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Luftkonditionierungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Luftkonditionierungs- einrichtung für vielräumige Gebäude und bezieht sich insbesondere auf einer Einrichtung, bei welcher die Zufnedenstellung der verschiedenen Raumbedürfnisse durch Erwärmung oder Abkühlung mittels aus je einem Ventilator und einer Rohrschlange bestehenden Einheiten durchgeführt wird.
Die Erfindung ist irn allgemeinen auf sogenannte Drei-Leitungssysteme anwendbar, bei welchen die Rohrschlange mit einer heissen bzw. kalten Flüssigkeit gespeist wird, wobei entweder die abgekühlte oder die erhitzte Flüssigkeit oder eine Mischung beider durch die Rohrschlange fliesst.
Obgleich die Erfindung besser bei Drei-Leitüngs- systemen verwendet wird, weil diese Systeme üblicherweise Mittel zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes in der Leitungseinheit aufweisen, ist sie dennoch auch auf Zwei-Leitungssysteme anwendbar, in welchen entweder nur eine erwärmte oder eine abgekühlte Flüssigkeit die Rohrschlange durchströmt. Wenn die Erfindung in einem Zwei-Leitungssystem verwendet wird, welches üblicherweise keine Mittel zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung durch die Rohrschlange aufweist, so müssen solche Mittel vorgesehen werden, so dass eine Steuerung der Flüssigkeitsströmung durchgeführt werden kann.
In einem typischen Ventilator-Rohrschlangensystem enthalten dessen Einheiten eine Rohrschlange, durch welche ein Wärmeaustauschmedium fliesst, und einen motorangetriebenen Ventilator, durch welchen die Raumluft in die Einheit gezogen und über die Rohrschlange geleitet wird, mit welcher sie dann in Wärme- austausch steht. Im allgemeinen können hierbei drei Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt werden: stark, mittel und schwach. Vom Raumbenutzer soll diejenige Geschwindigkeit ausgesucht werden, welche die ihm erwünschte Leistungsfähigkeit abgibt; häufig jedoch erfolgt die Geschwindigkeitswahl nur nach dem Geräuschpegel und der Benutzer nimmt die resultierende Leistungsfähigkeit einfach hin.
Bei einem solchen Ventila- torrohrschlangensystem liegt ein weiterer Nachteil darin, dass die angebotene niedrige Geschwindigkeit im allgemeinen beachtlich höher als gewünscht ist, was zu einer grösseren Leistungsfähigkeit als nötig und folglich ,auch zu einem stärkeren Geräuschpegel führt. Dies ist jedoch erforderlich, weil der Ventilatormotor bei niedriger Drehzahl auch bei 10 % Netzunterspannung anlaufen muss. Dies wiederum muss so sein, weil oftmals die Einrichtung über das Wochenende abgeschaltet wird.
In dieser Zeit, während welcher die Einrichtungen ausgeschaltet sind, können etliche Einheiten auf niedrige Drehzahl eingestellt sein, und es ist erforderlich, da.ss die Einrichtungen bei nachfolgendem Wiedereinschalten zu arbeiten beginnen.
