ДВУХКАНАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ГИБКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА НЕСКОЛЬКИХ ПОМЕЩЕНИЙ
TWIN-DUCT PLANT FOR AIR-CONDITIONING OF SEVERAL ROOMS

Изобретение относится к двухканальной установке для гибкого кондиционирования воздуха нескольких помещений согласно указанному в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения виду.
Помещения, в частности, зданий могут, например, на основании своей ориентации на север или юг, ориентации относительно преобладающих направлений ветра или на основании находящихся в помещениях приборов подвергаться различным нагрузкам нагревания и охлаждения. Поэтому одноканальные установки и зональные установки для кондиционирования воздуха не всегда пригодны для кондиционирования воздуха состоящих из многих помещений зданий, поскольку подлежащий кондиционированию воздух в этих случаях необходимо подавать в подлежащие кондиционированию помещения в различных состояниях.
Для этого в прошлом часто создавали двухканальные установки для кондиционирования воздуха. При этом наружный воздух всасывают снаружи и после определенной первоначальной обработки подают в два подводящих воздух канала. В одном подводящем воздух канале подаваемый воздух нагревают с помощью нагревателя воздуха - нагревательного регистра. Таким образом, этот канал образует канал теплого воздуха. В другом подводящем канале подаваемый воздух охлаждают на поверхностном охладителе - охлаждающем регистре. Таким образом, этот канал образует канал холодного воздуха. Каждый отдельный выход для воздуха в подлежащем кондиционированию помещении имеет через смесительный короб соединение с каналом теплого воздуха и каналом холодного воздуха. Таким образом, смесительные короба предусмотрены для соединения выхода для воздуха с соединениями на канале теплого воздуха и на канале холодного воздуха. В смесительном коробе смешиваются друг с другом теплый воздух из канала теплого воздуха и холодный воздух из канала холодного воздуха. Для этого в смесительные короба установлено смесительное устройство, которое содержит пневматический серводвигатель, взаимодействующий с каналом холодного воздуха клапан холодного воздуха и взаимодействующий с каналом теплого воздуха клапан теплого воздуха. С помощью пневматического серводвигателя положения клапанов связаны друг с другом. Если клапан в канал теплого воздуха открыт на 30%, то одновременно открывается клапан в канал холодного воздуха на 70%. За счет этого всегда обеспечивается величина раскрыва 100%, за счет чего количество воздуха, которое транспортируется через смесительный короб, всегда остается одинаковым.
За счет приведения в действие клапанов с помощью серводвигателя регулируется смешивание теплого и холодного воздуха при сохранении количества воздуха. Например, помещения с максимальной нагрузкой охлаждения получают лишь холодный воздух - клапан к каналу холодного воздуха открыт на 100% и одновременно клапан к каналу теплого воздуха открыт на 0%, и помещения с максимальной нагрузкой нагревания получают лишь теплый воздух - клапан к каналу теплого воздуха открыт на 100% и одновременно клапан к каналу холодного воздуха открыт на 0%, и помещения с частичной нагрузкой получают смесь холодного воздуха и теплого воздуха с соответствующим открыванием обоих клапанов.
Такая установка для кондиционирования воздуха известна, например, из книги Рекнагеля, Шпренгера, Шрамека «Справочник для техники отопления и кондиционирования воздуха», Мюнхен и др., Oldenburg Industirverlag, 2003, страницы 1093-1096.
Также DE 3509621 С2, DE 3307116 А1, DE 1454635 А, DE 1454615 А, DE 2135934 А и CH 576609 А относятся к указанной в начале двухканальной установке для кондиционирования воздуха.
Вентиляционные установки следуют из DE 1580983 А, а также DE 19847504 С1.
