DE69421706T2 - Anordnung zur kühlung der zuluft in einer klimaanlage - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von Zufuhrluft in einer Klimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie in der WO-A-93/10403 beschrieben.
• Versuche, die zu dem Zweck unternommen wurden, die Verwendung von Freonen zu verringern, haben die Klimaanlagenindustrie dazu veranlaßt, nach alternativen Kühlsystemen zu suchen, um die Kompressorkühlung unter Verwendung von Freonen zu ersetzen. Das bekannteste unter derartigen Systemen ist die sogenannte indirekte Verdampfungskühlung, die beispielsweise in der finnischen Patentschrift 67 259 (entsprechend der WO-A-84/03756) beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird Auslaßluft durch einen Verdampfungsbefeuchter angefeuchet, der in einer Auslaßleitung vorgesehen ist, wodurch Wasser Wärme bindet, wenn es verdampft, so daß die Temperatur der Auslaßluft bis in die Nähe des Sättigungspunktes absinkt. "Kälte" in der gekühlten Auslaßluft wird in Zufuhrluft durch eine Wärmetauscher zurückgewonnen, der momentan in weitem Ausmaß bei der Rückgewinnung von Wärme im Winter verwendet wird; mit anderen Worten wird die Zufuhrluft gekühlt.
• Ein Nachteil des Systems stellt dessen begrenzte Kühlleistung dar. Insbesondere wenn Auslaßluft und/oder Außenluft warm und feucht ist, ist die Kühlleistung nicht ausreichend. Dies liegt daran, daß feuchte Luft keine größeren Mengen an Wasserdampf aufnehmen kann, und daher ihre Sättigungstemperatur hoch ist. Darüber hinaus sind Verdampfungsbefeuchter normalerweise nicht dazu fähig, Luft bis zum Taupunkt anzufeuchten. Das Befeuchtungsverhältnis wurde als das Massenverhältnis zwischen der Menge an Wasser, die theoretisch in Luft verdampft werden kann, und der Menge an Wasser definiert, die tatsächlich verdampft wird. Das Befeuchtungsverhältnis der besten Verdampfungsbefeuchter liegt im Bereich zwischen 80 und 90%. Darüber hinaus wird die Kühlleistung durch den Wirkungsgrad des Wärmetauschers verringert, der normalerweise als das Verhältnis des Temperaturabfalls der Zufuhrluft zur Differenz zwischen den Anfangstemperaturen der Zufuhrluft und der Auslaßluft definiert wird. Dieses Verhältnis, das als Temperaturwirkungsgrad bezeichnet wird, liegt zwischen 70 und 80% für die besten Luft/Luftwärmetauscher. Insgesamt bleibt das Verhältnis zwischen der tatsächlich erzielbaren Kühlleistung und der theoretischen Kühlleistung normalerweise unterhalb von 70%. Noch nicht einmal die theoretische Leistung wäre in sämtlichen Fällen ausreichend.
• Es wurden verschiedene Versuche unternommen, die begrenzte Kühlleistung zu kompensieren. Die einfachste Vorgehensweise besteht in der Bereitstellung der fehlenden Leistung durch Einsatz der Kompressorkühlung, was jedoch beträchtliche Investitions- und Betriebskosten mit sich bringt. Obwohl die Verwendung von Freonen reduziert ist, kann sie nicht vollständig vermieden werden.
• Eine weitere Vorgehensweise ist in der finnischen Patentschrift 88431 (entsprechend WO-A-91/02927) beschrieben. Zusätzliche Kühlung wird durch die Verwendung kalten Leitungswassers erzielt, bevor das Wasser in das Netzwerk der Wasserrohre in dem Gebäude geleitet wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß in vielen Fällen der Leitungswasserverbrauch von Gebäuden so gering ist, und in einem derartigen Ausmaß variiert, daß das Verfahren die Anforderung der zusätzlichen Kühlung nur in einer begrenzten Anzahl von Gebäuden erfüllen kann. In den Abfluß überfließendes Kühlwasser erhöht leicht in unangebrachter Weise die Betriebskosten. Darüber hinaus muß eine zusätzliche Verrohrung in dem Gebäude für kaltes Trinkwasser zur Verfügung gestellt werden, was die Investitionskosten erhöht. Aus diesem Grund kann Leitungswasser zur Verringerung von Belastungsspitzen nur in einigen Gebäuden eingesetzt werden.