Ein weiterer Nachteil der obigen Einrichtung ist der beachtliche Zeit- und Kostenaufwand, welcher für die Konstruktion und Entwicklung des Ventilatormotors für jede verschiedene Einheitengrösse erforderlich ist. Es ist augenscheinlich, dass eine wesentliche Senkung der Grundkosten erreicht werden kann, wenn an Stelle des üblichen Motors mit drei Drehzahlen oder eines Motors mit einer Drehzahl und einer Drosseleinrichtung ein einfacher, mit nur einer Drehzahl laufender Motor zur Abgabe der drei erwünschten Drehzahlen verwendet werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehend aufgeführten Mängel und Nachteile zu beseitigen. Erfindungsgemäss wird dies durch eine Luftkondi- tionierungseinrichtung für vielräumige Gebäude erreicht, welche eine Mehrzahl von Luftkonditionierungseinheiten enthält, die mit den zu konditionierenden Räumen in Verbindung stehen, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Luftkonditionierungseinheiten in einer Mehrzahl von in verschiedenen Zonen gelegenen Gruppen angeordnet sind, wobei jede Einheit aus einer Rohrschlange für den Wärmeaustausch und einem Ventilator,
welcher die Raumluft über die Rohrschlange bei dabei stattfindendem Wärmeaustausch leitet, Mittel zur Versorgung der Rohrschlangen mit einem Wärme-
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austauschmedium und schliesslich einem Elektromotor für den Ventilator besteht, wobei die Motoren innerhalb einer jeden Zone in einem geschlossenen Schaltungskreis elektrisch verbunden und jeder Zone Mittel zugeordnet sind, durch die gleichzeitig die Drehzahl aller Motoren jeder einzelnen Zone in gleicher Weise ge- ändert wird.
Diese Einrichtung hat folgende Vorteile: 1. ein niedriger Geräuschpegel das ganze Jahr hindurch, da die Einheiten mit einer so niedrigen Ventilatordrehzahl arbeiten können, wie erwünscht, 2. die Ventüatordreh- zahl kann entsprechend den äusseren Bedingungen ausgewählt werden, höhere Drehzahl tagsüber und niedrigere Drehzahl des nachts, wobei der Raumbewohner nicht mit der Auswahl der richtigen Ventilatordrehzahl belästigt werden muss, 3. niedrige Grundkosten, 4. kleinerer Zeit- und Kostenaufwand bei der Konstruktion und Entwicklung neuer Einheiten und 5.
allgemein niedrigere Betriebskosten, da die Einheitenventilatoren immer mit optimaler Drehzahl laufen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung ist in Anwendung bei einem typischen Drei-Leitungssystem in der Zeichnung dar- gestellt, aber sie ist - wie oben ausgeführt wurde - auch bei einem Zwei-Leitungssystem gut verwendbar. In der Zeichnung sind nur zwei Zonen gezeigt, es können jedoch so viele Zonen vorgesehen werden, wie für eine zufriedenstellende Konditionierung des vorgesehenen Gebäudes erforderlich sind. Dargestellt sind Zonen mit nur je zwei Einheiten.
Es ist jedoch leicht einzusehen, dass dies nur für das vorliegende Ausführungsbeispiel bezeichnend ist; die Zahl der Einheiten pro Zone wird je nach besonderen Bedingungen variieren.
Jede Zone umschliesst eine Anzahl von Luftkon- ditionierungseinheiten 10 (nur zwei sind dargestellt) und jede Einheit eine Rohrschlange 11 für den Wärme- austausch und einen Ventilator 12, welcher von einem nur mit einer Drehzahl laufenden Motor 13 angetrieben wird. Vom Ventilator 12 wird die Raumluft durch die Lufteinlassöffnung 14 in die Einheit 10 gezogen, und durch die Luftaustrittsöffnung 15 wieder zurück in den Raum befördert.
Auf dem Wege von der Ein- trittsöffnung 14 zur Austrittsöffnung 1'5 steht die Luft in Wärmeaustausch mit der Rohrschlange 11, wobei sie Wärme an die Rohrschlange abgibt oder von ihr aufnimmt, je nachdem, ob durch die Rohrschlange gerade eine erhitzte oder eine abgekühlte Flüssigkeit fliesst.
Für jede Zone ist ein Spannungsregler 1 vorgesehen, und alle Ventilatormotoren jeder Zone sind mit dem jeweiligen zonenzugeordneten Spannungsregler 16 verbunden. über Leitungen 17 und 18 ist jeder Spannungsregler 16 an einer geeigneten Stromquelle angeschlossen. Jeder Spannungsregler 16 weist wegführende Sammelleiter 19 und 20 auf, welche an Speiseleitungen 21 und 22 für die Elektromotoren 13 angeschlossen sind.
