference measuring device.
- the invention has for its object to improve an air conditioner of the type mentioned so that line losses are reduced, with a remedy against an uncomfortable perceived noise is possible.
- the invention enables virtually active volumetric flow control, which therefore no longer requires passive volumetric flow controllers over solutions with adjusting flaps.
- each supply air unit is provided with a differential pressure sensor, which is connected to a controller comprising an electrical control element for controlling a fan motor of the fan.
- a controller comprising an electrical control element for controlling a fan motor of the fan.
- controller is equipped with an external setpoint input.
- a pressure change with regard to a supply request for example a desired setpoint temperature or setpoint differential pressure
- An external actuator connected to the setpoint input such as a rotary potentiometer, Tap-changer or the like with control knob, can then be connected to the setpoint input, so that from the respective cabin from an individual temperature or flow setting is adjustable.
- a remote control using a Fembedienilless or other solutions are also possible.
- each supply air unit comprises an air rectifier. This can prevent air from being sucked out of the cabin and conveyed back into the main duct when, for example, other fans of other cabs are operated at a relatively high speed. Such an arrangement is particularly favorable when using axial fans.
- an axial fan is favorable if a high volume flow is to be possible. This is advantageous, for example, in large cabins.
- an axial fan is very quiet.
- a radial fan is better if a large pressure difference would be overcome. So quite different types of fans along the main channel can be used.
- an air supply device is used, which is designed as an induction device.
- the air supply device comprises a lower air outlet, an electric air heater and / or a cooler and a top-mounted primary air connection with a fan. It can be accomplished optimally heating and / or cooling of the cabins.
- Fig. 1 shows an air conditioner 1 of a ship. This is used for the air treatment of cabins but basically also other ship rooms. For the sake of simplicity, however, cabins are used.
- the air conditioning system 1 comprises a central air supply device 2. This consists of a central air conditioner for cooling and / or heating the individual ship cabins.
- the air supply device 2 also comprises a central fan for conveying air in a main channel 3, which is connected to this device 2.
- the main channel 3 has a relatively large length of, for example, at least over 100 meters or even a multiple thereof.
- a ship may for example be a cruise ship with a significant number of ship cabins, in particular at least 200 cabins or significantly more.
- the main channel 3 along the entire length preferably always has the same cross section.
- the main channel 3 is provided with a plurality of branch channels 4 for air conditioning in the various cabins.
- Each branch channel 4 is provided with a supply air unit 5, wherein an air outlet to the corresponding cabin is present.
- each supply air unit 5 is provided with a fan 6, which conveys a volume flow into the cabin.
- Each fan 6 is powered by the electrical system of the ship.
- each fan 6 generates just that much differential pressure, that an air flow in the room is promoted with little or no pressure.
- the arrows in Fig. 1 indicate only the volume flows V 1 to V 4 of the cabins, but with a significantly higher number of branches are present.
- each supply air unit 5 has an intake port 7 connected to the respective branch passage 4 and an exhaust port 8 leading to the car.
- each supply air unit 5 is provided with a measuring probe, in particular a differential pressure sensor 10. This is connected to an electric control element comprehensive regulator 11 for controlling a fan motor 12 of the fan 5.
- a control element for controlling each control element is suitable, which compensates for dynamic pressure fluctuations. To control pressure fluctuations, a fixed differential pressure setpoint can be taken into account.
- the controller 11 may be provided with an external setpoint input 13. This input can be used to set a desired temperature or another supply request.
- an individual pressure difference ⁇ p can be set for the respective cabin. For example, if a high volume flow of cold air to be promoted, then a higher pressure difference is to be specified, as if only a small volume flow of cold air to flow into the cabin.
- the fans 5 used are fans of relatively low power or smaller dimensions. They have a much smaller performance compared to the central fan. Such a fan rated power can be for example 1 to 10W.
- Fig. 2 In the air flow control according to Fig. 2 is used as fan 5, an axial fan.
- the sensor 10 is located in the flow path in front of the fan 5, wherein between the sensor and the fan 5, an air rectifier 15 is installed so that air can flow only in the same direction.
- the supply air unit 5 according to Fig. 3 a radial fan in which air is sucked laterally and conveyed through the fan outlet opening 14.
- the sensor 10 is arranged behind the fan 5.
- the Fig. 4 shows the air supply device in a cabin, which consists of a fan 17 connected to a primary air connection 16 of the central air conditioner.