Недостатком указанных вначале двухканальных установок для кондиционирования воздуха является то, что как летом, так и зимой как в канале теплого воздуха, так и в канале холодного воздуха постоянно должен обеспечиваться теплый воздух и холодный воздух. Таким образом, один регистр всегда включен в одном канале. Кроме того, с помощью известных приборов в оба канала подается также всегда почти постоянное количество воздуха. Индивидуальное увеличение количества воздуха для более быстрого охлаждения или нагревания невозможно. Поэтому известные двухканальные установки для кондиционирования воздуха имеют очень высокий расход энергии и очень негибкие. Уменьшение расхода энергии с помощью этих установок до настоящего времени невозможно.
Поэтому в основу изобретения положена задача такого дальнейшего усовершенствования двухканальной установки для кондиционирования воздуха, чтобы увеличить гибкость. Кроме того, должны быть созданы предпосылки для значительного сокращения потребления энергии и, в частности, обеспечиваться возможность согласования существующих двухканальных установок для кондиционирования воздуха с изобретением.
Эта задача решена с помощью отличительных признаков пункта 1 формулы изобретения в соединении с признаками его ограничительной части.
Другие преимущества и признаки изобретения образуют предмет зависимых пунктов формулы изобретения.
В основе изобретения лежит понимание того, что связь клапанных устройств не соответствует потребностям кондиционирования в отдельных подлежащих кондиционированию помещениях и поэтому происходит потеря энергии. За счет устранения связи в клапанном устройстве можно простым образом устранить проблему. За счет этого можно при необходимости направлять максимальное количество подаваемого воздуха из одного подводящего канала, а также максимальное количество воздуха из другого подводящего канала в подлежащее кондиционированию помещение. За счет этого достигается быстрое согласование с желаемыми условиями и высокая гибкость.
Поэтому согласно изобретению клапанные устройства выполнены независимо друг от друга так, что количество воздуха из соответствующих подводящих воздух каналов в отдельные подлежащие кондиционированию помещения можно регулировать независимо друг от друга.
Согласно одному варианту выполнения изобретения клапанное устройство выполнено и управляется так, что обеспечивается возможность соединения лишь одного из подводящих воздух каналов с устройством входа воздуха подлежащего кондиционированию помещения.
Предпочтительно применять в качестве ведущего параметра для управления/регулирования одну из величин давления, температуры, влажности, плотности в каждом подводящем воздух канале независимо от соответствующей величины в другом подводящем воздух канале. За счет этого дополнительно улучшаются гибкость и возможность оптимизации установки.
Согласно другому аспекту изобретения в его основе лежит понимание того, что охлаждающий или нагревательный регистр в соответствующем канале должен включаться лишь по потребности, за счет чего можно значительно уменьшить расход энергии. За счет этого открываются другие многочисленные возможности оптимизации экономии энергии.
Предпочтительно двухканальная установка для кондиционирования воздуха имеет взаимодействующую с регуляторами температуры подлежащих кондиционированию помещений схему, которая соединена с датчиками температуры в подводящих воздух каналах, датчиками температуры в подлежащих кондиционированию помещениях и расположенным, по меньшей мере, в одном подводящем воздух канале охлаждающим или нагревательным регистром, при этом схема выдает сигнал, открывающий охлаждающий или нагревательный регистр, лишь тогда, когда температура, по меньшей мере, в одном подводящем воздух канале не достаточна для охлаждения или нагревания подлежащих кондиционированию помещений в связи с транспортируемым количеством воздуха. За счет этого можно простым образом экономить значительные расходы на энергию, поскольку охлаждающий или нагревательный регистр больше не включен постоянно.
Предпочтительно при этом давление в подводящих воздух каналах регулируется в зависимости от необходимого количества воздуха с помощью образующих клапанное устройство заслонок и/или подающего воздух двигателя.
В частности, каждый подводящий воздух канал может иметь нагревательный и/или охлаждающий регистр или же, в качестве альтернативного решения, один подводящий воздух канал может содержать нагревательный регистр, а второй подводящий воздух канал - охлаждающий регистр.
Согласно другому варианту выполнения изобретения охлаждающий и нагревательный регистры подводящих воздух каналов можно регулировать независимо друг от друга в заданном диапазоне температур.