Weiter sind Mittel vorgesehen, über welche gleichzeitig eine erhitzte oder eine abgekühlte Flüssigkeit oder ein Gemisch beider Flüssigkeiten den Rohrschlangen 11 zugeführt werden kann. Wie gezeigt, enthalten diese Mittel ein typisches Kühlsystem zur Lieferung von abgekühlter Flüssigkeit und einen Dampfboiler für die Bereitstellung von heisser Flüssigkeit. Es ist einleuchtend, dass zur Lieferung von heisser und kalter Flüssigkeit auch andere Mittel vorgesehen sein können und dass die dargestellten Mittel nur ein Ausführungsbeispiel darstellen.
Das Kühlsystem besteht aus einem Kompressor 23, einem wassergekühlten Kondensator 24 und einem Kühler 25. Eine Rohrleitung 26 für heisses komprimiertes Kältemittelgas verbindet den Auslass des Kompressors: 23 mit dem Einlauf zum Kondensator 24. Die Rohrleitung 27 für kondensiertes Kältemittel führt vom Auslass des Kondensators 24 zu einem Hochdruckschwimmkörper 2. Von diesem führt eine Leitung 29 zum Einlauf des Kühlers 25.
Vom Auslass des Kühlers 25 führt eine Kältemittelgasrohrleitung 30 zurück zur Ausgangsöffnung des Kompressors 23 und schliesst damit den Kältemittelkreis. Eine Kühlwasserzuführungs- leitung 31 und eine Kühlwasserabführungsleitung 32 sind am Kondensator 24 vorgesehen.
Der Leitungskreis für die kalte Flüssigkeit besteht aus einem Sammelrohr 33, welches vom Kühler 25 wegführt. Mit der Sammelleitung 33 sind Steigrohre 34 für die abgekühlte Flüssigkeit verbunden. Rohrleitungen 35 führen von den Steigrohren 34 zu den Ausschlüssen für abgekühlte Flüssigkeit der Dreiweh Stufenventile 36.
Der Heissflüssigkeitskreis besteht aus dem Boiler 37, von welchem eine Heissflüssigkeitsammelleitung 38 wegführt. An diesem Flüssigkeitsammelrohr 38 sind Steigrohre 39 für die erhitzte Flüssigkeit angeschlossen. Von den Steigrohren 39 führen Rohrleitungen 40 auf die Anschlüsse für erhitzte Flüssigkeit der Dreiweg- Stufenventile 36. Der dritte Anschluss eines jeden Drei- weg-Ventils 36 ist durch die Leitung 41 mit der Rohrschlange 11 verbunden.
Von jeder Wärmeaustauschrohrschlange 11 führt eine Rohrleitung 42 weg, welche die Rohrschlange 11 über die Rücklaufleitung 43 mit der Rücklaufsammelleitung 44 verbindet. Von der Rück- laufsamrnelleitung 44 führt eine Abzweigrohrleitung 45 zurück zum Kühler 25 und schliesst so den Kaltflüssigkeitskreis, während eine zweite Abzweigrohrleitung 46 zum Boiler 37 führt und so den Heissflüssigkeitskreis vervollständigt.
Der Boiler 37 ist mit einer Zuführungsleitung 47 für Dampf und einer Abführleitung 48 ausgestattet, so dass die den Boiler durchströmende Wärmeaustauschflüssigkeit geeignet erhitzt wird. Augenscheinlich kann jedes beliebig geeignete Wärmeaustauschmedium verwendet werden.
Die Regelung der Temperatur in einem einzelnen Raum erfolgt mittels des Thermostaten 49, welcher das Dreiweg-Stufenventil 36 so steuert, dass entweder erhitzte oder abgekühlte Flüssigkeit oder ein Gemisch beider Flüssigkeiten eingelassen wird, je nach der im Raum erwünschten Temperatur.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemässen Einrichtung näher erläutert.