- This air supply device is designed as an induction device.
- the air outlet 18 of the device below is the air outlet 18 of the device, while the primary air connection 16 is at the top. Above the air outlet 18 is an electric air heater 19 for heating the cabin. In addition, a cooler 20 is provided, which serves for cooling and dehumidification.
- a central air flow is practically divided into several branch streams conducted to the cabins. There is a pressure reduction at each branch flow through the corresponding fan 5, in such a way that a differential pressure is built up and an air flow is conveyed into the cabin with little or no overpressure.
- the invention is not limited to this example.
- a skyscraper or the like can be conditioned by the system 1 according to the invention.
- the supply line in the branch channel 4 can also belong to the supply air unit 5, so that the fans 6 can also be arranged in the region of the supply line.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 9.
- Bei einer Luftaufbereitung von Schiffen innerhalb von Klimaanlagen, insbesondere bei Schiffen, sind sehr lange Strömungswege zu überwinden, so dass im Rahmen der Luftaufbereitung ein erheblicher Differenzdruck aufgebaut werden muss. Der Druck baut sich über das Luftleitungsnetz bis zur letzten Entnahme bzw. Versorgungsstelle ab.
- Bei verschiedenen Versorgungsstellen können die in der Nähe eines Volumenstromerzeugers liegenden Versorgungsstellen mit erheblichem Überdruck versorgt werden, so dass dort eine Druckreduzierung erfolgen muss.
- Bekannt ist es, entsprechende Drosseln zu verwenden. Eine solche Lösung ist in der
DE 40 31 113 A1 gezeigt und beschrieben. Hieraus ist eine Zentralklimaanlage mit einer Luftstromregelung der Temperatur einer Vielzahl von Räumen bekannt. Die von einem Hauptkanal zu den Räumen führenden Zweigkanäle haben voneinander eine verschiedenen Länge. Infolgedessen sind die Zweigkanäle hinsichtlich des Klimaluftförderwiderstandes verschieden. Daher werden dort Zuführluftstelleinheiten vom Drosseltyp in den jeweiligen Zweigkanälen eingesetzt. Die mit schwenkbaren Klappen versehenen Zuführluftstelleinheiten können die Luftmenge zu den jeweiligen klimatisierten Räumen verstellen. Der Öffnungswinkel der Klappe jeder Zuführluftstelleinheiten wird in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen einer vom Benutzer an jedem Raumthermostat eingestellten Soll-Raumtemperatur und vom Raumthermostat zu diesem Zeitpunkt gemessenen Ist-Raumtemperatur eingestellt, Bei dieser Klimaanlage kann die Regelung des vom Zentralgebläse erzeugten Luftvolumens auf der Basis einer Druckregelung im Hauptkanal durchgeführt werden. - Als Verbesserung ist vorgesehen, dass eine Druckdifferenzmesseinrichtung verwendet wird, die eine Druckdifferenz zwischen der Auslass- und der Einlassluft der Raumeinheit aufnimmt und eine Zuführluftdruckdifferenz in Bezug auf das Kanalsystem misst. Der Öffnungswinkel der jeweiligen Klappe richtet sich nach dem Ausgangssignal der Druckdifferenzmesseinrichtung.
- Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Drosseln mit einem entsprechenden Leistungsverlust verbunden sind. Hinzu kommt, dass sich durch die Drosselung gleichzeitig eine als unangenehm empfundene Geräuschentwicklung ergibt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaanlage der genannten Art so zu verbessern, dass Leitungsverluste reduziert werden, wobei eine Abhilfe gegen eine unangenehm empfundene Geräuschentwicklung möglich ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Klimaanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 9 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
- Indem anstelle der bekannten Drosseln an den einzelnen Verbrauchsstellen Lüfter verwendet werden, kann gerade soviel Differenzdruck aufgebaut werden, dass der an der Verbrauchsstelle ohne Überdruck oder nur mit geringem Überdruck ankommende Luftstrom in eine Schiffskabine gefördert wird. Hierbei ergeben sich folgende zwei voneinander unabhängige aber sehr wesentliche Vorteile.
- Zum einen wird insgesamt durch die Vermeidung von Verlustleistungen eine erhebliche Leistungseinsparung erreicht, die bis zu einem Drittel der Gesamtleistung bezogen auf die bisher notwendige Leistung betragen kann.
