WO2003073012A1 - Air conditioning unit - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an air conditioner for air conditioning, in particular of rooms with heat-emitting electrical or electronic devices.
- Air conditioning systems for air conditioning rooms are divided into systems with and without a ventilation function, systems with a ventilation function having facilities for conveying and introducing outside air into the room to be air-conditioned, while systems without a ventilation function as circulating air conditioning systems have no outside air conveyance and introduction and in pure recirculation mode work.
- Both types of ventilation systems include the use of four thermodynamic air treatment functions, namely heating, cooling, humidifying and dehumidifying.
- air filtering with different filter quality classes can be added in one or more stages.
- an air conditioner with independently driven supply air and exhaust air fans for separate supply air and exhaust air flows, a condenser, an evaporator and a heat pipe as well as a flap system with independently controllable flaps is known.
- the flaps are connected and controlled both with an outside air connection and with an exhaust air connection the air flows depending on the outside air temperature and the desired room air temperature and humidity. Mixing the outside air / exhaust air flow ratio on the suction side of the fans ensures that only the respective air components are routed via the exhaust air fan or the supply air fan.
- the suction-side control of the return air or exhaust air portion supplied to the air conditioner improves the overall efficiency of the ventilation unit, so that lower energy and operating costs are the result and a very compact arrangement of the air conditioner is possible.
- Cooling systems are used to cool rooms in which heat-generating electrical or electronic devices are arranged, which differ in a variety of process engineering applications.
- Air conditioning units with a chilled water cooler are known as split systems, to which chilled water is constantly supplied for cooling and dehumidification purposes from an externally installed chiller (chiller).
- This system requires two units, firstly the air treatment unit with the air cooler and secondly the chiller with the chillers and the condensers for removing the heat energy from the cooling process.
- the thermal energy resulting from the cooling process is usually released into the environment without further use by the condenser fans.
- direct evaporation systems work without this implementation.
- the refrigerant is evaporated directly in the pipe system of the evaporator (air cooler), and thus the cooling energy is transferred to the air flows that are moved or conveyed in an air conditioner by fans.
- This system also needs a condenser to dissipate the thermal energy that results from the cooling process.
- These systems are also set up externally and include the condensers in addition to the compressors for cooling.
- Facilities such as switchgear, because of year-round operation, is an energy-optimized, economical mode of operation in compliance with specified climatic conditions and reliable operation are required.
- An energy-optimized, economical mode of operation makes a combination of free cooling with any mixture of outside air and exhaust air and the use of refrigeration equipment necessary whenever the climatic conditions do not allow free cooling, whereby it must be ensured that the appropriate outside air is added to the exhaust air flow at all times the necessary amount of air and temperature is reached, which is necessary to ensure the recooling of the refrigeration equipment.
- the object of the present invention is to provide an air conditioner of the type mentioned, which is characterized by a compact structure, enables year-round, economically optimal operation with minimal energy consumption, and which can be produced at low cost and in a time-saving manner and installed in the room to be air-conditioned is.
- the air conditioner according to the invention enables year-round, economically optimal operation with minimal energy consumption, is characterized by a minimal size or a compact structure, including all units for air flow generation, air flow guidance and air treatment, which are used in air conditioners of a larger design, and is inexpensive. and time expenditure producible, easy to transport and to install in the room to be air-conditioned.
- the compact air conditioner according to the invention not only has the units for
- Air flow generation in particular via a supply air and extract air fan unit, but also via all units required for air treatment, namely components required for cooling, such as a compressor, evaporator and condenser. All Units for air treatment are compactly housed within the device housing, which is arranged in the interior of the room to be air-conditioned, or a combined outside air / exhaust air plenum connected or connectable to the device housing.
- the recooling of the refrigerating device is ensured by the exhaust air flow. Furthermore, for optimal use of free cooling, all or part and in particular, any mixture of outside and exhaust air can be produced, which means that free cooling is used extensively and supplied to the supply air flow, and on the other hand the required air volume and temperature at any time through a suitable addition of outside air to the exhaust air flow is achieved, which is necessary to ensure the recooling of a refrigeration device of the air treatment units.
- the solution according to the invention provides the prerequisite for constructive variants which offer considerable advantages in the running operation of the compact air conditioning unit and in the installation of the air conditioning unit in the room to be air-conditioned.
- the air within the compact air conditioner is assembled and guided in such a way that air mixes the cold and warm currents take place in the upper area of the air conditioner, while there is no risk of condensation on metallic components of the air conditioner in the area flowing down to the supply air opening in the lower area of the air conditioner.
- the exhaust air opening opposite the housing opening leading to the combined exhaust air and outside air plenum and essentially at the same height as the housing opening and by fastening the device housing to the wall of the room to be air-conditioned, which contains the wall opening corresponding to the housing opening in connection with a vertical orientation of the device housing such that the supply air opening in the vicinity of the room floor and the exhaust air opening in the vicinity of the ceiling are directed into the room to be air-conditioned an advantageous arrangement of the supply air flow in the lower area of the room to be air-conditioned and the return or exhaust air and exhaust air flow in the upper area is achieved.
- the supply air exits the supply air opening at a low outlet speed and is directed in such a way that little or no mixing occurs between the supply air and the return air drawn in from the exhaust air opening of the air conditioning unit.
- the combined exhaust air and outside air plenum can preferably be connected to the housing opening of the device housing and contains the exhaust air fan of the units for generating air flow.
- the compact air conditioner according to the invention is particularly suitable for wall mounting and only requires a central housing opening for outside air intake and for exhaust air opening, the assembly and installation of the air conditioner is considerably simplified without special requirements being placed on the qualification of the fitters. In contrast to the installation of divided air conditioning systems, for the assembly and installation of which highly qualified specialist personnel are required, the ability to assemble and install the compact air conditioning unit according to the invention is sufficient and the experience of a normal installer.
- the combined exhaust air and outside air plenum is box-shaped, and the exhaust air plenum is arranged above the outside air plenum, so that an exhaust air opening of the exhaust air plenum emits an essentially horizontally directed exhaust air flow and the outside air plenum has a downward outside air opening.
- the combined outside air and exhaust air plenum can have a floor inclined from the wall opening to the exhaust air opening.
- This oblique arrangement of the floor panel in particular in connection with obliquely arranged silencer backdrops within the exhaust air plenum, ensures that even when raindrops fall, they always go outwards, i.e. run away from the device housing and can never get into the interior of the device housing.
- the exhaust air flow which permanently flows outside via the weather protection slats, also acts as a rain repellent.
- An advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the combined outside air and exhaust air plenum has different, predetermined lengths which are adapted to the normalized wall thicknesses of the wall of the room to be air-conditioned which has the wall opening.
- This standardization of the combined outside air and exhaust air plenum which is preferably connected with a flange connection between the device housing and the combined outside air and exhaust air plenum, ensures, in addition to very simple assembly, inexpensive manufacture and provision of air conditioning units of the type mentioned.
- the compact air conditioner according to the invention is in terms of noise development both in terms of radiation and optimized with regard to the volume at the air intake and air outlet openings.
- the effective special silencers reduce the sound level considerably, particularly in the area of the air intake opening, which is of considerable importance for the use of the air conditioning device according to the invention in mixed and residential areas.
- a further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that a flap system controlling the air flows is arranged between the exhaust air opening, the supply air opening and the housing opening in the upper region of the device housing.
- the air mixture made possible with the flap system is mixed with a mixture of cold and warm currents in the upper area of the air conditioner, so that there is no risk of condensation on metallic components in the outflow area to the supply air opening in the lower area of the device housing the use of free cooling at all times while ensuring the necessary recooling of a refrigeration device or mechanical refrigeration system, which is not possible, for example, with split air conditioning units.
- the flap system preferably consists of four crossing flaps to form an outside air, exhaust air, mixed air and recirculating air flow and is the combined opening at the height of the exhaust air opening and the opening aligned with the housing opening Outdoor air and exhaust air plenums arranged.
- a further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that a supply air filter is arranged between the flap system and the supply air fan, which consists in particular of a pocket filter with large filter areas and high filter quality.
- a further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that the supply air opening is connected to the air outlet cross section of an evaporator of the refrigeration device.
- the arrangement of the evaporator of a refrigeration device directly in front of the supply air opening has a special effect on the air flow, since the evaporator acts as a rectifier, so that a low exit velocity is achieved over the entire outlet cross section.
- This arrangement and the flow behavior are equivalent to a source air outlet, which has a favorable effect on the overall flow behavior within the room to be air-conditioned, also with regard to people who are in the room.
- the effect of the cold-generating device is increased in that the condenser and the evaporator have large condenser and evaporator exchanger areas.
- a heating register is arranged in the flow path of the supply air, preferably in front of the air inlet cross section of the evaporator of the cold-generating device, so that with increased heat demand the supply air can be heated.
- the compact air conditioner is energetically optimized by the regulation and control program adjusting the independently controllable flaps depending on the outside temperature so that the most energetically favorable situation is always selected.
- control and regulating device continuously records the outside temperature and the inside temperature within the room to be air-conditioned and controls the flap system and / or cold-generating device in such a way that both free cooling is used and any mixture of outside air and exhaust air is continuously produced and supplied to the supply air flow can, as well as via the flap system by admixing the outside air to the exhaust air, the amount of air required to ensure the recooling of the refrigerating device is achieved.
- control and regulating device adjusts the flap system so that the required air flows can be set with minimal energy consumption.
- the stepless regulation and independent control of the flaps make it possible to make optimal use of the climatic conditions distributed over the year by extensive use of free cooling and to dispense with mechanical cooling associated with high energy consumption as far as possible.
- the compact design of the air conditioner according to the invention enables the Units for airflow generation, airflow guidance and air treatment within the device housing are completely piped and connected to one another via electrical cable connections or to the control and regulating device that controls the units in such a way that the air conditioning unit is ready for operation after establishing an electrical connection with at least one voltage source.
- the separation of the air conditioner according to the invention into a combined outside air and exhaust air plenum and a device housing to be arranged in the interior of the room to be air-conditioned serves for logistical reasons, but also for simple assembly and transport.