• Eine weitere Vorgehensweise ist in der finnischen Patentschrift 57478 beschrieben. Statt einen getrennten Befeuchter zu verwenden, wird Luft dadurch angefeuchtet, daß man Befeuchtungswasser über die Wärmeübertragungsoberflächen an der Auslaßseite eines Plattenwärmetauschers laufen läßt. In dieser Patentschrift wird beim Versuch, die Leistung zu erhöhen, eine zweistufige Kühlung eingesetzt, bei welcher sogenannte Hilfsluft, die aus Auslaßluft oder Zufuhrluft bestehen kann, zuerst in einem Hilfswärmetauscher gekühlt wird, und dann befeuchtet und zum Kühlen der Zufuhrluft verwendet wird.
• Infolge der hiermit verbundenen hohen Investitions- und Betriebskosten wurde die zweistufige Kühlung nicht in großem Ausmaß eingesetzt. Um echte Vorteile zu erzielen ist ein zusätzlicher Wärmetauscher erforderlich, und darüber hinaus ein Gebläse oder dergleichen zum Abziehen der Hilfsluft, die durch den Wärmetauscher fließt. Luftkühlung an sich führt nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da die Massenverhältnisse variieren. Sie kann erfolgreich eingesetzt werden, wenn die Menge an Auslaßluft etwa zwei mal größer ist als die Menge an Zufuhrluft, aus irgendwelchen speziellen Gründen. Darüber hinaus ist die Kühlleistung der zweiten Stufe wesentlich niedriger als jene der ersten Stufe.
• Statt dessen wurden Befeuchtungswärmetauscher wie in der US-A-5 187 946 (bei welchen ein derartiger Wärmetauscher zum Kühlen von Zufuhrluft von Umgebungstemperatur herunter im wesentlichen auf ihren Taupunkt verwendet wird) in gewissem Ausmaß gebaut. Theoretisch sollten sie so arbeiten, daß die Temperatur eines Feuchtigkeitsfilms auf der äußeren Oberfläche des Wärmetauschers mit der Sättigungstemperatur der Luft übereinstimmt. Der Luftbehandlungsvorgang sollte theoretisch so stattfinden, wie dies durch eine beispielhafte Kurve in dem h-x-Diagramm von Fig. 1 angegeben ist, also folgendermaßen:
• Die Temperatur der Zufuhrluft = Außenluft wird mit 27ºC angenommen, und die relative Feuchte mit 40%, Punkt A in Fig. 1. Die Temperatur der Auslaßluft = Zimmerluft wird mit 24ºC angenommen, und die relative Feuchte mit 50%, Punkt B in Fig. 1. Theoretisch sollte die Oberfläche des Wärmetauschers an der Auslaßluftseite auf dem Taupunkt liegen, also bei einer Temperatur entsprechend einer relativen Feuchte von 100%, also 17ºC, Punkt C in Fig. 1. Hinter einem getrennten Verdampfungsbefeuchter würde die Temperatur der Auslaßluft etwas oberhalb des Befeuchterverhältnisses liegen, mit einem Befeuchtungsverhältnis von beispielsweise 0,88, also bei etwa 18ºC, Punkt C' in Fig. 1. Die Differenz beträgt daher 1ºC.