- Zum anderen wird eine unnötige Geräuschentwicklung vermieden, da der Luftstrom nur insoweit beschleunigt wird, als dies zu einem Luftaustausch in einer vorgegebenen Zeit notwendig ist.
- Die Erfindung ermöglicht praktisch eine aktive Volumenstromregelung, die gegenüber Lösungen mit Verstellklappen daher keine passiven Volumenstromregler mehr erfordert.
- Zudem lassen sich die Lüfter sehr einfach und kostengünstig steuern. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist nämlich vorgesehen, dass jede Zuführlufteinheit mit einem Differenzdrucksensor versehen ist, der an einem ein elektrisches Regelglied umfassenden Regler zur Regelung eines Lüftermotors des Lüfters angeschlossen ist. Durch den Differenzdrucksensor kann gemessen werden, ob sich ein zu hoher Überdruck in dem Zweigkanal aufgebaut hat. Durch den Regler wird die Lüftergeschwindigkeit so weit angepasst, dass eine nur geringe oder keine Druckdifferenz vorhanden ist. Dadurch wird automatisch verhindert, dass die sehr entfernt von einem Zentralgebläse, der am Anfang der E-lauptleitung angeordnet ist, liegenden Abzweige einen zu geringen Druck aufweisen.
- Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wurde festgestellt, dass auch die Luftstromregullerung an der Verbrauchsstelle über insbesondere einen Axiallüfter oder einen Radiallüfter sehr leicht möglich ist, und zwar fest einstellbar unter Berücksichtigung der statisch im System auftretenden Drücke bzw. notwendigen Differenzdrücke über das Regelglied, das dynamische Einflüsse, wie Druckschwankungen, automatisch berücksichtigt.
- Sehr zweckmäßig ist es, wenn der Regler mit einem externen Sollwert-Eingang versehen ist. Dadurch kann eine Druckänderung im Hinblick auf einen Versorgungswunsch, beispielsweise einer gewünschten Soll-Temperatur bzw. Soll-Differenzdruck, berücksichtigt werden. Ein mit dem Sollwert-Eingang verbundenes externes Stellglied, wie ein Drehpotentiometer, Stufenschalter oder dergleichen mit Bedienknopf, kann dann mit dem Sollwert-Eingang verbunden werden, so dass von der jeweiligen Kabine aus eine individuelle Temperatur bzw. Volumenstromvorgabe einstellbar ist. Eine Fernbedienung mittels eines Fembediengerätes oder andere Lösungen sind ebenso möglich.
- Von Vorteil ist es außerdem, wenn jede Zuführlufteinheit einen Luft-Gleichrichter umfasst. Hierdurch kann verhindert werden, dass Luft aus der Kabine angesaugt und zurück in den Hauptkanal gefördert wird, wenn zum Beispiel andere Lüfter anderer Kabinen mit relativ hoher Geschwindigkeit betrieben werden. Eine solche Anordnung ist insbesondere bei Einsatz von Axiallüftern günstig.
- Der Einsatz eines Axiallüfters ist günstig, wenn ein hoher Volumenstrom möglich sein soll. Dies ist zum Beispiel bei großen Kabinen vorteilhaft. Zudem ist ein Axiallüfter sehr leise. Dagegen eignet sich ein Radiallüfter besser, wenn eine große Druckdifferenz zu überwinden wäre. So können durchaus verschiedene Lüftertypen entlang des Hauptkanals Anwendung finden.
- Bevorzugterweise wird bei Schiffen in den einzelnen Kabinen eine Luftzuführungseinrichtung eingesetzt, die als Induktionsgerät ausgebildet ist. In diesem Anwendungsbereich ist es optimal, wenn die Luftzuführungseinrichtung einen unteren Luftauslass, einen elektrischen Lufterhitzer und/oder einen Kühler und einen oben angeordneten Primärluftanschluss mit einem Ventilator umfasst. Es kann optimal eine Heizung und/oder eine Kühlung der Kabinen bewerkstelligt werden.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Ausführungsbeispiele werden anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind. Es zeigen rein schematisch:
- Fig. 1
- eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage zur Luftaufbereitung,
- Fig. 2
- eine Darstellung einer Versorgungsstelle mit einer Luftstromregelung mit einem Axiallüfter,
- Fig. 3
- eine Darstellung einer Versorgungsstelle mit einer Luftstromregelung, jedoch mit einem Radiallüfter, und
- Fig. 4
- eine Darstellung eines zentralen unten ausblasenden Induktionsgerätes zur Primärluftversorgung.