- the combined outside air and exhaust air plenum forms one component with the exhaust air fan, while the other component in the form of the unit housing accommodates all other units and is completely wired and wired ready for operation, with all actuators and sensors as well as power units with the control panel and control - And control device are connected. Both components can be screwed together easily and with simple means and knowledge on site using the flange connection.
- the compact air conditioning unit according to the invention forms a unit with the units for air flow generation, air flow guidance and air treatment, in which all units are connected to one another ready for operation, so that no refrigeration installations are required on site.
- Another special feature of the compact air conditioner according to the invention is that the fans and the control and regulating device are connected to a DC voltage source, preferably to a battery, while the compressor of the refrigerating device is connected to an AC or three-phase network.
- the air conditioner has two inlets, namely one
- This power supply enables permanent redundancy, in which an uninterruptible power supply is ensured by the fans operated with battery power, since a permanent supply from the batteries takes place without interruption in the event of a power failure. If the local power supply fails, for example, by increasing the speed of the fans, the heat generated in the room to be air-conditioned can largely be removed using the free cooling, the control still being active, since the control device is also powered by batteries.
- a special contact within the open-loop and closed-loop control ensures that if the AC or three-phase supply fails, the compressor of the refrigerating device is not operated, since this unit requires a considerable amount of electricity. For this reason, the compressor is connected to the feeding AC or three-phase network and is supplied from this network, but not from the batteries, which only feed the fans and the control and regulating device. This also ensures that in the event of a power failure, the control and regulation device fed from the battery power remains capable of reporting and indicates and reports the power failure fault.
- Figure 1 is a schematic perspective view of a compact air conditioner attached to a wall of a room to be air-conditioned;
- Figure 2 - a section through the room to be air-conditioned with the compact air conditioner protruding through a wall opening;
- Figure 3 an enlarged view of the area of the connection of the device housing with the combined outside air and exhaust air plenum
- Figure 4 - an h, x diagram with the climatic conditions in Central Europe entered therein.
- FIG. 1 shows a perspective view of a compact air conditioner unit 2 inserted into a wall opening 100 of a wall 10 of a room to be air-conditioned and connected to the wall 10, which consists of a device housing 20 arranged inside the room and a device protruding through the wall opening 100 into the outside space combined outdoor air and exhaust air plenum 21.
- a device housing 20 arranged inside the room and a device protruding through the wall opening 100 into the outside space combined outdoor air and exhaust air plenum 21.
- an exhaust air opening 33 and a supply air opening 34 are arranged on the front, that is to say directed into the room to be air-conditioned, the supply air opening 34 being arranged in the area of the device housing 20 near the bottom, while the exhaust air opening 33 is arranged in the upper area of the device housing 20, in particular in a line with the outside air and exhaust air plenum 21 is provided.
- control panel 9 With a control and regulating device connected to it.
- the combined outside air and exhaust air plenum 21 contains an exhaust air opening 31, which is arranged in the axis of the exhaust air opening 33 and the outside air and exhaust air plenum 21, and a downward facing outside air opening 32.
- An exhaust air flow FL is emitted essentially horizontally from the exhaust air opening 31 and is then directed upwards due to its heat content, while an outside air stream AL is sucked in from below via the outside air opening 32 becomes.
- the differently oriented exhaust air and outside air openings 31, 32 prevent a thermal short-circuit, since the warm exhaust air or exhaust air flow FL flows upwards through thermal conditions, while the outside air flow AL is drawn in in the lower region of the combined outside air and exhaust air plenum.
- the downward-facing outside air opening 32 simultaneously serves as effective weather and rain protection and thus prevents moisture from entering the interior of the air conditioning unit 2 with the sucked-in outside air.
- An exhaust air or return air flow RL is sucked in through the exhaust air opening 33 from the room to be air-conditioned and discharged in the outside air supply of the air conditioning unit 2 as an exhaust air flow FL or in recirculation mode of the air conditioning unit 2 as a supply air flow ZL via the air supply opening 34 into the room to be air-conditioned.
- part of the return air flow RL is discharged as exhaust air flow FL and part is added to the outside air flow AL, which enters the room to be air-conditioned as supply air flow ZL.
- a condensate drain 64 is provided, which is connected to a condensate pan provided below an evaporator arranged in the area of the supply air opening 34.
- the compact air conditioner unit 2 shown in FIG. 1 is either in one piece in the form shown in FIG. 1 or in two parts in a preferred embodiment, one part being formed by the unit housing 20 and the other part by the combined outside air and exhaust air plenum 21 ,
- This last-mentioned embodiment proves to be particularly logistical, transport and assembly-friendly, since only a connection between the combined outside air and exhaust air plenum 21 and the device housing 20 to be fastened to the wall 10 of the room to be air-conditioned has to be established.
- the combined outside air and exhaust air plenum 21 contains, in addition to the exhaust air opening 31, the outside air opening 32 and a partition between the outside air duct and the exhaust air duct, an exhaust air fan for generating the exhaust air flow FL and corresponding air baffles, while the device housing 20 includes all other units for air flow generation, air flow guidance and air treatment and the control device regulating the units.
- the section shown in FIG. 2 through a room 1 to be air-conditioned with a side wall 10 for receiving the device housing 20, a housing cover 11 and a housing base 12 contains a schematically illustrated heat-emitting device 15, for example a telecommunications system with electrical and electronic devices arranged on shelves.
- Figure 3 shows an enlarged view of the upper area of the device housing 20 with a housing opening 24 which is aligned with the outside air and exhaust air plenum 21 and is connected to this via a flange or plug connection 25.
- the combined outside air and exhaust air plenum 21 is inserted into the wall opening 100 and the connection to the device housing 20 is established from the inside of the room 1.
- the combined outside air and exhaust air plenum 21 is connected to the device housing 20 and is guided through the wall opening 100 when the device housing 20 is attached to the wall 10.
- the combined outside air and exhaust air plenum 21 is composed of an exhaust air plenum 211 with an exhaust air duct and an outside air plenum 212, which is separated from the exhaust air plenum 211 by a partition 23 which runs obliquely downward from the housing opening 24 , so that any moisture penetrating into the exhaust air plenum 211 is deflected to the outside.
- Weather protection slats 22 are additionally arranged in the area of the exhaust air opening 31, which prevent rain from falling.
- the exhaust air fan 41 arranged in the outside air and exhaust air plenum 21 is located in the area of the wall opening 100 and is directly aligned with one Condenser 61 of a cold-generating device which contains an evaporator 62 arranged directly in front of the supply air opening 34 and a compressor 63 arranged between the condenser 61 and the evaporator 62.
- a flap system 5 In a line with the outside air duct of the combined outside air and exhaust air plenum 21 and the exhaust air opening 33, a flap system 5 is arranged, which consists of four crossing flaps 51, 52, 53, 54, with the help of which any mixture of outside air AL and return air RL can be produced to form the exhaust air flow FL or supply air flow ZL.
- the flap system 5 serves an extensive use of free cooling, that is, the optimal use of climatic conditions for heat dissipation of the heat load given off by the heat-emitting devices 15.
- the control panel 9 with the control and regulating device is arranged in an ergonomically favorable position.
- a supply air fan 42 is provided, which is designed as a backward-curved radial fan.
- the supply air flow ZL generated by the supply air fan 42 is delivered to the room 1 to be air-conditioned near the room floor 12 via a heating register 7, which is provided if necessary, and the evaporator 62 via the supply air opening 34.
- a large-area, slow supply air flow is achieved, so that the cooled supply air ZL is distributed in the area near the ground and upwards in accordance with the flows S1, S2 entered in FIG. 2 by the heat emitted by the electronic device 15 rises and thereby Enriched with heat from the bottom up and emits it to the air conditioning unit 2 in the area of the exhaust air opening 33.
- the flow generated by the air conditioning unit 2 is thus adapted to the natural thermals, i.e. the natural temperature differences and the thermal behavior within the room 1 to be air-conditioned are used for the greatest possible heat absorption and thus the greatest possible heat dissipation performance of the compact air conditioning unit 2.
- FIG. 4 uses an h, x diagram to illustrate the different climatic conditions distributed over the year using the example of Central Europe. If these climatic boundary conditions are used optimally, the result is year-round energy-optimized operation of the air conditioning unit with minimal use of the refrigeration device, which has by far the greatest energy requirement of the air conditioning unit 2 and accordingly adversely affects the overall efficiency of the air conditioning unit.
- the area (1) shown in FIG. 4 lies in a temperature range below 18 ° C. and enables the use of free cooling over a period of 3570 hours per year and thus 40.7% of the year-round operation, the compact air conditioner controlling the flaps of the flap system 5 in this way enough warm return air is mixed in and a constant supply air temperature of 18 ° C is blown into the room to be air-conditioned.
- area (2) free cooling can also be used for another 3495 hours per year and thus for 39.5% of year-round operation, in which warm return air is mixed with the cool outside air until the desired supply air temperature is reached. Both areas (1) and (2) thus cover over 80% of year-round operation. Insofar as there are demands on the air humidity, there is a slight rewetting in area (2).
- the refrigeration facility is used if necessary after-cooled to achieve the desired supply air temperature.
- the areas 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 are particularly energetically loaded with moisture and would cause considerable energy costs if the outside air were used and would require a much larger refrigeration system.
- recirculation mode can be set via the flap system, since the exhaust air temperature is significantly below the outside air temperature and the exhaust air is not loaded with the high humidity of the outside air. If necessary, a minimum fresh air percentage can be set in these areas.
- the exhaust air fan conveys outside air through the flap system and thus secures the recooling of the condenser 61 which is in alignment with it.
- the areas 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 together make up approximately 679 hours of the year and thus 7.35% of the year-round operation.
- the operation of the compact air conditioner does not require mechanical cooling.
- the outside air rate is determined by the outside air temperature up to the limit of the minimum fresh air rate, i.e. the outside air rate becomes constantly smaller as the outside air temperature falls. Accordingly, the recirculation rate increases with falling temperature and is regulated by the supply air temperature control in conjunction with the flap control so that the mixed temperature of outside air and recirculating air is always 18 ° C.