• Da sich eine Oberfläche des Wärmetauschers theoretisch auf der Taupunkttemperatur befindet, gibt es keine Oberflächenwiderstände bei der Wärmeübertragung an dieser Seite. Anders ausgedrückt sollte eine deutliche Verbesserung bei dem Wärmeübertragungskoeffizienten und daher beim Temperaturwirkungsgrad auftreten. Die relativ komplizierte Theorie der Wärmeübertragung wird hier nicht erläutert, jedoch sollte es ausreichen zu erwähnen, daß ein Wirkungsgrad von 0,7 entsprechend beispielsweise einer trockenen Wärmeübertragung auf etwa 0,84 verbessert werden könnte. Der entsprechende Temperaturabfall der Zufuhrluft beträgt:
• Δts = ηA (tA - tB)
• wobei η = Temperaturwirkungsgrad = 0,84 ist
• tA = Eingangstemperatur der Zufuhrluft = 27ºC,
• tB = Oberflächentemperatur an der Auslaßluft = 17ºC, (tA und tB Temperatur am Punkt A bzw. B)
• also
• Δts = 0,84 (27 - 17) = 8,4ºC
• Die Endtemperatur der Zufuhrluft würde daher gleich tD = 27 - 8,4 18, 6ºC betragen (Punkt D, Fig. 1). Die für die Kühlung verfügbare Leistung wird durch die Differenz zwischen der Eingangstemperatur der Auslaßluft und der Endtemperatur der Zufuhrluft gegeben, also durch
• Δtj = 24 - 18,5 = 5,4ºC
• In einem System, in welchem ein getrennter Befeuchter verwendet wird, wie bei der WO-A-93/10403, in welchem ein derartiger getrennter Befeuchter stromaufwärts des Wärmetauschers an der Auslaßgasseite vorgesehen ist, gilt folgendes:
• Δts' = 0,7 (27 - 18) = 6,3ºC
• und die Endtemperatur der Zufuhrluft tD = 27 - 6,3 = 20,7ºC (Punkt D' in Fig. 1).
• Die für die Kühlung verfügbare Leistung beträgt:
• Δj'= 24 - 20,7 = 3,3ºC
• Die zur Kühlung verfügbare Leistung (zum Entfernen thermischer Lasten) würde daher tatsächlich signifikant zunehmen, also in folgendem Verhältnis
• Δtj/Δtj' = 5,4/3,3 = 1,63
• Die Leistungserhöhung erscheint daher beträchtlich.
• In der Praxis gilt dies jedoch nicht. Es hat sich herausgestellt, daß die Endtemperatur der Zufuhrluft deutlich oberhalb jenes Wertes bleibt, auf welchen sie gemäß der voranstehenden Theorie absinken sollte. In der Praxis ist die Leistungserhöhung nur 10 bis 25%, verglichen mit einem getrennten Befeuchter. Tatsächlich findet die Zustandsänderung der Auslaßluft in der Richtung einer Kurve statt, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, in Richtung auf eine Temperatur oberhalb des Taupunktes. Dies liegt daran, daß die Wärmeübertragung und die Verdampfung dynamische Prozesse darstellen, die typischerweise mit einer bestimmten Geschwindigkeit ablaufen.
• Bei der Untersuchung des Feuchtigkeitsfilms auf der Oberfläche des Wärmetauschers sieht man, daß Wärme in den Film von der Zufuhrluft eingegeben wird, und aus dem Film teilweise durch Wärmeleitung entfernt wird, und teilweise in dem verdampfenden Wasserdampf gebunden wird. Damit die Temperatur des Feuchtigkeitsfilms mit dem Taupunkt übereinstimmt sollte Wärme hauptsächlich bei der Verdampfung des Wasserdampfes gebunden werden. In der Praxis findet dies nicht statt, da die Oberfläche, die Wasser verdampft, zu klein ist. Im Vergleich beispielsweise mit den Befeuchtungszellen der voranstehend erwähnten Verdampfungsbefeuchter stellt die Fläche des Feuchtigkeitsfilms, der sich auf dem Plattenwärmetauscher ausbildet, nur einen Bruchteil dar. Die Verdampfungsrate von der zu kleinen Flüssigkeitsoberfläche ist einfach zu gering, um den Feuchtigkeitsfilm auf einer Temperatur entsprechend dem Taupunkt zu halten. Die Wärmeübertragung findet zum Teil über Wärmeleitung statt, und daher tritt die Zustandsänderung entlang einer Kurve auf, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist.