На основании измененного управления клапанами для обоих подводящих воздух каналов отпадает как прежняя привязка к каналу теплого воздуха и каналу холодного воздуха, так и полностью необходимый до настоящего времени смесительный короб. Кроме того, за счет этого обеспечиваются другие возможности управления количеством воздуха, также относительно потребности в нагревании или охлаждении.
Дополнительные расходы на энергию можно экономить за счет того, что минимальная температура подаваемого воздуха в подводящих воздух каналах по существу соответствует минимальной температуре установки, при которой она не повреждается, например 12°С.
RaumIst
RaumSoll
Предпочтительно изменяется также подаваемое в отдельные подводящие воздух каналы количество воздуха независимо друг от друга. При этом количество подаваемого воздуха можно изменять для подлежащих кондиционированию помещений или пространственных зон в зависимости от разницы между температурой (T) в подлежащем кондиционированию помещении или подлежащей кондиционированию пространственной зоне и предварительно установленной номинальной температурой (T), а также в зависимости от температуры подаваемого воздуха. За счет этого количество воздуха при необходимости повышается так, что обеспечивается быстрое нагревание или охлаждение при оптимальном комфорте.
Предпочтительно, по меньшей мере, в одном подводящем воздух канале предусмотрены устройства увлажнения или осушения подаваемого воздуха, которые включаются по выбору.
Кроме того, по меньшей мере, в одном подводящем воздух канале предусмотрены также другие охлаждающие и/или нагревательные устройства, которые включаются по выбору.
Другая возможность управления обеспечивается с помощью значений плотности в помещении и подводящем воздух канале.
В принципе, перед каждым подводящим воздух каналом может быть предусмотрено устройство для подготовки воздуха, в котором воздух при необходимости нагревается, охлаждается, увлажняется или сушится.
Согласно одному варианту выполнения подводящие воздух каналы выполнены для различного количества подаваемого воздуха. Охлаждающие и/или нагревательные регистры и/или увлажняющие или осушающие устройства могут быть также выполнены в соответствии с максимально возможным количеством подаваемого воздуха в соответствующем подводящем воздух канале.
Другие преимущества, признаки и возможности применения данного изобретения следуют из приведенного ниже описания в соединении с показанным на чертеже примером выполнения.
Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании показанного на чертеже примера выполнения. В описании, формуле изобретения, в реферате и на чертеже применяются приведенные в прилагаемом перечне позиций понятия и соответствующие позиции. На чертеже изображено:
фиг.1 - блок-схема двухканальной установки для кондиционирования воздуха согласно изобретению.
На фиг.1 показана блок-схема двухканальной установки 10 для кондиционирования воздуха согласно изобретению. Двухканальная установка 10 для кондиционирования воздуха имеет центральный подводящий воздух канал 12. В этом центральном подводящем воздух канале 12 установлен подающий воздух двигатель 14, а также включенный после двигателя 14 нагревательный регистр 16. После нагревательного регистра 16 включен датчик 18 температуры.
Центральный подводящий воздух канал 14 разделяется на первый подводящий воздух канал 20 и второй подводящий воздух канал 22. В первом подводящем воздух канале 20 установлена заслонка 24, которая приводится в действие двигателем 26. Аналогичным образом, во втором подводящем воздух канале 22 установлена заслонка 28, которая приводится в действие двигателем 30. С помощью заслонок 24, 28 и подающего воздух двигателя 14 регулируется количество воздуха для первого и второго подводящих воздух каналов 20 и 22.
После заслонки 24 в первом подводящем воздух канале расположен сначала охлаждающий регистр 32, затем нагревательный регистр 34 и, наконец, увлажняющее устройство 36. Наконец, в первом подводящем воздух канале 20 после увлажняющего устройства 36 установлены еще датчик 38 температуры, датчик 40 влажности, а также датчик 42 давления. Первый подводящий воздух канал предназначен для соединения с помещениями 44, 46 и 48.
Для этого предусмотрен ответвительный канал 50, который соединен с входом 52 воздуха в середине каждого помещения 44, 46, 48. Ответвительный канал 50 является частью первого подводящего воздух канала 20. В этом ответвительном канале 50 установлена заслонка 54, которая приводится в действие с помощью двигателя 56.