- the exhaust air rate is set by the control and regulating device or via the flap system in such a way that part of the outside air is mixed in and another part that corresponds exactly to the magnitude of the outside air rate is used to avoid overpressure or underpressure in the room to be air-conditioned discharged via the exhaust air fan 41.
- the control of the flaps 51 to 54 of the flap system 5 and the air flows ZL, AL, RL, FL thus takes place automatically via the control and regulating device depending on the climatic conditions outside the room 1 to be air-conditioned.
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Abstract
Description
Klimagerät air conditioning
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf ein Klimagerät zur Klimatisierung insbesondere von Räumen mit wärmeabgebenden elektrischen oder elektronischen Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an air conditioner for air conditioning, in particular of rooms with heat-emitting electrical or electronic devices.
Raumlufttechnische Anlagen zur Klimatisierung von Räumen werden in Anlagen mit und ohne Lüftungsfunktion unterteilt, wobei Anlagen mit Lüftungsfunktion Einrichtungen zur Außenluftförderung und -einbringung in den zu klimatisierenden Raum aufweisen, während Anlagen ohne Lüftungsfunktion als Umluft-Klimaanlagen keine Außenluftförderung und -einbringung aufweisen und im reinen Umluftbetrieb arbeiten. Beide raumlufttechnischen Anlagetypen schließen die Anwendung von vier thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen, nämlich Heizen, Kühlen, Be- und Entfeuchten ein. Zu diesen vier thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen kann noch die Luftfilterung mit unterschiedlichen Filtergüteklassen in ein- oder mehrstufiger Form hinzukommen.Air conditioning systems for air conditioning rooms are divided into systems with and without a ventilation function, systems with a ventilation function having facilities for conveying and introducing outside air into the room to be air-conditioned, while systems without a ventilation function as circulating air conditioning systems have no outside air conveyance and introduction and in pure recirculation mode work. Both types of ventilation systems include the use of four thermodynamic air treatment functions, namely heating, cooling, humidifying and dehumidifying. In addition to these four thermodynamic air treatment functions, air filtering with different filter quality classes can be added in one or more stages.
Aus der EP 0 294 730 B1 ist ein Klimagerät mit unabhängig voneinander antreibbaren Zuluft- und Fortluftventilatoren für getrennte Zuluft- und Fortluftströme, einem Kondensator, einem Verdampfer und einem Wärmerohr sowie einem Klappensystem mit unabhängig voneinander steuerbaren Klappen bekannt. Die Klappen sind sowohl mit einem Außenluftanschluss als auch mit einem Abluftanschluss verbunden und steuern die Luftströme in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur und der gewünschten Raumlufttemperatur und -feuchtigkeit. Durch die Mischung des Außenluft- Abluftstromverhältnisses auf der Saugseite der Ventilatoren wird gewährleistet, dass über den Fortluftventilator bzw. den Zuluftventilator nur die jeweiligen Luftanteile geführt werden. Durch die saugseitige Regelung des dem Klimagerät zugeführten Rückluft- bzw. Abluftanteils wird der Gesamtwirkungsgrad des raumlufttechnischen Gerätes verbessert, so dass geringere Energie- und Betriebskosten die Folge sind und eine sehr kompakte Anordnung des Klimagerätes möglich wird.From EP 0 294 730 B1 an air conditioner with independently driven supply air and exhaust air fans for separate supply air and exhaust air flows, a condenser, an evaporator and a heat pipe as well as a flap system with independently controllable flaps is known. The flaps are connected and controlled both with an outside air connection and with an exhaust air connection the air flows depending on the outside air temperature and the desired room air temperature and humidity. Mixing the outside air / exhaust air flow ratio on the suction side of the fans ensures that only the respective air components are routed via the exhaust air fan or the supply air fan. The suction-side control of the return air or exhaust air portion supplied to the air conditioner improves the overall efficiency of the ventilation unit, so that lower energy and operating costs are the result and a very compact arrangement of the air conditioner is possible.
Zur Raumkühlung von Räumen, in denen wärmeerzeugende elektrische oder elektronische Einrichtungen angeordnet sind, werden Kühlsysteme angewandt, die sich durch vielfältige verfahrenstechnische Anwendungen unterscheiden. So sind als Splitanlagen bezeichnete Klimageräte mit einem Kaltwasserkühler bekannt, dem ständig zu Abkühlungs- und Entfeuchtungszwecken Kaltwasser aus einem extern aufgestellten Kaltwassererzeuger (Kaltwassersatz) zugeführt wird. Bei diesem System sind zwei Aggregate erforderlich, nämlich zum einen das Luftbehandlungsgerät mit dem Luftkühler und zum anderen der Kaltwassererzeuger mit den Kältemaschinen und den Kondensatoren zur Abfuhr der Wärmeenergie aus dem Kühlprozess. Bei diesem Klimagerät wird üblicherweise die aus dem Kühlprozess entstehende Wärmeenergie ohne weitere Nutzung durch die Kondensator-Ventilatoren an die Umgebung abgegeben.Cooling systems are used to cool rooms in which heat-generating electrical or electronic devices are arranged, which differ in a variety of process engineering applications. Air conditioning units with a chilled water cooler are known as split systems, to which chilled water is constantly supplied for cooling and dehumidification purposes from an externally installed chiller (chiller). This system requires two units, firstly the air treatment unit with the air cooler and secondly the chiller with the chillers and the condensers for removing the heat energy from the cooling process. In this air conditioner, the thermal energy resulting from the cooling process is usually released into the environment without further use by the condenser fans.
Im Unterschied zum Klimagerät mit einem Kaltwasserkühler und einem extern aufgestellten Kaltwassererzeuger, dessen Kühlenergie durch Wärmeübertrager von Kältemitteln auf Kaltwasser übertragen wird, arbeiten Direktverdampfungssysteme ohne diese Umsetzung. Bei diesen Direktverdampfungssystemen wird das Kältemittel direkt in dem Rohrsystem des Verdampfers (Luftkühler) verdampft, und damit die Kühlenergie auf die Luftströme übertragen, die in einem Klimagerät durch Ventilatoren bewegt bzw. gefördert werden. Auch dieses System benötigt zur Abfuhr der Wärmeenergie, die aus dem Kühlprozess entsteht, einen Kondensator. Diese Systeme werden ebenfalls extern aufgestellt und beinhalten neben den Kompressoren zur Kälteerzeugung auch die Kondensatoren.In contrast to the air conditioner with a cold water cooler and an externally installed cold water generator, whose cooling energy is transferred from refrigerants to cold water by heat exchangers, direct evaporation systems work without this implementation. In these direct evaporation systems, the refrigerant is evaporated directly in the pipe system of the evaporator (air cooler), and thus the cooling energy is transferred to the air flows that are moved or conveyed in an air conditioner by fans. This system also needs a condenser to dissipate the thermal energy that results from the cooling process. These systems are also set up externally and include the condensers in addition to the compressors for cooling.
Zur Klimatisierung von Räumen mit wärmeabgebenden elektrischen oder elektronischenFor air conditioning rooms with heat-emitting electrical or electronic
Einrichtungen wie beispielsweise Schaltanlagen ist wegen des ganzjährigen Betriebes eine energieoptimierte, wirtschaftliche Betriebsweise unter Einhaltung vorgegebener klimatischer Bedingungen sowie eines zuverlässigen Betriebes erforderlich. Eine energieoptimierte, wirtschaftliche Betriebsweise macht eine Kombination von freier Kühlung mit einer beliebigen Mischung aus Außenluft und Abluft und den Einsatz von kälteerzeugenden Einrichtungen immer dann erforderlich, wenn die klimatischen Bedingungen keine freie Kühlung zulassen, wobei sichergestellt sein muss, dass durch entsprechende Außenluftbeimischung zum Abluftstrom jederzeit die nötige Luftmenge und Temperatur erreicht wird, die zur Sicherstellung der Rückkühlung der kälteerzeugenden Einrichtungen notwendig ist.Facilities such as switchgear, because of year-round operation, is an energy-optimized, economical mode of operation in compliance with specified climatic conditions and reliable operation are required. An energy-optimized, economical mode of operation makes a combination of free cooling with any mixture of outside air and exhaust air and the use of refrigeration equipment necessary whenever the climatic conditions do not allow free cooling, whereby it must be ensured that the appropriate outside air is added to the exhaust air flow at all times the necessary amount of air and temperature is reached, which is necessary to ensure the recooling of the refrigeration equipment.
Zur optimalen Klimatisierung von kleinen Räumen mit wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Einrichtungen treten zu der vorstehend dargelegten Problematik noch Forderungen bezüglich einer geringen Baugröße des Klimagerätes unter Einbeziehung eines ganzjährigen, wirtschaftlich optimalen Betriebes sowie in Bezug auf die Investitionskosten minimale Anschaffungs-, Transport- und Installationskosten hinzu.For the optimal air conditioning of small rooms with heat-emitting electrical and electronic devices, there are also requirements regarding the small size of the air conditioning unit, including year-round, economically optimal operation, as well as minimal acquisition, transport and installation costs in relation to the investment costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimagerät der eingangs genannten Gattung bereitzustellen, das sich durch einen kompakten Aufbau auszeichnet, einen ganzjährig wirtschaftlich optimalen Betrieb mit minimaler Energieaufnahme ermöglicht, und das mit geringem Kosten- und Zeitaufwand herstellbar und in dem zu klimatisierenden Raum zu installieren ist.The object of the present invention is to provide an air conditioner of the type mentioned, which is characterized by a compact structure, enables year-round, economically optimal operation with minimal energy consumption, and which can be produced at low cost and in a time-saving manner and installed in the room to be air-conditioned is.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Klimagerät ermöglicht einen ganzjährig wirtschaftlich optimalen Betrieb mit minimaler Energieaufnahme, zeichnet sich durch eine minimale Baugröße bzw. einen kompakten Aufbau unter Einbeziehung sämtlicher Aggregate zur Luftstromerzeugung, Luftstromfuhrung und Luftbehandlung aus, die in Klimageräten größerer Bauart eingesetzt werden, und ist mit geringem Kosten- und Zeitaufwand herstellbar, einfach zu transportieren und in dem zu klimatisierenden Raum zu installieren.The air conditioner according to the invention enables year-round, economically optimal operation with minimal energy consumption, is characterized by a minimal size or a compact structure, including all units for air flow generation, air flow guidance and air treatment, which are used in air conditioners of a larger design, and is inexpensive. and time expenditure producible, easy to transport and to install in the room to be air-conditioned.