• Der Plattenwärmetauscher, der in der finnischen Patentschrift 57478 beschrieben wird, weist noch einen weiteren Nachteil auf. Eine bakterielle Verunreinigung tritt leicht auf feuchten Oberflächen innerhalb des voranstehend angegebenen Temperaturbereichs auf. Da Plattenwärmetauscher große Abmessungen aufweisen, ist es schwierig, sie wasserdicht auszubilden; in der Praxis treten kleine Lecks auf, infolge von Korrosion, Wärmeausdehnung, Schwingungen, Druckänderungen, usw. Wasser, welches zur Zufuhrluftseite austritt, verdampft, wodurch mögliche Bakterien eingekapselt werden und in der Zufuhrluft mitgerissen werden. Die sich hieraus ergebenden Gefahren für die Gesundheit sind so ernst, daß Wärmetauscher mit befeuchteten Platten vollständig abgeschafft wurden.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Anordnung, die es ermöglicht, die theoretischen Leistungswerte eines Wärmetauschers zu erzielen, wobei Gefahren für die Gesundheit vermieden werden.
• Dieses Ziel wird durch eine Anordnung gemäß der Erfindung erreicht, welche die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung gestattet es darüber hinaus, zusätzliche Kühlleistung durch Leitungswasser, Grundwasser, oder jede Energiequelle zur Verfügung zu stellen, die eine Temperatur aufweist, die sich nur geringfügig von der gewünschten Temperatur der Zufuhrluft unterscheidet. Selbst die Kühlleistung von Befeuchtungswasser kann eingesetzt werden, und Leitungswasser kann kostengünstiger als bislang verwendet werden.
• Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Verdampfungsoberfläche in dem Wärmetauscher zu klein ist und daher vergrößert werden sollte. Selbst wenn man die Erhöhung der Investitionskosten ignoriert, läßt sich leicht feststellen, daß dann, wenn die Wärmeoberfläche sowohl an der Zufuhrluftseite als auch der Auslaßluftseite größer wird, die Art und Weise des Wärmeübertragungsvorgangs sich nicht ändert, also die Verhältnisse zwischen den Wärmeflüssen unverändert bleiben, und sich der Feuchtigkeitsfilm immer noch auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes befindet. Der Temperaturwirkungsgrad nimmt natürlich zu.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß tatsächlich die Verhältnisse zwischen den Wärmeübertragungsoberflächen geändert werden, also die Verdampfungsoberfläche vergrößert wird, so daß man näher an die Taupunkttemperatur herangelangt. Wenn ein Plattenwärmetauscher verwendet wird, ist dies schwierig zu erzielen, und kostenaufwendig. Ein weiteres grundlegendes Konzept der Erfindung besteht daher darin, daß die Wärmeoberflächen voneinander getrennt werden, auf an sich bekannte Weise, durch Übertragung von Wärme an der Zufuhrseite durch einen getrennten Wärmetauscher auf eine Zwischenflüssigkeit, und dann durch einen anderen Wärmetauscher von der Zwischenflüssigkeit an die Auslaßluft. Das Verhältnis zwischen den Wärmeflüssen kann nunmehr frei ausgewählt werden, so daß man nahe an den Taupunkt an der Auslaßseite gelangt.
• Da die Wärmeübertragung durch getrennte Wärmetauscher stattfindet, sind hygienische Probleme ausgeschaltet. Darüber hinaus weisen getrennte Wärmetauscher einen dritten wesentlichen Vorteil auf: Es können getrennte Systeme gebaut werden. Auslaß- und Zufuhrlufteinrichtungen müssen sich nicht am selben Ort befinden. Darüber hinaus können zwei oder mehr Auslaßlufteinrichtungen pro einziger Zufuhrlufteinrichtung vorgesehen werden, oder können umgekehrt zwei oder mehr Zufuhrlufteinrichtungen zusammen mit einer einzigen Auslaßlufteinrichtung arbeiten.