Аналогично первому подводящему воздух каналу 20 выполнен также второй подводящий воздух канал 22. После заслонки расположены охлаждающий регистр 58, нагревательный регистр 60, а также увлажняющее устройство 62. За увлажняющим устройством 62 расположены датчик 64 температуры, датчик 66 влажности, а также датчик 68 давления.
От второго подводящего воздух канала 22 отходит второй ответвительный канал 70, который соединен с входом 52 воздуха соответствующих помещений 44, 46, 48. Во втором ответвительном канале 70 установлена заслонка 72, которая приводится в действие двигателем 74.
В помещениях 44, 46, 48 предусмотрены датчик 76 температуры, датчик 78 влажности, а также датчик 80 качества воздуха. С помощью отдельных датчиков регулируют воздух в помещении 44, 46, 48. В контуре регулирования задается для соответствующего помещения соответствующее номинальное значение. При этом охлаждающий регистр 32, 58, нагревательный регистр 34, 60 и увлажняющее устройство 36, 62 в соответствующем подводящем воздух канале 20, 22 включаются лишь тогда, когда температура для охлаждения или нагревания подлежащего кондиционированию помещения или степень влажности, по меньшей мере, в одном из подводящих воздух каналов 20, 22 не достаточна. Как правило, вход 52 воздуха в подлежащем кондиционированию помещении 44, 46, 48 соединяется лишь с одним подводящим воздух каналом 20 или 22. Таким образом, в противоположность известному уровню техники воздух больше не смешивается, а подается либо из первого подводящего воздух канала 20, либо второго подводящего воздух канала 22.
С помощью заслонок 54 и 72 устанавливается количество воздуха. Количество подаваемого воздуха для подлежащих кондиционированию помещений 44, 46, 48 изменяется в зависимости от разницы между температурой в подлежащем кондиционированию помещении и предварительно заданной температурой, а также в зависимости от температуры подаваемого воздуха. Для этого предусмотрены соответствующие датчики 18, 38 и 76 температуры.
Давление в подводящих воздух каналах 20, 22 регулируется в зависимости от необходимого количества воздуха в подлежащих кондиционированию помещениях 44, 46, 48 с помощью заслонок 24, 28, 54, 72, а также подающего воздух двигателя 14.
Охлаждающие регистры 32, 58, нагревательные регистры 34, 60, а также увлажняющее устройство 36, 62 включаются лишь тогда, когда в соответствующих подводящих воздух каналах 20, 22 температура, и/или значения давления, и/или значения влажности не соответствуют заданным значениям.
Охлаждающие регистры 32, 58, а также нагревательные регистры 16, 34 и 60 можно регулировать в заданном диапазоне температур.
Заслонки 54 и 72 образуют своего рода клапанное устройство. Оно выполнено так, что в зависимости от требований лишь один из подводящих воздух каналов 20, 22 соединяется с входом 52 воздуха в кондиционируемых помещениях 44, 46, 48. Кроме того, с помощью заслонок 54 и 72 выполняется управление количеством воздуха из соответствующего подводящего воздух канала 20, 22 независимо друг от друга.
Установка для кондиционирования воздуха согласно изобретению может поддерживать в каждом подводящем воздух канале изменяемую температуру, при этом минимальную температуру подаваемого воздуха можно устанавливать на минимальное номинальное значение и/или максимальную температуру подаваемого воздуха можно устанавливать на максимальное номинальное значение.
Первый подводящий воздух канал 20 и второй подводящий воздух канал 22 могут иметь различно большое поперечное сечение для различно больших количеств подаваемого воздуха и охлаждающие и/или нагревательные регистры различной мощности. В последующем принимается, что первый подводящий воздух канал 20 выполнен для меньшего объема подаваемого воздуха. Поперечное сечение первого подводящего воздух канала 20 меньше. Второй подводящий воздух канал 22 выполнен для большего объема подаваемого воздуха. Поперечное сечение второго подводящего воздух канала 22 больше.