Das kompakte Klimagerät nach der Erfindung verfügt nicht nur über die Aggregate zurThe compact air conditioner according to the invention not only has the units for
Luftstromerzeugung, insbesondere über eine Zuluft- und Abluftventilatoreinheit, sondern auch über alle für die Luftbehandlung erforderlichen Aggregate, nämlich zu Kälteerzeugung benötigte Bauteile wie Kompressor, Verdampfer und Kondensator. Alle Aggregate zur Luftbehandlung sind kompakt innerhalb des Gerätegehäuses, das im Innenraum des zu klimatisierenden Raumes angeordnet wird, bzw. eines mit dem Gerätegehäuses verbundenen oder verbindbaren kombinierten Außenluft/Fortluft- Plenums untergebracht,.Air flow generation, in particular via a supply air and extract air fan unit, but also via all units required for air treatment, namely components required for cooling, such as a compressor, evaporator and condenser. All Units for air treatment are compactly housed within the device housing, which is arranged in the interior of the room to be air-conditioned, or a combined outside air / exhaust air plenum connected or connectable to the device housing.
Trotz der geringen Baugröße des erfindungsgemäßen kompakten Klimagerätes wird die Rückkühlung der kälteerzeugenden Einrichtung durch den Abluftstrom sichergestellt. Weiterhin kann zur optimalen Ausnutzung der freien Kühlung ganz oder teilweise und insbesondere stufenlos jedwede Mischung aus Außen- und Abluft hergestellt werden, womit einerseits die freie Kühlung extensiv genutzt und dem Zuluftstrom zugeführt wird und andererseits durch eine entsprechende Außenluftbeimischung zum Abluftstrom jederzeit die nötige Luftmenge und Temperatur erreicht wird, die zur Sicherstellung der Rückkühlung einer kälteerzeugenden Einrichtung der Luftbehandlungsaggregate notwendig ist.Despite the small size of the compact air conditioning unit according to the invention, the recooling of the refrigerating device is ensured by the exhaust air flow. Furthermore, for optimal use of free cooling, all or part and in particular, any mixture of outside and exhaust air can be produced, which means that free cooling is used extensively and supplied to the supply air flow, and on the other hand the required air volume and temperature at any time through a suitable addition of outside air to the exhaust air flow is achieved, which is necessary to ensure the recooling of a refrigeration device of the air treatment units.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Voraussetzung für konstruktive Varianten, die erhebliche Vorteile im laufenden Betrieb des kompakten Klimagerätes und bei der Installation des Klimagerätes im zu klimatisierenden Raum bieten.The solution according to the invention provides the prerequisite for constructive variants which offer considerable advantages in the running operation of the compact air conditioning unit and in the installation of the air conditioning unit in the room to be air-conditioned.
Durch die Anordnung der Aggregate zur Luftstromerzeugung, Luftstromfuhrung und Luftbehandlung in Luftströmungsrichtung hintereinanderliegend zwischen der zur kombinierten Fortluft- und Außenluft-Plenum führenden Gehäuseöffnung und einer unterhalb der Gehäuseöffnung angeordneten Zuluftöffnung wird die Luft innerhalb des kompakten Klimagerätes so zusammengesetzt und geführt, dass eine Luftvermischung der kalten und warmen Ströme im oberen Bereich des Klimagerätes erfolgt, während im abströmenden Bereich zur Zuluftöffnung im unteren Bereich des Klimagerätes keine Kondensationsgefahr an metallischen Bauteilen des Klimagerätes besteht.By arranging the units for air flow generation, air flow guidance and air treatment in the air flow direction one behind the other between the housing opening leading to the combined exhaust air and outside air plenum and a supply air opening arranged below the housing opening, the air within the compact air conditioner is assembled and guided in such a way that air mixes the cold and warm currents take place in the upper area of the air conditioner, while there is no risk of condensation on metallic components of the air conditioner in the area flowing down to the supply air opening in the lower area of the air conditioner.
Durch die Anordnung der Abluftöffnung gegenüber der zum kombinierten Fortluft- und Außenluft-Plenum führenden Gehäuseöffnung und im Wesentlichen in gleicher Höhe wie die Gehäuseöffnung sowie durch die Befestigung des Gerätegehäuses an der Wand des zu klimatisierenden Raumes, die die mit der Gehäuseöffnung korrespondierende Wandöffnung enthält in Verbindung mit einer vertikalen Ausrichtung des Gerätegehäuses derart, dass die Zuluftöffnung in der Nähe des Raumbodens und die Abluftöffnung in der Nähe der Raumdecke in den zu klimatisierenden Raum gerichtet sind, wird eine vorteilhafte Anordnung der Zuluftströmung im unteren Bereich des zu klimatisierenden Raumes und der Rück- bzw. Abluft- und Fortluftströmung im oberen Bereich erzielt. Dies führt dazu, dass sich die gekühlte Luft im bodennahen Bereich verteilt und infolge der thermischen Wirkung durch die Wärme der wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Einrichtungen innerhalb des zu klimatisierenden Raumes nach oben aufsteigt, wo die Wärme vom Klimagerät aufgenommen und als erwärmte Luft zur Rück- und Fortluft durch die Wirkung der Aggregate zur Luftstromerzeugung strömt.By arranging the exhaust air opening opposite the housing opening leading to the combined exhaust air and outside air plenum and essentially at the same height as the housing opening, and by fastening the device housing to the wall of the room to be air-conditioned, which contains the wall opening corresponding to the housing opening in connection with a vertical orientation of the device housing such that the supply air opening in the vicinity of the room floor and the exhaust air opening in the vicinity of the ceiling are directed into the room to be air-conditioned an advantageous arrangement of the supply air flow in the lower area of the room to be air-conditioned and the return or exhaust air and exhaust air flow in the upper area is achieved. This leads to the fact that the cooled air is distributed in the area near the floor and rises as a result of the thermal effect due to the heat of the heat-emitting electrical and electronic devices within the room to be air-conditioned, where the heat is absorbed by the air conditioning unit and returned as return air Exhaust air flows through the action of the air flow generating units.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Zuluft mit geringer Austrittsgeschwindigkeit aus der Zuluftöffnung austritt und so gerichtet ist, dass keine oder eine nur geringe Vermischung zwischen der Zuluft und der von der Abluftöffnung des Klimagerätes angesaugten Rückluft auftritt. Durch die Einstellung dieser Luftströmung in Verbindung mit den vorstehend genannten Merkmalen des Aufbaus und der Anordnung des kompakten Klimagerätes innerhalb des zu klimatisierenden Raumes werden die natürlichen Temperaturdifferenzen und das thermische Verhalten innerhalb des zu klimatisierenden Raumes genutzt, indem die langsame Zuluftströmung von unten die Wärme der wärmeabgebenden Einrichtungen aufnimmt, sich mit Wärme bei der aufwärts gerichteten Strömung anreichert und die aufgenommene Wärme im oberen Bereich des zu klimatisierenden Raumes abgibt. Durch diese Anpassung der vom erfindungsgemäßen Klimagerät erzeugten Strömungswege an die natürliche Thermik ist eine größtmögliche Wärmeaufnahme und dadurch größtmögliche Entwärmungsleistung gewährleistet.Another feature of the solution according to the invention is that the supply air exits the supply air opening at a low outlet speed and is directed in such a way that little or no mixing occurs between the supply air and the return air drawn in from the exhaust air opening of the air conditioning unit. By setting this air flow in connection with the above-mentioned features of the structure and the arrangement of the compact air conditioner within the room to be air conditioned, the natural temperature differences and the thermal behavior within the room to be air conditioned are used by the slow supply air flow from below the heat of the heat emitting Absorbs facilities, accumulates heat in the upward flow and releases the absorbed heat in the upper area of the room to be air-conditioned. This adaptation of the flow paths generated by the air conditioner according to the invention to the natural thermals ensures the greatest possible heat absorption and thereby the greatest possible cooling performance.
Vorzugsweise ist das kombinierte Fortluft- und Außenluft-Plenum an die Gehäuseöffnung des Gerätegehäuses anschließbar und enthält den Fortluftventilator der Aggregate zur Luftstromerzeugung.The combined exhaust air and outside air plenum can preferably be connected to the housing opening of the device housing and contains the exhaust air fan of the units for generating air flow.
Da das erfindungsgemäße kompakte Klimagerät insbesondere zur Wandmontage geeignet ist und zur Außenluftansaugung und für die Fortluftoffnung nur eine zentrale Gehäuseöffnung benötigt, wird die Montage und Installation des Klimagerätes erheblich vereinfacht, ohne dass an die Qualifikation der Monteure besondere Anforderungen gestellt sind. Im Unterschied zur Installation von geteilten Klimaanlagen, zu deren Montage und Installation hochqualifiziertes Fachpersonal erforderlich ist, genügt zur Montage und Installation des erfindungsgemäßen kompakten Klimagerätes das Können und die Erfahrung eines normalen Installateurs.Since the compact air conditioner according to the invention is particularly suitable for wall mounting and only requires a central housing opening for outside air intake and for exhaust air opening, the assembly and installation of the air conditioner is considerably simplified without special requirements being placed on the qualification of the fitters. In contrast to the installation of divided air conditioning systems, for the assembly and installation of which highly qualified specialist personnel are required, the ability to assemble and install the compact air conditioning unit according to the invention is sufficient and the experience of a normal installer.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das kombinierte Fortluft- und Außenluft- Plenum kastenförmig ausgebildet, und das Fortluft-Plenum oberhalb des Außenluft- Plenums angeordnet, so dass eine Fortluftoffnung des Fortluft-Plenums einen im Wesentlichen horizontal gerichteten Fortluftstrom abgibt und das Außenluft-Plenum eine nach unten gerichtete Außenluftöffnung aufweist.According to a further feature of the invention, the combined exhaust air and outside air plenum is box-shaped, and the exhaust air plenum is arranged above the outside air plenum, so that an exhaust air opening of the exhaust air plenum emits an essentially horizontally directed exhaust air flow and the outside air plenum has a downward outside air opening.