• Ein Vorteil, der möglicherweise noch bedeutsamer ist, besteht darin, daß insbesondere in dem System, welches in der finnischen Patentanmeldung 915511 (WO-A-93/10403) beschrieben ist, zusätzliche Energie dem System direkt über die Wärmeübertragungsschaltung oder zumindest durch die Verwendung kleiner Flüssigkeits/Flüssigkeits-Wärmetauscher zugeführt werden kann, bei denen die Kosten nur einen Bruchteil jener Kosten betragen, die bei Flüssigkeits/Luftwärmetauschern auftreten. Selbst die "übermäßige" Kühlleistung von Befeuchtungswasser kann eingesetzt werden. Zusätzliche Energie von beispielsweise Leitungswasser kann "doppelt" genutzt werden, wie dies nachstehend beschrieben wird: Zuerst bei der zusätzlichen Kühlung von Zufuhrluft, und dann bei der Verringerung der Temperatur des Feuchtigkeitsfilms an der Auslaßseite.
• Die Erfindung gestattet es darüber hinaus, die Klimaanlageneinrichtungen kostengünstiger zu konstruieren, da die Vorderoberflächengeschwindigkeit in dem Wärmetauscher oder dem Befeuchtungsabschnitt keinen Faktor darstellt, der die Abmessungen der Einrichtung bestimmt, wenn die Wärmetauscher so wie voranstehend geschildert positioniert werden. Mit Ausnahme der Wärmetauscher können die Abmessungen der Einrichtung sogar um 35% verringert werden, mit entsprechenden Kosteneinsparungen.
• Die übrigen Vorteile des Befeuchtungswärmetauschers bleiben unverändert. Beispielsweise ist kein getrennter Befeuchtungsabschnitt erforderlich, was die Kosten verringert, Druckverluste verringert, und die Wartungsanforderungen herabsetzt.
• Darüber hinaus benötigen bestimmte Ausführungsformen keine Auslaßluftfilter.
• Nachstehend wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
• Fig. 1 ein h-x-Diagramm für die Lufttemperatur;
• Fig. 2 schematisch eine erste Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung; und
• Fig. 3 bis 5 alternative Ausführungsformen der Anordnung.
• Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung weist einen Wärmetauscher 1 für Zufuhrluft A auf; einen Wärmetauscher 2 für Auslaßluft B; ein Verbindungsrohr 3, durch welches eine Pumpe 4 eine Wärmeübertragungsflüssigkeit umwälzt; und ein Befeuchtungsrohr 5, von welchem Befeuchtungswasser durch eine Befeuchtungsmatte 6 auf Wärmeübertragungsoberflächen des Wärmetauschers an der Auslaßseite laufen kann. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird Befeuchtungswasser nicht umgewälzt, sondern wird eine konstante Wassermenge von einem Leitungswasserrohr 7 abgezweigt, und wird "überschüssiges" Befeuchtungswasser, welches nicht in die Auslaßluft verdampft, über ein Überlaufrohr 8 in einen Abfluß abgelassen. Bei weiterentwickelten Anordnungen wird nur eine begrenzte, normalerweise konstante Menge an Befeuchtungswasser in den Abfluß eingeleitet, was eine Konzentration von Verunreinigungen, Bakterien und dergleichen verhindert. Der Rest wird an die Befeuchtungsstufe durch eine spezielle Umwälzpumpe zurückgeschickt. Auf diese Weise wird weniger Befeuchtungswasser benötigt.
• Wie aus Fig. 2 deutlich wird, wird kein Befeuchtungswasser direkt dem Befeuchtungsrohr 5 zugeführt, sondern wird es durch einen Flüssigkeits/Flüssigkeits-Wärmetauscher 9 umgewälzt, der in dem Rohr 3 vorgesehen ist, welches zu dem Wärmetauscher 1 für Zufuhrluft führt. Die Temperatur von Leitungswasser liegt normalerweise unterhalb von 10ºC. In dem Wärmetauscher 9 wird die Kühlleistung, die unterhalb des Taupunktes liegt, und die sonst praktisch vollständig verschwendet würde, direkt an die Wärmeübertragungsflüssigkeit übertragen, welche Zufuhrluft kühlt. Durch Einsatz eines herkömmlichen Überlaufs und herkömmlicher Wärmetauscherwirkungsgrade kann eine zusätzliche Kühlleistung entsprechend einer Temperaturdifferenz von etwa 0,5ºC an die Zufuhrluft übertragen werden. Die Kosten des kleinen Flüssigkeits/Flüssigkeits-Wärmetauschers 9 sind vernachlässigbar.