Пример 1
При наружной температуре 0°С помещения 44, 46, 48 необходимо нагревать. Если первый подводящий воздух канал 20 достаточен для покрытия потребности помещений 44, 46, 48 в тепле, то второй подводящий воздух канал 22 отключается от помещений 44, 46, 48, т.е. заслонки 72 и 28 закрываются. Заслонки первого подводящего воздух канала 20 открыты. Нагревательный регистр 54 первого подводящего воздух канала 20 может быть также открыт, в то время как нагревательный регистр во втором подводящем воздух канале закрыт.
Пример 2
Наружная температура составляет, например, -10°С. В этом случае нагревательная мощность в первом подводящем воздух канале 20, как указано в примере 1, больше не достаточна для нагревания помещений 44, 46, 48. В этом случае первый подводящий воздух канал 20, который имеет меньшую нагревательную мощность за счет меньшего нагревательного регистра 34 и за счет меньшего максимального объемного потока подаваемого воздуха, может быть закрыт. Второй подводящий воздух канал 22, который имеет по сравнению с первым подводящим воздух каналом 20 более высокую нагревательную мощность, открывается, т.е. открываются заслонки 74. Заслонки 54 и 24 первого подводящего воздух канала 20 закрыты. Нагревательный регистр 60 второго подводящего воздух канала 22 открывается.
Пример 3
Наружная температура составляет, например, -20°С. Все помещения 44, 46, 48 требуют повышенного нагревания. В этом случае возможно, что нагревательная мощность второго подводящего воздух канала 22 с находящимся в нем нагревательным регистром 60 не достаточна для нагревания помещений 44, 46, 48. В этом случае дополнительно открывается первый подводящий воздух канал 20, в котором открываются заслонки 54 и 24, а также нагревательный регистр 34.
При уменьшении нагревательной мощности можно отключать каналы аналогично примерам 1-3. Подключение подводящих воздух каналов 20, 22 в соответствии с примерами 1-3 можно аналогичным образом применять для случаев охлаждения. В этом случае во всех помещениях 44, 46, 48 имеется потребность в охлаждении.
Изобретение отличается от известного до настоящего времени уровня техники тем, что в обоих подводящих воздух каналах 20, 22 можно экстремально изменять температуру, например от 12°С до 45°С. Дополнительно к этому, можно изменять также количество подаваемого воздуха от минимума, а именно минимальной подачи свежего воздуха в соответствующие помещения, до максимума, а именно максимального нагревания, или охлаждения, или увлажнения, или сушки.
Согласно одному варианту выполнения изобретения первый подводящий воздух канал 20 может иметь меньшую поверхность поперечного сечения, чем второй подводящий воздух канал 22. За счет этого можно в обоих подводящих воздух каналах 20, 22 подавать различное количество воздуха в помещения 44, 46, 48. Это особенно важно для различной потребности в нагревании и/или охлаждении.
Если потребность в охлаждении или нагревании в помещениях 44, 46, 48 очень велика, как это указанно выше в примерах 1-3, то подключается подводящий воздух канал 22 с большим поперечным сечением. Если потребность в охлаждении или нагревании меньше, то подключается подводящий воздух канал 20 с меньшей поверхностью поперечного сечения.
Однако возможен также смешанный режим, а именно одно или другое помещение 44, 46, 48 охлаждается или соответственно одно или другое помещение 44, 46, 48 нагревается. В зависимости от того, является ли потребность в охлаждении или потребность в нагревании для помещений 44, 46, 48 больше, включается больший подводящий воздух канал, т.е. второй подающий воздух канал 22 для охлаждения или нагревания, и соответственно включается первый подводящий воздух канал 20 с меньшим объемом подаваемого воздуха для меньшей потребности в охлаждении или нагревании.