Durch diese Anordnung der luftansaugenden Außenluftöffnung und der Fortluftoffnung wird vermieden, dass ein thermischer Kurzschluss auftritt, d.h. über den Außenluftanschluss Fortluft angesaugt wird. Dabei ist davon auszugehen, dass der warme Abluft- bzw. Fortluftstrom durch thermische Bedingungen nach oben abströmt, wogegen die Außenluft im unteren Bereich des kombinierten Fortluft- und Außenluft- Plenums angesaugt wird.This arrangement of the air-sucking outside air opening and the exhaust air opening prevents a thermal short circuit from occurring, i.e. Exhaust air is sucked in via the outside air connection. It can be assumed that the warm exhaust air or exhaust air flow flows upwards through thermal conditions, whereas the outside air is drawn in in the lower area of the combined exhaust air and outside air plenum.
Durch diese konstruktive Ausgestaltung des kombinierten Fortluft- und Außenluft- Plenums ergibt sich gleichzeitig ein besonderer Wetter- und Regenschutz, da die luftansaugende Außenluftöffnung durch die nach unten gerichtete Ausrichtung besonders vor Regeneinschlag geschützt ist, während nach einem weiterführenden Merkmal durch die Anordnung von Wetterschutzlamellen an der Fortluftoffnung ein Regeneinschlag verhindert wird.This constructive design of the combined exhaust air and outside air plenum also results in special weather and rain protection, since the air-sucking outside air opening is particularly protected from rain by the downward orientation, while according to a further feature by the arrangement of weather protection slats on the Exhaust air opening prevents rain.
Zusätzlich kann das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum einen von der Wandöffnung zur Fortluftoffnung geneigten Boden aufweisen. Durch diese schräge Anordnung des Bodenblechs insbesondere in Verbindung mit schräg angeordneten Schalldämpferkulissen innerhalb des Fortluft-Plenums wird erreicht, dass selbst bei Einschlag von Regentropfen diese stets nach außen, d.h. vom Gerätegehäuse weggerichtet ablaufen und niemals in den Innenbereich des Gerätegehäuses gelangen können. Dabei wirkt der Fortluftstrom, der permanent nach außen über die Wetterschutzlamellen abströmt, zusätzlich regenabweisend.In addition, the combined outside air and exhaust air plenum can have a floor inclined from the wall opening to the exhaust air opening. This oblique arrangement of the floor panel, in particular in connection with obliquely arranged silencer backdrops within the exhaust air plenum, ensures that even when raindrops fall, they always go outwards, i.e. run away from the device housing and can never get into the interior of the device housing. The exhaust air flow, which permanently flows outside via the weather protection slats, also acts as a rain repellent.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum verschiedene, vorgegebene Längen aufweist, die normierten Wandstärken der die Wandöffnung aufweisenden Wand des zu klimatisierenden Raumes angepasst sind. Durch diese Standardisierung des kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenums, die vorzugsweise mit einer Flanschverbindung zwischen dem Gerätegehäuse und dem kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenum verbunden wird, wird neben einer sehr einfachen Montage eine kostengünstige Herstellung sowie Bereitstellung von Klimageräten der genannten Art gewährleistet.An advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the combined outside air and exhaust air plenum has different, predetermined lengths which are adapted to the normalized wall thicknesses of the wall of the room to be air-conditioned which has the wall opening. This standardization of the combined outside air and exhaust air plenum, which is preferably connected with a flange connection between the device housing and the combined outside air and exhaust air plenum, ensures, in addition to very simple assembly, inexpensive manufacture and provision of air conditioning units of the type mentioned.
Durch die Anordnung eines Resonanzblechs im oberen Teil des Gerätegehäuses sowie durch Auskleidung des unteren Teils des Gerätegehäuses mit Absorptionsmaterial ggf. in Verbindung mit hochwirksamen Schalldämpfern im kombinierten Außenluft- und Fortluft- Plenum ist das erfindungsgemäße kompakte Klimagerät im Hinblick auf Geräuschentwicklung sowohl bezüglich der Abstrahlung als auch bezüglich der Lautstärke an den Luftansaug- und Luftauslassöffnungen optimiert. Dabei reduzieren die wirksamen SpezialSchalldämpfer insbesondere im Bereich der Luftansaugöffnung den Schallpegel erheblich, was für den Einsatz des erfindungsgemäßen Klimagerätes in Misch- und Wohngebieten von erheblicher Bedeutung ist.By arranging a soundboard in the upper part of the device housing and by lining the lower part of the device housing with absorption material, possibly in conjunction with highly effective silencers in the combined outside air and exhaust air plenum, the compact air conditioner according to the invention is in terms of noise development both in terms of radiation and optimized with regard to the volume at the air intake and air outlet openings. The effective special silencers reduce the sound level considerably, particularly in the area of the air intake opening, which is of considerable importance for the use of the air conditioning device according to the invention in mixed and residential areas.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein die Luftströme steuerndes Klappensystem zwischen der Abluftöffnung, der Zuluftöffnung und der Gehäuseöffnung im oberen Bereich des Gerätegehäuses angeordnet ist.A further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that a flap system controlling the air flows is arranged between the exhaust air opening, the supply air opening and the housing opening in the upper region of the device housing.
Neben dem vorstehend genannten Vorteil, dass die mit dem Klappensystem ermöglichte Luftmischung mit einer Vermischung kalter und warmer Ströme im oberen Bereich des Klimagerätes erfolgt, so dass in dem abströmenden Bereich zur Zuluftöffnung im unteren Bereich des Gerätegehäuses keine Kondensationsgefahr an metallischen Bauteilen besteht, ermöglicht das Klappensystem jederzeit die Ausnutzung der freien Kühlung bei gleichzeitiger Sicherstellung der erforderlichen Rückkühlung einer kälteerzeugenden Einrichtung bzw. mechanischen Kälteanlage, was beispielsweise mit geteilten Klimageräten nicht möglich ist.In addition to the above-mentioned advantage that the air mixture made possible with the flap system is mixed with a mixture of cold and warm currents in the upper area of the air conditioner, so that there is no risk of condensation on metallic components in the outflow area to the supply air opening in the lower area of the device housing the use of free cooling at all times while ensuring the necessary recooling of a refrigeration device or mechanical refrigeration system, which is not possible, for example, with split air conditioning units.
Vorzugsweise besteht das Klappensystem aus vier sich kreuzenden Klappen zur Bildung eines Außenluft-, Fortluft-, Mischluft- und Umluftstromes und ist in der Höhe der Abluftöffnung und der auf die Gehäuseöffnung ausgerichteten Öffnung des kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenums angeordnet.The flap system preferably consists of four crossing flaps to form an outside air, exhaust air, mixed air and recirculating air flow and is the combined opening at the height of the exhaust air opening and the opening aligned with the housing opening Outdoor air and exhaust air plenums arranged.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Klappensystem und dem Zuluftventilator ein Zuluftfilter angeordnet ist, der insbesondere aus einem Taschenfilter mit großen Filterflächen und hoher Filtergüte besteht.A further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that a supply air filter is arranged between the flap system and the supply air fan, which consists in particular of a pocket filter with large filter areas and high filter quality.
Durch diese Anordnung und Ausgestaltung eines in das kompakte Klimagerät integrierten Filters werden die Druckverluste zur Energieeinsparung erheblich gegenüber herkömmlichen Plattenfiltern reduziert, wobei der Taschenfilter den Vorteil einer kompakten Baugröße bei größtmöglicher Wirkung aufweist.This arrangement and design of a filter integrated in the compact air conditioner considerably reduces the pressure losses for energy saving compared to conventional plate filters, the pocket filter having the advantage of a compact size with the greatest possible effect.
Einer weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftöffnung mit dem Luftaustrittsquerschnitt eines Verdampfers der kälteerzeugenden Einrichtung verbunden ist.A further advantageous embodiment of the solution according to the invention is characterized in that the supply air opening is connected to the air outlet cross section of an evaporator of the refrigeration device.
Die Anordnung des Verdampfers einer kälteerzeugenden Einrichtung unmittelbar vor der Zuluftöffnung bewirkt einen besonderen Effekt auf die Luftströmung, da der Verdampfer als Gleichrichter wirkt, so dass über den gesamten Austrittsquerschnitt eine geringe Austrittsgeschwindigkeit erzielt wird. Diese Anordnung und das Strömungsverhalten kommt einem Quellluftauslass gleich, was dem gesamten Strömungsverhalten innerhalb des zu klimatisierten Raumes, auch in Bezug auf Personen, die sich in dem Raum aufhalten, günstig auswirkt.The arrangement of the evaporator of a refrigeration device directly in front of the supply air opening has a special effect on the air flow, since the evaporator acts as a rectifier, so that a low exit velocity is achieved over the entire outlet cross section. This arrangement and the flow behavior are equivalent to a source air outlet, which has a favorable effect on the overall flow behavior within the room to be air-conditioned, also with regard to people who are in the room.
Die Wirkung der kälteerzeugenden Einrichtung wird dadurch erhöht, dass der Kondensator und der Verdampfer große Kondensator- und Verdampfer-Tauscherflächen ausweisen.The effect of the cold-generating device is increased in that the condenser and the evaporator have large condenser and evaporator exchanger areas.