• Durch Erhöhung der Menge an Überlaufwasser wird ein kostengünstiges und einfaches Leitungswasserkühlsystem erzielt. Die Investitionen sind niedrig, wogegen die Betriebskosten drastisch ansteigen, wenn der Überlauf erhöht wird. Andererseits ist die Oberflächentemperatur an der Auslaßseite niedriger.
• Fig. 3 zeigt eine fortgeschrittenere Anordnung. Der Wärmetauscher für die Zufuhrluft ist in zwei Abschnitte 1' und 1" aufgeteilt, wobei der Abschnitt 1' einen Gebäudeabschnitt bedient, der erheblichen Wärmelasten ausgesetzt ist, beispielsweise die Südseite des Gebäudes, wogegen der Abschnitt 1" den weniger belasteten Abschnitt des Gebäudes bedient. Ein Wärmetauscher 9, der für Befeuchtungswasser und Leitungswasser dient, ist in einem Zufuhrrohr 3' des Wärmetauschers 1' angeordnet, der den stärker belasteten Gebäudeabschnitt bedient. Auf diese Weise kann die gesamte Kühlleistung dem Gebäudeabschnitt zugeführt werden, wo sie benötigt wird.
• Bei der in Fig. 3 dargestellten Lösung wird nicht das gesamte Wasser dem Befeuchtungsrohr 5 zugeführt, sondern nur eine Menge, die für die Befeuchtung und einen minimalen Überlauf erforderlich ist. Der Rest wird einem zusätzlichen Wärmetauscher 10 zugeführt, wo er dazu verwendet wird, die Wärmetauscherflüssigkeit zu kühlen, die von dem Wärmetauscher 1 für die Zufuhrluft zu dem Wärmetauscher 2 für die Auslaßluft zurückkehrt. Wenn beispielsweise die gewünschte Kühlung der Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Wärmetauscher 1' hineingelangt, 4ºC beträgt, wird eine praktisch gleiche Verringerung "kostenlos" bei der Temperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit erzielt, die von dem Wärmetauscher 1' zu dem Wärmetauscher 2 für die Auslaßluft führt. Dies verringert die Temperaturunterschiede in dem Wärmetauscher 2 für Auslaßluft, wodurch sich die gestrichelt in Fig. 1 dargestellte Linie näher an die theoretische Kurve B-C' heranschiebt, also die Wärmeübertragung in dem Wärmetauscher 2 verbessert wird. Von dem Wärmetauscher 10 kann Wasser dem Abfluß zugeführt werden, oder in dem Gebäude verwendet werden. Wenn es beispielsweise als warmes Leitungswasser verwendet wird, so verringert die in Fig. 3 dargestellte Lösung auch den Wärmeenergieverbrauch wesentlich. Leitungswasser kann von etwa 8ºC auf 25ºC vorgewärmt werden, so daß die Einsparung etwa 35% der Wassererwärmungskosten beträgt, allerdings nur während der Spitzenlast. Während des gesamten Kühlzeitraums wird eine Temperatur von etwa 20ºC erzielt, was einer Einsparung von etwa 25% entspricht, also einer Einsparung von etwa 6% der jährlichen Kosten, berechnet auf der Grundlage des Jahresverbrauchs.
• Fig. 3 zeigt darüber hinaus eine weitere Art und Weise der Verringerung der Oberflächentemperatur des Wärmetauschers für Auslaßluft. Mit Hilfe eines Düsenrohrs 11 wird Wasser in die Luft in Form sehr kleiner Tröpfchen gesprüht, was die Wärmeübertragungsoberfläche wesentlich vergrößert, und die Lufttemperatur und die Oberflächentemperatur am Auslaßende einer Gegenflußbatterie verringert, was tatsächlich wünschenswert ist. Das Düsenrohr 11 kann relativ nahe an dem Wärmetauscher 2 angeordnet werden, da das fein verteilte Sprühwasser relativ tief in den Wärmetauscher 2 zwischen dessen Wärmeübertragungsoberflächen hineingelangt, bevor die Wassertröpfchen verdampfen, oder in Berührung mit den Wärmeübertragungsoberflächen gelangen. Die Zustandsänderung der Luft verschiebt sich sehr nahe an die theoretische Zustandsänderung B-C' in Fig. 1, und die Temperatur des Wassers, welches über die Pumpe 4 zurückkehrt, verschiebt sich nahe an den theoretischen Wert, also die Taupunkttemperatur der Luft.