Der Kompressor 23 gibt heisses Kältemittelgas an den Kondensator 24 ab, in welchem dessen Wärme von dem durch die Rohre 31 und 32 strömendes Kühlwasser abgeführt wird. Das kondensierte Kältemittel strömt dann durch das Rohr 27 zu dem Hochdruckschwimmkörper 28.
Beim Durchfluss durch diesen Hochdruckschwimmkörper 28 wird der Druck und die korrespondierende Temperatur des Kältemittels für die Strömung durch den Kühler 25 reduziert. Die Temperatur der durch die Rohrleitung 45 zum Kühler 2'5 fliessenden Kühlflüssigkeit wird durch den Wärmeaustausch mit dem kalten Kältemittel im Kühler reduziert. Die Kühl- flüssigkeit strömt dann durch die Sammelleitung 33,
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die Steigrohre 34 und die Leitungen 35 zu den DreiwegVentilen 36 und von da durch die einzelnen Rohrschlangen 11, wenn dies durch den Thermostaten 49 für eine Abkühlung gefordert wird.
Die durch die Sammelrohrleitung 44 in das Abzweigrohr 46 geleitete Flüssigkeit wird beim Durchlaufen des Boilers 37 von dem durch die Rohre 47 und 48 strömenden Dampf erhitzt. Die heisse Flüssigkeit fliesst dann durch die Sammelleitung 38, die Steigrohre 39 und Verbindungsleitungen 40 zu dem Anschluss für heisse Flüssigkeit an Dreiweg-Ventil 36 und von da durch die einzelnen Rohrschlangen 11, wenn dies vom Thermostaten 49 für eine Erwärmung gefordert wird. Die heisse oder die kalte Flüssigkeit, welche durch die Rohrschlangen 11 fliesst, verlässt die Rohrschlangen 11 durch die Rohrleitungen 42 und fliesst über die Rückflussleitungen 43 in die Rückflusssammelleitung 44.
Ein Teil der Flüssigkeit strömt dann durch das Abzweigrohr 45 zum Kühler 25 und der andere Teil durch die Zweigleitung 46 zum Boiler 37, so dass der Wärmeaustauschflüssigkeitskreis geschlossen ist.
Die Spannungsregler 16 werden vorzugsweise zonenmässig entweder automatisch oder von Hand für die Steuerung der Motoren 13 eingestellt, welche die Ventilatoren 12 in den verschiedenen Einheiten 10 antreiben. Bei einer zentralen Drehzahleinstellung der Ventilatoren müssen diese so einreguliert werden, dass sie genau das Luftvolumen liefern, welches den äusseren Bedingungen angemessen ist. Zudem können sie mit einer weit geringeren Drehzahl laufen und der Geräuschpegel entspricht den individuell eingestellten Ventilatoren. Für den Nachtbetrieb werden sie gewöhnlich auf eine sehr niedrige Stufe herabgesetzt, wodurch der notwendige Raumkomfort hergestellt und gleichzeitig der Geräuschpegel auf ein Minimum herabgedrückt wird.
Es ist auch leicht einzusehen, dass sie während der Heizsaison auf niedrigster Stufe eingestellt sind und wegen des grösseren Unterschiedes zwischen der Temperatur der heissen Flüssigkeit und der Raumluft nur mit geringer Drehzahl laufen. Die Spannungsregler 16 werden so eingeregelt oder festgestellt sein, so dass immer die für die minimalste Motor- bzw. Ventilatordrehzahl erforderliche Mindestspannung vorhanden ist.
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Air conditioning device The invention relates to an air conditioning device for multi-room buildings and relates in particular to a device in which the various space requirements are supplied by heating or cooling by means of units each consisting of a fan and a pipe coil.
The invention is generally applicable to so-called three-line systems in which the coil is fed with a hot or cold liquid, either the cooled or the heated liquid or a mixture of both flowing through the coil.
Although the invention is better used with three-line systems, because these systems usually have means for controlling the flow of liquid in the line unit, it can nevertheless also be applied to two-line systems in which either only one heated or one cooled liquid flows through the coil . If the invention is used in a two-line system which usually does not have any means for controlling the flow of liquid through the coil, such means must be provided so that control of the flow of liquid can be carried out.