Für den Fall, dass die in dem zu klimatisierenden Raum angeordneten wärmeabgebenden Einrichtungen nicht genügend Wärme abgeben, ist nach einem weiterführenden Merkmal der Erfindung ein Heizregister im Strömungsweg der Zuluft, vorzugsweise vor dem Lufteintrittsquerschnitt des Verdampfers der kälteerzeugenden Einrichtung, angeordnet, so dass bei erhöhtem Wärmebedarf eine Erwärmung der Zuluft vorgenommen werden kann. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Steuer- und Regeleinrichtung die unabhängig steuerbaren Klappen des Klappensystems in Abhängigkeit von der Außentemperatur so einstellt, dass das Klimagerät in jedem Betriebszustand eine minimale elektrische Leistung aufnimmt.In the event that the heat-emitting devices arranged in the room to be air-conditioned do not give off enough heat, according to a further feature of the invention, a heating register is arranged in the flow path of the supply air, preferably in front of the air inlet cross section of the evaporator of the cold-generating device, so that with increased heat demand the supply air can be heated. An essential feature of the solution according to the invention is that the control and regulating device adjusts the independently controllable flaps of the flap system as a function of the outside temperature in such a way that the air conditioning unit consumes a minimal electrical power in every operating state.
Mit diesem Lösungsmerkmal ist das kompakte Klimagerät energetisch optimiert, indem das Regel- und Steuerungsprogramm die unabhängig steuerbaren Klappen in Abhängigkeit von der Außentemperatur so einstellt, dass immer die energetisch günstigste Situation ausgewählt wird.With this solution feature, the compact air conditioner is energetically optimized by the regulation and control program adjusting the independently controllable flaps depending on the outside temperature so that the most energetically favorable situation is always selected.
Vorzugsweise erfasst die Steuer- und Regeleinrichtung die Außentemperatur und die Innentemperatur innerhalb des zu klimatisierenden Raumes fortlaufend und steuert das Klappensystem und/oder kälteerzeugende Einrichtung so an, dass sowohl die freie Kühlung genutzt und stufenlos jedwede Mischung aus Außenluft und Abluft hergestellt und dem Zuluftstrom zugeführt werden kann, als auch über das Klappensystem durch Beimischung der Außenluft zur Abluft die zur Sicherung der Rückkühlung der kälteerzeugenden Einrichtung erforderliche Luftmenge erreicht wird.Preferably, the control and regulating device continuously records the outside temperature and the inside temperature within the room to be air-conditioned and controls the flap system and / or cold-generating device in such a way that both free cooling is used and any mixture of outside air and exhaust air is continuously produced and supplied to the supply air flow can, as well as via the flap system by admixing the outside air to the exhaust air, the amount of air required to ensure the recooling of the refrigerating device is achieved.
Durch die fortlaufende Überwachung der Außen- und Innentemperaturen und der daraus abgeleiteten Entscheidung, wie hoch die klimatischen Parameter im Innen- und Außenbereich mit Energie, das heißt mit Temperatur und Luftfeuchtigkeit, beladen sind, stellt die Steuer- und Regeleinrichtung das Klappensystem so ein, dass die erforderlichen Luftströme mit minimalem Energieaufwand eingestellt werden.Through continuous monitoring of the outside and inside temperatures and the resulting decision as to how high the climatic parameters inside and outside are loaded with energy, i.e. with temperature and air humidity, the control and regulating device adjusts the flap system so that the required air flows can be set with minimal energy consumption.
Durch die stufenlose Regelung und die unabhängige Steuerung der Klappen des Klappensystems und die damit erzeugten Luftströmungen zwischen Außen-, Zu-, Rück- und Fortluft wird in Abhängigkeit von den äußeren klimatischen Bedingungen und in Abhängigkeit von den im zu klimatisierenden Raum anfallenden Kühllasten eine optimale, energiesparende Klimatisierung bewirkt. Die stufenlose Regelung und unabhängige Steuerung der Klappen ermöglicht es, die über das Jahr verteilten klimatischen Gegebenheiten optimal durch eine extensive Nutzung der freien Kühlung auszunutzen und durch den weitestgehenden Verzicht auf eine mit einem hohen Energieverbrauch verbundene mechanische Kühlung zu verzichten.Thanks to the infinitely variable control and the independent control of the flaps of the flap system and the air flows generated between the outside, supply, return and exhaust air, depending on the external climatic conditions and the cooling loads occurring in the room to be air-conditioned, an optimal, energy-saving air conditioning. The stepless regulation and independent control of the flaps make it possible to make optimal use of the climatic conditions distributed over the year by extensive use of free cooling and to dispense with mechanical cooling associated with high energy consumption as far as possible.
Die kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Klimagerätes ermöglicht es, dass die Aggregate zur Luftstromerzeugung, Luftstromfuhrung und Luftbehandlung innerhalb des Gerätegehäuses vollständig verrohrt und über elektrische Kabelverbindungen miteinander bzw. mit der die Aggregate ansteuernden Steuer- und Regeleinrichtung derart verbunden werden, dass das Klimagerät nach Herstellung eines elektrischen Anschlusses mit mindestens einer Spannungsquelle betriebsbereit ist.The compact design of the air conditioner according to the invention enables the Units for airflow generation, airflow guidance and air treatment within the device housing are completely piped and connected to one another via electrical cable connections or to the control and regulating device that controls the units in such a way that the air conditioning unit is ready for operation after establishing an electrical connection with at least one voltage source.
Die Auftrennung des erfindungsgemäßen Klimagerätes in ein kombiniertes Außenluft- und Fortluft-Plenum und ein im Innenraum des zu klimatisierenden Raumes anzuordnendes Gerätegehäuse dient logistischen Gründen, aber auch einer einfachen Montage sowie einem einfachen Transport. Dabei bildet das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum mit dem Fortluftventilator ein Bauteil, während das andere Bauteil in Form des Gerätegehäuses alle übrigen Aggregate aufnimmt und komplett betriebsfertig intern verdrahtet und verkabelt ist, wobei alle Aktoren und Sensoren sowie Leistungsaggregate mit der Schalttafel und der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden sind. Beide Bauteile können problemlos und mit einfachen Mitteln und Kenntnissen vor Ort über die Flanschverbindung zusammengeschraubt werden. Nach der Montage und den Anschluss des Klimagerätes an eine speisende Spannungsquelle kann das Klimagerät unmittelbar in Betrieb genommen werden, da seine sämtlichen Funktionen herstellerseitig geprüft und eine einwandfreie Funktion sichergestellt werden kann.The separation of the air conditioner according to the invention into a combined outside air and exhaust air plenum and a device housing to be arranged in the interior of the room to be air-conditioned serves for logistical reasons, but also for simple assembly and transport. The combined outside air and exhaust air plenum forms one component with the exhaust air fan, while the other component in the form of the unit housing accommodates all other units and is completely wired and wired ready for operation, with all actuators and sensors as well as power units with the control panel and control - And control device are connected. Both components can be screwed together easily and with simple means and knowledge on site using the flange connection. After the air conditioning unit has been installed and connected to a supply voltage source, the air conditioning unit can be put into operation immediately, since all of its functions can be checked by the manufacturer and correct functioning can be ensured.
Abweichend von den sonst üblichen geteilten Klimaanlagen bildet das kompakte erfindungsgemäße Klimagerät eine Einheit mit den Aggregaten zur Luftstromerzeugung, Luftstromfuhrung und Luftbehandlung, bei der sämtliche Aggregate betriebsfertig miteinander verbunden sind, so dass kältetechnische Montagen vor Ort nicht erforderlich sind.Deviating from the otherwise common divided air conditioning systems, the compact air conditioning unit according to the invention forms a unit with the units for air flow generation, air flow guidance and air treatment, in which all units are connected to one another ready for operation, so that no refrigeration installations are required on site.
Eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen kompakten Klimagerätes besteht darin, dass die Ventilatoren und die Steuer- und Regeleinrichtung mit einer Gleichspannungsquelle, vorzugsweise mit einer Batterie verbunden sind, während der Kompressor der kälteerzeugenden Einrichtung an ein Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossen ist.Another special feature of the compact air conditioner according to the invention is that the fans and the control and regulating device are connected to a DC voltage source, preferably to a battery, while the compressor of the refrigerating device is connected to an AC or three-phase network.
Damit verfügt das Klimagerät über zwei Einspeisungen, nämlich einmal über eineThis means that the air conditioner has two inlets, namely one
Einspeisung aus einem vorhandenen Wechsel- oder Drehstromnetz für den Kompressor und eine zweite Einspeisung insbesondere aus Batterien für alle übrigen Aggregate des Klimagerätes mit Ausnahme des Kompressors.Feed from an existing AC or three-phase network for the compressor and a second feed especially from batteries for all other units of the Air conditioner with the exception of the compressor.
Diese Spannungsversorgung ermöglicht eine permanente Redundanz, bei der durch die mit Batteriestrom betriebenen Ventilatoren eine unterbrechungsfreie Stormversorgung sichergestellt ist, da bei einem Netzausfall ohne Unterbrechung eine permanente Versorgung aus den Batterien erfolgt. Bei Ausfall der örtlichen Stromversorgung kann damit beispielsweise durch eine Erhöhung der Drehzahl der Ventilatoren weitestgehend die im zu klimatisierenden Raum anfallende Wärme unter Ausnutzung der freien Kühlung abtransportiert werden, wobei die Regelung weiterhin aktiv ist, da die Steuer- und Regeleinrichtung ebenfalls aus Batterien gespeist wird.This power supply enables permanent redundancy, in which an uninterruptible power supply is ensured by the fans operated with battery power, since a permanent supply from the batteries takes place without interruption in the event of a power failure. If the local power supply fails, for example, by increasing the speed of the fans, the heat generated in the room to be air-conditioned can largely be removed using the free cooling, the control still being active, since the control device is also powered by batteries.