• Das grundlegende Konzept, also die Trennung der Wärmeübertragungsoberflächen voneinander, gestattet es darüber hinaus, die Klimaanlagen kostengünstiger als bislang zu konstruieren. Dies ist besonders wesentlich, wenn die Zufuhr- und Auslaßluftflüsse ungleich sind. Jede Einrichtung kann für ihren spezifischen Luftfluß ausgelegt werden, was beispielsweise bei der in der finnischen Patentschrift 57478 beschriebenen Lösung nicht möglich ist, bei welcher beide Einrichtungen entsprechend dem größeren Luftfluß ausgelegt sind.
• Die Fig. 4 und 5 zeigen bevorzugte Art und Weisen der Positionierung des Wärmetauschers 2 in einem Gehäuse 12 der Klimaanlage. In beiden Figuren besteht die grundlegende Idee darin, den Wärmetauscher 2 an einem derartigen Ort anzubringen, daß seine vordere Oberfläche vergrößert werden kann. Dies liegt daran, daß die Vorderoberflächengeschwindigkeit des Wärmetauschers die Auswahl der Abmessungen der Einrichtung begrenzt, infolge sowohl des starken Druckverlustes des Wärmetauschers als auch der Tatsache, daß dann, wenn die Vorderoberflächengeschwindigkeit von Luft 2,5 m/s überschreitet, Tropfen in dem Luftfluß mitgerissen werden. Der Wärmetauscher kann nunmehr für eine Vorderoberflächengeschwindigkeit von weniger als 2,5 m/s ausgelegt werden, und die anderen Bauteile für die Geschwindigkeit von 4 m/s, die hauptsächlich durch die Filter bestimmt wird, wodurch die Kosten proportional zu den Geschwindigkeiten verringert werden, also 35%. Selbstverständlich stellen die Fig. 4 und 5 nur Beispiele dar. Die Richtungen der Flüsse von Luft und der Flüssigkeiten, die Positionierung der Bauteile, usw. kann selbstverständlich variieren, ebenso wie die Winkel der Wärmetauscher, die Flüsse können angeglichen werden, und Druckverluste können durch Prallplatten und dergleichen verringert werden.
• In den Fig. 4 und 5 ist die Befeuchtungsmatte 6 auf der vorderen Oberfläche des Wärmetauschers 2 in der Leitung 12 für Auslaßluft so angeordnet, daß die Luft durch die Matte 6 fließt. Auf diese Weise werden die Wärmeübertragungsoberflächen verläßlicher und gleichmäßiger befeuchtet, und ergibt sich eine vorteilhaftere Temperaturverteilung. Darüber hinaus wird eine zusätzliche Verdampfungsoberfläche "kostenfrei" erhalten, so daß sich ähnliche Auswirkungen wie bei der Sprühvorrichtung 11 ergeben. Wenn das Material der Befeuchtungsmatte 6 geeignet gewählt wird, filtert es darüber hinaus Festkörperteilchen aus der Luft mit ausreichendem Wirkungsgrad aus. Hierdurch ist es im Sommer möglich, die Auslaßluftfilter zu entfernen, welche die Wärmetauscheroberflächen des Wärmetauschers 2 gegen Verunreinigungen schützen, und statt dessen die Befeuchtungsmatte 6 anzubringen. Auf diese Weise können die Filterkosten verringert werden, und kann der Druckverlust des Auslaßsystems verringert werden, also der Verbrauch an elektrischem Strom, mit entsprechenden Kosteneinsparungen.