Например, зимой второй подводящий воздух канал 22 является каналом теплого воздуха, т.е. через этот канал отапливаются помещения 44, 46, 48. Первый подводящий воздух канал 20 с меньшим объемом подаваемого воздуха включается для охлаждения, т.е. помещения 44, 46, 48 по потребности охлаждаются через этот подводящий воздух канал 20.
Летом, например, второй подводящий воздух канал 22 с большим объемом подаваемого воздуха является охлаждающим каналом, а первый подводящий воздух канал 20 с меньшим объемом подаваемого воздуха является нагревательным каналом. В соответствии с этим помещения 44, 46, 48 охлаждаются или нагреваются через один или другой канал.
Среди прочего, используются температурные данные датчика 38 температуры в первом подводящем воздух канале 20, а также температурные данные датчика 64 температуры во втором подводящем воздух канале 22 для открывания и закрывания соответствующей заслонки 54, 72 в первом или втором подводящем воздух канале 20 или 22. Если с помощью обоих подводящих воздух каналов 20, 22 выполняется охлаждение или нагревание, то соответствующие подводящим воздух каналам 20, 22 заслонки 54, 72 частично открываются или закрываются. Когда оба подводящих воздух канала имеют одинаковую температуру подаваемого воздуха, то положения заслонок 54, 72 для соответствующих помещений 44, 46, 48 одинаковые. То есть при высокой потребности в нагревании или охлаждении обе заслонки открыты на 100%, если потребность в нагревании или охлаждении по существу покрывается, то заслонки открыты, например, лишь на 30%. Степень открывания заслонок может изменяться от помещения к помещению.
Аналогично случаю нагревания или охлаждения помещений 44, 46, 48, можно включать и выключать подводящие воздух каналы также для увлажнения или осушения.
Таким образом согласно изобретению можно регулировать клапанные устройства 54, 72 независимо друг от друга. За счет этого обеспечиваются далеко идущие возможности. Например, можно подавать в подлежащее кондиционированию помещение максимально возможное количество подаваемого воздуха как из одного канала, так и из другого канала с целью, например, обеспечения возможности быстрого нагревания или охлаждения. За счет этого значительно повышается гибкость установки, а также скорость реакции. При этом предпочтительно обеспечивается возможность установки величины давления, температуры, влажности, плотности в каждом подводящем воздух канале независимо от соответствующей величины в другом подводящем воздух канале.
Кроме того, за счет отсутствия связи между клапанными устройствами при необходимости возможно снабжение, по меньшей мере, одного подводящего воздух канала 20, 22 с помощью другой включенной перед ним одноканальной установки для кондиционирования воздуха. С помощью независимо устанавливаемых клапанных устройств 54, 72 можно выравнивать возникающие колебания давления.
Перечень позиций
10 Двухканальная установка для кондиционирования воздуха
12 Центральный подводящий воздух канал
14 Двигатель для подаваемого воздуха
16 Нагревательный регистр
18 Датчик температуры
20 Первый подводящий воздух канал
22 Второй подводящий воздух канал
24 Заслонка в первом подводящем воздух канале
26 Двигатель в первом подводящем воздух канале
28 Заслонка во втором подводящем воздух канале
30 Двигатель во втором подводящем воздух канале
32 Охлаждающий регистр
34 Нагревательный регистр
36 Увлажняющее устройство
38 Датчик температуры
40 Датчик влажности
42 Датчик давления
44 Подлежащее кондиционированию помещение
46 Подлежащее кондиционированию помещение
48 Подлежащее кондиционированию помещение
50 Ответвительный канал перед первым подводящим воздух каналом
52 Вход воздуха в подлежащем кондиционированию помещении, устройство впуска воздуха
54 Заслонка в первом ответвительном канале
56 Двигатель для заслонки в первом ответвительном канале
58 Охлаждающий регистр
60 Нагревательный регистр
62 Увлажняющее устройство
64 Датчик температуры
66 Датчик влажности
68 Датчик давления
70 Второй ответвительный канал
72 Заслонка во втором ответвительном канале
74 Двигатель для заслонки во втором ответвительном канале
76 Датчик температуры
78 Датчик влажности
80 Датчик качества воздуха