-
Fig. 1 zeigt eine Klimaanlage 1 eines Schiffes. Diese dient zur Luftaufbereitung von Kabinen aber grundsätzlich auch anderer Schiffsräume. Zur Vereinfachung wird jedoch von Kabinen gesprochen. Die Klimaanlage 1 umfasst eine zentrale Luftzuführungseinrichtung 2. Diese besteht aus einem zentralen Klimagerät zum Kühlen und/oder Heizen der einzelnen Schiffskabinen. Die Luftzuführungseinrichtung 2 umfasst auch ein zentrales Gebläse zur Luftförderung in einem Hauptkanal 3, der an dieser Einrichtung 2 verbunden ist. - Der Hauptkanal 3 hat eine relativ große Länge von beispielsweise mindestens über 100 Meter oder sogar einem Vielfachen davon. Ein solches Schiff kann zum Beispiel ein Kreuzfahrtschiff mit einer erheblichen Anzahl von Schiffskabinen, insbesondere mindestens 200 Kabinen oder erheblich mehr sein. Außerdem hat der Hauptkanal 3 entlang der gesamten Länge vorzugsweise immer den gleichen Querschnitt.
- Der Hauptkanal 3 ist mit mehreren Zweigkanälen 4 zur Luftaufbereitung in den verschiedenen Kabinen versehen. Jeder Zweigkanal 4 ist mit einer Zuführlufteinheit 5 versehen, wobei ein Luftaustritt zu der entsprechenden Kabine vorhanden ist.
- Erfindungsgemäß ist jede Zuführlufteinheit 5 mit einem Lüfter 6 versehen, der einen Volumenstrom in die Kabine fördert. Jeder Lüfter 6 wird vom Bordnetz des Schiffes versorgt.
- Um das Problem des abfallendes Druckes entlang des langen Hauptkanals zu überwinden, erzeugt jeder Lüfter 6 gerade so viel Differenzdruck, dass ein Luftstrom in dem Raum ohne oder nur mit geringem Überdruck gefördert wird. Die Pfeile in
Fig. 1 kennzeichnen lediglich die Volumenströme V1 bis V4 der Kabinen, wobei aber eine wesentlich höhere Anzahl von Abzweigungen vorhanden sind. - Der Differenzdruck entlang des Hauptkanals beträgt Δ p ≈ 0, wobei gilt N1 = V1 Δ pteil, N1 = V1 Δ pteil usw. Diese aktive Verfahrensweise unterscheidet sich von passiven Drossellösungen, bei denen gilt: N1= Vges Δ p1, N2 = (Vges - V1) Δp2 usw.
- Wie
Fig. 2 veranschaulicht, hat jede Zuführlufteinheit 5 eine mit den jeweiligen Zweigkanal 4 verbundene Einlassöffnung 7 und eine Auslassöffnung 8, die zu der Kabine führt. - Bevorzugterweise ist jeder Zuführlufteinheit 5 mit einer Messsonde, insbesondere einem Differenzdrucksensor 10 versehen. Dieser ist an einem ein elektrisches Regelglied umfassenden Regler 11 zur Regelung eines Lüftermotors 12 des Lüfters 5 angeschlossen. Zur Regelung eignet sich jedes Regelglied, das dynamische Druckschwankungen kompensiert. Zur Regelung von Druckschwankungen kann ein fest vorgegebener Differenzdruck-Sollwert berücksichtigt werden.
- Wie dort erkennbar ist, kann der Regler 11 mit einem externen Sollwert-Eingang 13 versehen sein. Durch diesen Eingang kann eine gewünschte Temperatur oder ein anderer Versorgungswunsch eingestellt werden. So kann ein für die jeweilige Kabine individueller Druckunterschied Δ p eingestellt werden. Soll zum Beispiel ein hoher Volumenstrom kalter Luft gefördert werden, dann ist ein höherer Druckunterschied vorzugeben, als wenn nur ein geringer Volumenstrom an kalter Luft in die Kabine strömen soll.
- Die verwendeten Lüfter 5 sind Lüfter relativ kleiner Leistung bzw. kleiner Abmessungen. Sie haben eine im Vergleich zu dem zentralen Gebläse erheblich kleinere Leistung. Eine solche Lüfter-Nennleistung kann zum Beispiel 1 bis 10W betragen.