• Die Zeichnungen und die zugehörige Beschreibung sollen nur die grundlegende Idee der Erfindung erläutern. Einzelheiten der Anordnung gemäß der Erfindung können sich innerhalb des Umfangs der Patentansprüche ändern.

Claims (10)

1. Anordnung zum Kühlen von Zufuhrluft (A) in einer Klimaanlage, welche aufweist:

- ein Wärmeübertragungsgerät (3, 4) zur Übertragung von Wärme zwischen Zufuhrluft (A) und Auslaßluft (B) mit Hilfe von Wärmeübertragungsoberflächen, welche auf der Seite der Zufuhrluft (A) bzw. der Auslaßluft (B) in getrennte Wärmetauscher (1, 2) aufgeteilt sind; und

- ein Befeuchtungsgerät (5, 6) an der Auslaßluftseite;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Verhältnisse zwischen den Flächen der Wärmeübertragungsoberflächen für die Zufuhrluft (A) bzw. die Auslaßluft (B) so gewählt sind, daß die Oberflächentemperatur der Wärmeübertragungsoberflächen an der Auslaßluftseite nahe an der Taupunkttemperatur der Auslaßluft (B) liegt; und

- das Befeuchtungsgerät (5, 6) die Wärmeübertragungsoberflächen an der Auslaßluftseite befeuchtet.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) an der Seite der Zufuhrluft (A) und der Wärmetauscher (2) an der Seite der Auslaßluft (B) an ein gemeinsames Rohr (3) für die Wärmeübertragungsflüssigkeit angeschlossen sind, und daß das Rohr (3) für die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer Kühlvorrichtung (9) versehen ist, die an eine externe Quelle (7) von Kühlenergie angeschlossen ist, beispielsweise ein Leitungswassernetzwerk in einem Gebäude, um Wärmeübertragungsflüssigkeit zu kühlen, die von dem Wärmetauscher (2) an der Auslaßluftseite zum Wärmetauscher (1) an der Zufuhrluftseite zurückkehrt, durch die externe Kühlenergie.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (9) ein Flüssigkeits/Flüssigkeits- Wärmetauscher ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (9) an ein Befeuchtungsgerät (5, 6) angeschlossen ist, und Leitungswasser (7) als Befeuchtungswasser in dem Befeuchtungsgerät verwendet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) an der Seite der Zufuhrluft (A) und der Wärmetauscher (2) an der Seite der Auslaßluft (B) an ein gemeinsames Rohr (3) für Wärmeübertragungsflüssigkeit angeschlossen sind, und daß das Rohr (3) für Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer Kühlvorrichtung (9) versehen ist, die an ein Befeuchtungsgerät (5, 6) angeschlossen ist, um Wärmeübertragungsflüssigkeit zu kühlen, die von dem Wärmetauscher (2) an der Auslaßluftseite zum Wärmetauscher (1) an der Zufuhrluftseite zurückkehrt, und zwar durch Befeuchtungswasser.

6. Anordnung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Befeuchtungswasser, die zum zusätzlichen Kühlen der Wärmeübertragungsflüssigkeit verwendet wird, größer ist als jene, die durch bloße Befeuchtung und normalen Überlauf erforderlich ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Leitungswasser (7), der nicht zur Befeuchtung nach der Kühlung der Wärmeübertragungsflüssigkeit benötigt wird, die von dem Wärmetauscher (2) an der Auslaßluftseite zurückkehrt, zum Wassernetzwerk des Gebäudes zurückgeschickt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3) für Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer zusätzlichen Kühlvorrichtung (10) versehen ist, um Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Wärmetauscher (2) an der Auslaßluftseite eintritt, mit Hilfe des überschüssigen Leitungswasseranteils zu kühlen.

9. Anordnung nach einem der voranstenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserdüsen (1) oder andere Wassersprühvorrichtungen in einem Flußraum für Auslaßluft (B) vor dem Auslaßluftwärmetauscher (2) vorgesehen sind, gesehen in der Flußrichtung.

10. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (2) an der Auslaßluftseite gegenüber einer Position senkrecht zur Richtung des Flusses verschoben ist, um die Flußrate der Auslaßluft zu verringern.