In a typical fan coil system, its units contain a coil through which a heat exchange medium flows and a motor-driven fan through which the room air is drawn into the unit and passed over the coil, with which it is then in heat exchange. In general, three flow speeds can be set here: strong, medium and weak. The room user should choose the speed that gives him the desired performance; however, the speed selection is often only based on the noise level and the user simply accepts the resulting performance.
A further disadvantage with such a fan coil system is that the low speed offered is generally considerably higher than desired, which leads to a greater efficiency than necessary and consequently also to a greater noise level. However, this is necessary because the fan motor must start at low speed even with 10% mains undervoltage. This, in turn, has to be so because the facility is often switched off over the weekend.
During this time, during which the devices are switched off, a number of units can be set to low speed, and it is necessary that the devices start to work when they are switched on again.
Another disadvantage of the above arrangement is the considerable amount of time and money required to design and develop the fan motor for each different unit size. It is evident that a substantial reduction in basic costs can be achieved if, instead of the usual three-speed motor or a single-speed motor and a throttle device, a simple single-speed motor can be used to deliver the three desired speeds .
It is the object of the invention to eliminate the deficiencies and disadvantages listed above. According to the invention this is achieved by an air conditioning device for multi-room buildings which contains a plurality of air conditioning units which are connected to the rooms to be conditioned and which is characterized in that the air conditioning units are arranged in a plurality of groups located in different zones each unit consisting of a coil for heat exchange and a fan,
which directs the room air over the pipe coil when heat is exchanged, means for supplying the pipe coils with a
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exchange medium and finally an electric motor for the fan, the motors within each zone in a closed circuit are electrically connected and each zone is assigned means by which the speed of all motors of each zone is changed in the same way.
This device has the following advantages: 1. a low noise level all year round because the units can work with as low a fan speed as desired, 2. the fan speed can be selected according to the external conditions, higher speed during the day and lower speed at night, whereby the room occupant does not have to be bothered with choosing the correct fan speed, 3. low basic costs, 4. less time and money spent in the construction and development of new units and 5.
generally lower operating costs as the unit fans always run at the optimum speed.
An example embodiment of the device according to the invention is shown in use in a typical three-line system in the drawing, but - as stated above - it can also be used well in a two-line system. Only two zones are shown in the drawing, however, as many zones can be provided as are necessary for satisfactory conditioning of the intended building. Zones with only two units each are shown.
However, it is easy to see that this is only indicative of the present embodiment; the number of units per zone will vary depending on the particular conditions.
Each zone encloses a number of air conditioning units 10 (only two are shown) and each unit a coil 11 for the heat exchange and a fan 12 which is driven by a motor 13 running only at one speed. The room air is drawn into the unit 10 by the fan 12 through the air inlet opening 14 and conveyed back into the room again through the air outlet opening 15.
On the way from the inlet opening 14 to the outlet opening 1'5, the air is in heat exchange with the coil 11, giving off heat to the coil or absorbing it from it, depending on whether the coil is a heated or cooled liquid flows.
A voltage regulator 1 is provided for each zone, and all fan motors in each zone are connected to the voltage regulator 16 assigned to the respective zone. Each voltage regulator 16 is connected to a suitable power source via lines 17 and 18. Each voltage regulator 16 has busbars 19 and 20 leading away, which are connected to feed lines 21 and 22 for the electric motors 13.
Means are also provided via which a heated or a cooled liquid or a mixture of both liquids can be fed to the coils 11 at the same time. As shown, these means include a typical cooling system for supplying cooled liquid and a steam boiler for supplying hot liquid. It is evident that other means can also be provided for the delivery of hot and cold liquid and that the means shown represent only one exemplary embodiment.