- Bei der Luftstromregelung gemäß
Fig. 2 wird als Lüfter 5 ein Axiallüfter eingesetzt. Der Sensor 10 liegt im Strömungsweg vor dem Lüfter 5, wobei zwischen dem Sensor und dem Lüfter 5 ein Luft-Gleichrichter 15 installiert ist, so dass Luft nur in die gleiche Richtung strömen kann. - Dagegen hat die Zuführlufteinheit 5 gemäß
Fig. 3 einen Radiallüfter, bei dem Luft seitlich arigesaugt und durch die Lüfterausgangsöffnung 14 gefördert wird. Hier ist der Sensor 10 hinter dem Lüfter 5 angeordnet. - Die
Fig. 4 zeigt die Luftzuführungseinrichtung in einer Kabine, die aus einem mit einem Primärluftanschluss 16 des zentralen Luftaufbereiters verbundenen Ventilators 17 besteht. Diese Luftzuführungseinrichtung ist als Induktionsgerät ausgebildet. - Unten befindet sich der Luftauslass 18 des Gerätes, während sich der Primärluftanschluss 16 oben befindet. Über dem Luftauslass 18 liegt ein elektrischer Lufterhitzer 19 zur Heizung der Kabine. Darüber ist ein Kühler 20 vorgesehen, der zur Kühlung und Entfeuchtung dient.
- Bei diesem Verfahren zur Luftaufbereitung wird praktisch ein zentraler Luftstrom in mehrere zu den Kabinen geführte Zweigströme aufgeteilt. Es erfolgt eine Druckreduzierung an jedem Zweigstrom durch den entsprechenden Lüfter 5, und zwar derart, dass ein Differenzdruck aufgebaut und ein Luftstrom in die Kabine ohne oder nur mit geringem Überdruck gefördert wird.
- Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. So kann anstelle eines Schiffes auch ein Hochhaus oder dergleichen durch die erfindungsgemäße Anlage 1 klimatisiert werden. Weiterhin ist es auch möglich, im Hauptkanal 3 ein oder mehrere Zwischenlüfter zu installieren. Die Zuleitung im Zweigkanal 4 kann auch zur Zuführlufteinheit 5 gehören, so dass die Lüfter 6 auch im Bereich der Zuleitung angeordnet sein können.
Claims (10)
- Klimaanlage (1), insbesondere für Schiffe, mit einer zentralen Luftzuführungseinrichtung (2) und einem an dieser Einrichtung verbundenen Hauptkanal (3) mit mehreren Zweigkanälen (4) zur Luftaufbereitung in verschiedenen Räumen, insbesondere Schiffskabinen, wobei jeder Zweigkanal (4) mit einer Zuführlufteinheit (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zuführlufteinheit (5) mit einem Lüfter (6) versehen ist, der gerade so viel Differenzdruck aufbaut, dass ein Luftstrom in den Raum ohne oder nur mit geringem Überdruck gefördert wird.
- Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zuführlufteinheft (5) mit einem Differenzdrucksensor (10) versehen ist, der an einem ein elektrisches Regelglied umfassenden Regler (11) zur Regelung eines Lüftermotors (12) des Lüfters (5) angeschlossen ist.
- Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (11) mit einem externen Sollwert-Eingang (13) versehen ist.
- Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zuführlufteinheit (5) einen Luft-Gleichrichter (15) umfasst.
- Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lüfter (6) der Zuführlufteinheiten (5) als Axiallüfter ausgeführt ist.
- Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Lüfter (6) der Zuführlufteinheiten (5) als Radiallüfter ausgeführt sind. - Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Luftzuführungseinrichtung (2) als Induktionsgerät ausgebildet ist.
- Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführungseinrichtung (2) einen unteren Luftauslass (18), einen elektrischen Lufterhitzer (19) und/oder einen Kühler (20) und einen oben angeordneten Primärluftanschluss (16) mit einem Ventilator (17) umfasst.
- Verfahren zur Luftaufbereitung in verschiedenen Räumen, insbesondere bei Schiffen, bei dem ein zentraler Luftstrom in mehrere zu den Räumen geführte Zweigströme aufgeteilt wird, insbesondere mit einer Klimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Druckreduzierung an jedem Zweigstrom durch einen Lüfter (6), derart dass ein Differenzdruck aufgebaut und ein Luftstrom in den Raum ohne oder nur mit geringem Überdruck gefördert wird.
- Verfahren nach. Anspruch 9 zur Luftaufbereitung in Schiffskabinen.
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