The cooling system consists of a compressor 23, a water-cooled condenser 24 and a cooler 25. A pipe 26 for hot, compressed refrigerant gas connects the outlet of the compressor: 23 with the inlet to the condenser 24. The pipe 27 for condensed refrigerant leads from the outlet of the condenser 24 to a high-pressure float 2. A line 29 leads from this to the inlet of the cooler 25.
A refrigerant gas pipe 30 leads from the outlet of the cooler 25 back to the outlet opening of the compressor 23 and thus closes the refrigerant circuit. A cooling water supply line 31 and a cooling water discharge line 32 are provided on the condenser 24.
The line circuit for the cold liquid consists of a collecting pipe 33 which leads away from the cooler 25. Riser pipes 34 for the cooled liquid are connected to the collecting line 33. Pipes 35 lead from the riser pipes 34 to the outlets for cooled liquid of the three-stage valve 36.
The hot liquid circuit consists of the boiler 37, from which a hot liquid collecting line 38 leads away. Riser pipes 39 for the heated liquid are connected to this liquid collecting pipe 38. Pipes 40 lead from the riser pipes 39 to the connections for heated liquid of the three-way step valves 36. The third connection of each three-way valve 36 is connected to the pipe coil 11 by the line 41.
A pipe 42 leads away from each heat exchange pipe coil 11 and connects the pipe coil 11 to the return manifold 44 via the return line 43. A branch pipe 45 leads back from the return pipeline 44 to the cooler 25 and thus closes the cold liquid circuit, while a second branch pipe 46 leads to the boiler 37 and thus completes the hot liquid circuit.
The boiler 37 is equipped with a supply line 47 for steam and a discharge line 48, so that the heat exchange liquid flowing through the boiler is suitably heated. Obviously, any suitable heat exchange medium can be used.
The temperature in an individual room is regulated by means of the thermostat 49, which controls the three-way stage valve 36 so that either heated or cooled liquid or a mixture of both liquids is admitted, depending on the temperature desired in the room.
The mode of operation of the device according to the invention will now be explained in more detail below.
The compressor 23 emits hot refrigerant gas to the condenser 24, in which its heat is dissipated by the cooling water flowing through the pipes 31 and 32. The condensed refrigerant then flows through the pipe 27 to the high pressure float 28.
When flowing through this high-pressure float 28, the pressure and the corresponding temperature of the refrigerant for the flow through the cooler 25 are reduced. The temperature of the cooling liquid flowing through the pipeline 45 to the cooler 2'5 is reduced by the heat exchange with the cold refrigerant in the cooler. The cooling liquid then flows through the collecting line 33,
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the riser pipes 34 and the lines 35 to the three-way valves 36 and from there through the individual pipe coils 11, if this is required by the thermostat 49 for cooling.
The liquid conducted through the collecting pipe 44 into the branch pipe 46 is heated by the steam flowing through the pipes 47 and 48 as it passes through the boiler 37. The hot liquid then flows through the collecting line 38, the riser pipes 39 and connecting lines 40 to the connection for hot liquid to the three-way valve 36 and from there through the individual coils 11 if this is required by the thermostat 49 for heating. The hot or cold liquid which flows through the coils 11 leaves the coils 11 through the pipes 42 and flows via the return lines 43 into the return collection line 44.
Part of the liquid then flows through the branch pipe 45 to the cooler 25 and the other part through the branch line 46 to the boiler 37, so that the heat exchange liquid circuit is closed.
The voltage regulators 16 are preferably set in terms of zones either automatically or by hand for controlling the motors 13 which drive the fans 12 in the various units 10. With a central speed setting of the fans, they must be adjusted so that they deliver exactly the air volume that is appropriate for the external conditions. In addition, they can run at a much lower speed and the noise level corresponds to the individually set fans. For night operation they are usually reduced to a very low level, which creates the necessary room comfort and at the same time keeps the noise level to a minimum.
It is also easy to see that they are set to the lowest level during the heating season and only run at a low speed because of the greater difference between the temperature of the hot liquid and the room air. The voltage regulators 16 are adjusted or determined in such a way that the minimum voltage required for the minimum motor or fan speed is always present.