Durch einen besonderen Kontakt innerhalb der Steuerung und Regelung ist sichergestellt, dass bei Ausfall des speisenden Wechsel- oder Drehstromnetzes der Kompressor der kälteerzeugenden Einrichtung nicht betrieben wird, da dieses Aggregat eine erhebliche Stromleistung benötigt. Aus diesem Grunde ist der Kompressor an das speisende Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossen und wird aus diesem Netz versorgt, nicht aber aus den Batterien, die lediglich die Ventilatoren und die Steuerungsund Regelungseinrichtung speisen. Damit ist auch sichergestellt, dass bei einem Netzausfall die aus den Batteriestrom gespeiste Steuer- und Regelungseinrichtung meldefähig bleibt und die Netzausfallstörung anzeigt und meldet.A special contact within the open-loop and closed-loop control ensures that if the AC or three-phase supply fails, the compressor of the refrigerating device is not operated, since this unit requires a considerable amount of electricity. For this reason, the compressor is connected to the feeding AC or three-phase network and is supplied from this network, but not from the batteries, which only feed the fans and the control and regulating device. This also ensures that in the event of a power failure, the control and regulation device fed from the battery power remains capable of reporting and indicates and reports the power failure fault.
Durch die Einbindung einer Redundanzsteuerung in die Steuerungs- und Regelungseinrichtung sowie durch die Verbindung mehrerer kompakter Klimageräte der vorstehend genannten Art zu einer Redundanzanlage oder Kaskade werden Stufenschaltungen ermöglicht, bei denen die Klimageräte mit einer Redundanzschaltung ausgestattet werden können, die nach dem Prinzip von N+1 wirkt, das heißt neben den für die Klimatisierung des zu klimatisierenden Raumes benötigten Klimageräten ein Redundanzgerät zur Verfügung stellt.The integration of a redundancy control in the open-loop and closed-loop control device and the connection of several compact air conditioning units of the type mentioned above to a redundancy system or cascade make it possible to use tap changers in which the air conditioning units can be equipped with a redundancy circuit that works on the principle of N + 1 acts, that is, in addition to the air conditioners required for air conditioning the room to be air conditioned, a redundancy device is provided.
Darüber hinaus sind bei eine Anordnung mehrerer Klimageräte Kaskadenschaltungen in Abhängigkeit vom jeweiligen Leistungsbedarf möglich, so dass mehrere Klimageräte bedarfsgerecht innerhalb eines zu klimatisierenden Raumes angeordnet werden können und damit eine gute Verteilung und Durchströmung des gesamtes Raumes erzielen.In addition, with an arrangement of several air conditioning units, cascade connections are possible depending on the respective power requirement, so that several air conditioning units can be arranged as required within a room to be air-conditioned and thus achieve a good distribution and flow through the entire room.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:Based on an embodiment shown in the drawing, the The idea underlying the invention will be explained in more detail. Show it:
Figur 1 - eine schematisch-perspektivische Darstellung eines an einer Wand eines zu klimatisierenden Raumes befestigten kompakten Klimagerätes;Figure 1 is a schematic perspective view of a compact air conditioner attached to a wall of a room to be air-conditioned;
Figur 2 - einen Schnitt durch den zu klimatisierenden Raum mit dem durch eine Wandöffnung ragenden kompakten Klimagerät;Figure 2 - a section through the room to be air-conditioned with the compact air conditioner protruding through a wall opening;
Figur 3 - eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Verbindung des Gerätegehäuses mit dem kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenum undFigure 3 - an enlarged view of the area of the connection of the device housing with the combined outside air and exhaust air plenum and
Figur 4 - ein h, x-Diagramm mit darin eingetragenen klimatischen Bedingungen in Mitteleuropa.Figure 4 - an h, x diagram with the climatic conditions in Central Europe entered therein.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein in eine Wandöffnung 100 einer Wand 10 eines zu klimatisierenden Raumes eingesetztes und mit der Wand 10 verbundenes kompaktes Klimagerät 2, das sich aus einem im Inneren des Raumes angeordneten Gerätegehäuse 20 und einem durch die Wandöffnung 100 in den Außenraum ragendes kombiniertes Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 zusammensetzt. In dem Gerätegehäuse 20 sind frontseitig, das heißt in den zu klimatisierenden Raum gerichtet eine Abluftöffnung 33 sowie eine Zuluftöffnung 34 angeordnet, wobei die Zuluftöffnung 34 im bodennahen Bereich des Gerätegehäuses 20 angeordnet ist, während die Abluftöffnung 33 im oberen Bereich des Gerätegehäuses 20, insbesondere in einer Linie mit dem Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 vorgesehen ist.FIG. 1 shows a perspective view of a compact air conditioner unit 2 inserted into a wall opening 100 of a wall 10 of a room to be air-conditioned and connected to the wall 10, which consists of a device housing 20 arranged inside the room and a device protruding through the wall opening 100 into the outside space combined outdoor air and exhaust air plenum 21. In the device housing 20, an exhaust air opening 33 and a supply air opening 34 are arranged on the front, that is to say directed into the room to be air-conditioned, the supply air opening 34 being arranged in the area of the device housing 20 near the bottom, while the exhaust air opening 33 is arranged in the upper area of the device housing 20, in particular in a line with the outside air and exhaust air plenum 21 is provided.
Zwischen der Abluftöffnung 33 und der Zuluftöffnung 34 ist eine Schalttafel 9 mit einer daran anschließenden Steuer- und Regeleinrichtung angeordnet.Between the exhaust air opening 33 and the supply air opening 34 there is a control panel 9 with a control and regulating device connected to it.
Das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 enthält eine Fortluftoffnung 31 , die in der Achse der Abluftöffnung 33 und des Außenluft- und Fortluft-Plenums 21 angeordnet ist, sowie eine nach unten gerichtete Außenluftöffnung 32.The combined outside air and exhaust air plenum 21 contains an exhaust air opening 31, which is arranged in the axis of the exhaust air opening 33 and the outside air and exhaust air plenum 21, and a downward facing outside air opening 32.
Von der Fortluftoffnung 31 wird ein Fortluftstrom FL im wesentlichen waagerecht gerichtet abgegeben, der aufgrund seines Wärmeinhalts anschließend aufwärts gerichtet ist, während über die Außenluftöffnung 32 ein Außenluftstrom AL von unten angesaugt wird. Die unterschiedlich ausgerichteten Fortluft- und Außenluftöffnungen 31 , 32 verhindern einen thermischen Kurzschluß, da der warme Ab- bzw. Fortluftstrom FL durch thermische Bedingungen nach oben abströmt, während der Außenluftstrom AL im unteren Bereich des kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenums angesogen wird. Dabei dient die nach unten gerichtete Außenluftöffnung 32 gleichzeitig einem wirksamen Wetter- und Regenschutz und verhindert somit, dass mit der angesaugten Außenluft Feuchtigkeit in das Innere des Klimagerätes 2 eindringt.An exhaust air flow FL is emitted essentially horizontally from the exhaust air opening 31 and is then directed upwards due to its heat content, while an outside air stream AL is sucked in from below via the outside air opening 32 becomes. The differently oriented exhaust air and outside air openings 31, 32 prevent a thermal short-circuit, since the warm exhaust air or exhaust air flow FL flows upwards through thermal conditions, while the outside air flow AL is drawn in in the lower region of the combined outside air and exhaust air plenum. The downward-facing outside air opening 32 simultaneously serves as effective weather and rain protection and thus prevents moisture from entering the interior of the air conditioning unit 2 with the sucked-in outside air.
Ein Abluft- bzw. Rückluftstrom RL wird über die Abluftöffnung 33 aus dem zu klimatisierenden Raum angesaugt und im Außenluftbetheb des Klimageräts 2 als Fortluftstrom FL oder im Umluftbetrieb des Klimageräts 2 als Zuluftstrom ZL über die Zuluftöffnung 34 in den zu klimatisierenden Raum abgegeben. Im Mischbetrieb wird ein Teil des Abluf Rückluftstromes RL als Fortluftstrom FL abgegeben und ein Teil dem Außenluftstrom AL beigemischt, der als Zuluftstrom ZL in den zu klimatisierenden Raum eintritt.An exhaust air or return air flow RL is sucked in through the exhaust air opening 33 from the room to be air-conditioned and discharged in the outside air supply of the air conditioning unit 2 as an exhaust air flow FL or in recirculation mode of the air conditioning unit 2 as a supply air flow ZL via the air supply opening 34 into the room to be air-conditioned. In mixed operation, part of the return air flow RL is discharged as exhaust air flow FL and part is added to the outside air flow AL, which enters the room to be air-conditioned as supply air flow ZL.
Am unteren Ende des Gerätegehäuses 20 ist ein Kondensatablauf 64 vorgesehen, der mit einer unterhalb eines im Bereich der Zuluftöffnung 34 angeordneten Verdampfers vorgesehenen Kondensatwanne verbunden ist.At the lower end of the device housing 20, a condensate drain 64 is provided, which is connected to a condensate pan provided below an evaporator arranged in the area of the supply air opening 34.
Das in Figur 1 dargestellte kompakte Klimagerät 2 ist entweder in der in Figur 1 dargestellten Form einstückig oder in einer bevorzugten Ausführungsform zweiteilig ausgebildet, wobei das eine Teil durch das Gerätegehäuse 20 und das andere Teil durch das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 gebildet wird. Diese letztgenannte Ausführungsform erweist sich als besonders logistik-, transport- und montagefreundlich, da vor Ort lediglich eine Verbindung zwischen dem kombinierten Außenluft- und Fortluft- Plenum 21 und dem an der Wand 10 des zu klimatisierenden Raumes zu befestigenden Gerätegehäuses 20 hergestellt werden muß. Dabei enthält - wie in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 näher erläutert wird - das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 neben der Fortluftoffnung 31 , der Außenluftöffnung 32 und einer Trennwand zwischen dem Außenluftkanal und dem Fortluftkanal einen Fortluftventilator zur Erzeugung des Fortluftstromes FL sowie entsprechende Luftleitbleche, während das Gerätegehäuse 20 alle anderen Aggregate zur Luftstromerzeugung, Luftstromfuhrung und Luftbehandlung und die die Aggregate ansteuernde Steuer- und Regeleinrichtung einschließt. Der in Figur 2 dargestellte Schnitt durch einen zu klimatisierenden Raum 1 mit einer Seitenwand 10 zur Aufnahme des Gerätegehäuses 20, einer Gehäusedecke 11 sowie einem Gehäuseboden 12 enthält eine schematisch dargestellte wärmeabgebende Einrichtung 15, beispielsweise eine Telekommunikationsanlage mit in Regalen angeordneten elektrischen und elektronischen Geräten.The compact air conditioner unit 2 shown in FIG. 1 is either in one piece in the form shown in FIG. 1 or in two parts in a preferred embodiment, one part being formed by the unit housing 20 and the other part by the combined outside air and exhaust air plenum 21 , This last-mentioned embodiment proves to be particularly logistical, transport and assembly-friendly, since only a connection between the combined outside air and exhaust air plenum 21 and the device housing 20 to be fastened to the wall 10 of the room to be air-conditioned has to be established. As explained in more detail in connection with FIGS. 2 and 3, the combined outside air and exhaust air plenum 21 contains, in addition to the exhaust air opening 31, the outside air opening 32 and a partition between the outside air duct and the exhaust air duct, an exhaust air fan for generating the exhaust air flow FL and corresponding air baffles, while the device housing 20 includes all other units for air flow generation, air flow guidance and air treatment and the control device regulating the units. The section shown in FIG. 2 through a room 1 to be air-conditioned with a side wall 10 for receiving the device housing 20, a housing cover 11 and a housing base 12 contains a schematically illustrated heat-emitting device 15, for example a telecommunications system with electrical and electronic devices arranged on shelves.
Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung den oberen Bereich des Gerätegehäuses 20 mit einer Gehäuseöffnung 24, die mit dem Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 fluchtet und mit diesem über eine Flansch- oder Steckverbindung 25 verbunden ist. Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 und dem Gerätegehäuse 20 wird das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 in die Wandöffnung 100 eingefügt und von der Innenseite des Raumes 1 die Verbindung mit dem Gerätegehäuse 20 hergestellt.Figure 3 shows an enlarged view of the upper area of the device housing 20 with a housing opening 24 which is aligned with the outside air and exhaust air plenum 21 and is connected to this via a flange or plug connection 25. To establish the connection between the combined outside air and exhaust air plenum 21 and the device housing 20, the combined outside air and exhaust air plenum 21 is inserted into the wall opening 100 and the connection to the device housing 20 is established from the inside of the room 1.
Zur Anpassung des Klimagerätes an unterschiedliche Wanddichten 10 können in dieser Ausführungsform verschiedene Längen des kombinierten Außenluft- und Fortluft- Plenum 21 vorgehalten oder Verlängerungsrahmen vorgesehen werden, die mit dem kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 verbunden werden, bevor die Verbindung mit dem Gerätegehäuse 20 hergestellt wird.To adapt the air conditioning unit to different wall densities 10, different lengths of the combined outside air and exhaust air plenum 21 can be provided in this embodiment or extension frames can be provided, which are connected to the combined outside air and exhaust air plenum 21 before the connection to the unit housing 20 will be produced.
In einer einstückigen Ausführung des Klimagerätes 2 ist das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 mit dem Gerätegehäuse 20 verbunden und wird beim Anbringen des Gerätegehäuses 20 an die Wand 10 durch die Wandöffnung 100 hindurchgeführt.In a one-piece design of the air conditioning device 2, the combined outside air and exhaust air plenum 21 is connected to the device housing 20 and is guided through the wall opening 100 when the device housing 20 is attached to the wall 10.
Das kombinierte Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 setzt sich aus einem Fortluft-Plenum 211 mit einem Fortluftkanal und einem Außenluft-Plenum 212 zusammen, das vom Fortluft-Plenum 211 durch eine Trennwand 23 getrennt ist, die von der Gehäuseöffnung 24 schräg nach unten verläuft, so dass gegebenenfalls in das Fortluft-Plenum 211 eindringende Feuchtigkeit nach außen abgelenkt wird. Im Bereich der Fortluftoffnung 31 sind zusätzlich Wetterschutzlamellen 22 angeordnet, die einen Regeneinschlag verhindern.The combined outside air and exhaust air plenum 21 is composed of an exhaust air plenum 211 with an exhaust air duct and an outside air plenum 212, which is separated from the exhaust air plenum 211 by a partition 23 which runs obliquely downward from the housing opening 24 , so that any moisture penetrating into the exhaust air plenum 211 is deflected to the outside. Weather protection slats 22 are additionally arranged in the area of the exhaust air opening 31, which prevent rain from falling.
Im montierten Zustand des kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenums 21 mit demIn the assembled state of the combined outside air and exhaust air plenum 21 with the
Gerätegehäuses 20 befindet sich der im Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 angeordnete Fortluftventilator 41 im Bereich der Wandöffnung 100 und fluchtet unmittelbar mit einem Kondensator 61 einer kälteerzeugenden Einrichtung, die einen unmittelbar vor Zuluftöffnung 34 angeordneten Verdampfer 62 sowie einen zwischen dem Kondensator 61 und dem Verdampfer 62 angeordneten Kompressor 63 enthält.Device housing 20, the exhaust air fan 41 arranged in the outside air and exhaust air plenum 21 is located in the area of the wall opening 100 and is directly aligned with one Condenser 61 of a cold-generating device which contains an evaporator 62 arranged directly in front of the supply air opening 34 and a compressor 63 arranged between the condenser 61 and the evaporator 62.
In einer Linie mit dem Außenluftkanal des kombinierten Außenluft- und Fortluft-Plenum 21 und der Abluftöffnung 33 ist ein Klappensystem 5 angeordnet, das aus vier sich kreuzenden Klappen 51 , 52, 53, 54 besteht, mit deren Hilfe jedwede Mischung aus Außenluft AL und Rückluft RL zur Bildung des Fortluftstromes FL bzw. Zuluftstromes ZL hergestellt werden kann. Das Klappensystem 5 dient einer extensiven Nutzung der freien Kühlung, das heißt der optimalen Ausnutzung klimatischer Bedingungen zur Wärmeabfuhr der von den wärmeabgebenden Einrichtungen 15 abgegebenen Wärmelast.In a line with the outside air duct of the combined outside air and exhaust air plenum 21 and the exhaust air opening 33, a flap system 5 is arranged, which consists of four crossing flaps 51, 52, 53, 54, with the help of which any mixture of outside air AL and return air RL can be produced to form the exhaust air flow FL or supply air flow ZL. The flap system 5 serves an extensive use of free cooling, that is, the optimal use of climatic conditions for heat dissipation of the heat load given off by the heat-emitting devices 15.
In der in Figur 3 dargestellten Klappenstellung sind die Klappen 51 und 53 geöffnet, während die Klappen 52 und 54 geschlossen sind. Diese Klappenstellung entspricht einem Umluftbetrieb, bei dem die Außenluft zur Kühlung des Kondensators 41 zur Fortluft geführt und die Abluft über den Verdampfer 63 der kälteerzeugenden Einrichtung zur Zuluft geleitet wird.In the flap position shown in Figure 3, the flaps 51 and 53 are open, while the flaps 52 and 54 are closed. This flap position corresponds to a recirculation mode, in which the outside air for cooling the condenser 41 is led to the exhaust air and the exhaust air is conducted to the supply air via the evaporator 63 of the refrigerating device.
Im Strömungsweg unterhalb des Klappensystems 5 ist ein Taschenfilter 8 mit großer Filterfläche, langer Standzeit und großem Staubspeichervermögen angeordnet, der auf geringem Raum optimal wirksam ist.In the flow path below the flap system 5 there is a pocket filter 8 with a large filter area, a long service life and a large dust storage capacity, which is optimally effective in a small space.
Zwischen dem Taschenfilter 8 und dem Kompressor 63 ist die Schalttafel 9 mit der Steuer- und Regeleinrichtung in ergonomisch günstiger Position angeordnet.Between the pocket filter 8 and the compressor 63, the control panel 9 with the control and regulating device is arranged in an ergonomically favorable position.
In einer Höhe mit dem Kompressor 63 ist ein Zuluftventilator 42 vorgesehen, der als rückwärts gekrümmter Radialventilator ausgebildet ist. Der von dem Zuluftventilator 42 erzeugte Zuluftstrom ZL wird über ein bei Bedarf vorgesehenes Heizregister 7 und den Verdampfer 62 über die Zuluftöffnung 34 an den zu klimatisierenden Raum 1 in der Nähe des Raumbodens 12 abgegeben. Durch die unmittelbare Verbindung der Verdampferfläche mit der Zuluftöffnung 34 wird eine großflächige, langsame Zuluftströmung erzielt, so dass die gekühlte Zuluft ZL im bodennahen Bereich verteilt und entsprechend den in Figur 2 eingetragenen Strömungen S1 , S2 durch die von der elektronischen Einrichtung 15 abgegebene Wärme nach oben aufsteigt und dabei sich von unten nach oben mit Wärme anreichert und diese oben im Bereich der Abluftöffnung 33 an das Klimagerät 2 abgibt.At the same height as the compressor 63, a supply air fan 42 is provided, which is designed as a backward-curved radial fan. The supply air flow ZL generated by the supply air fan 42 is delivered to the room 1 to be air-conditioned near the room floor 12 via a heating register 7, which is provided if necessary, and the evaporator 62 via the supply air opening 34. Through the direct connection of the evaporator surface to the supply air opening 34, a large-area, slow supply air flow is achieved, so that the cooled supply air ZL is distributed in the area near the ground and upwards in accordance with the flows S1, S2 entered in FIG. 2 by the heat emitted by the electronic device 15 rises and thereby Enriched with heat from the bottom up and emits it to the air conditioning unit 2 in the area of the exhaust air opening 33.
Damit wird die vom Klimagerät 2 erzeugte Strömung an die natürliche Thermik angepasst, das heißt die natürlichen Temperaturdifferenzen und das thermische Verhalten innerhalb des zu klimatisierenden Raumes 1 werden für eine größtmögliche Wärmeaufnahme und damit größtmögliche Entwärmungsleistung des kompakten Klimageräts 2 ausgenutzt.The flow generated by the air conditioning unit 2 is thus adapted to the natural thermals, i.e. the natural temperature differences and the thermal behavior within the room 1 to be air-conditioned are used for the greatest possible heat absorption and thus the greatest possible heat dissipation performance of the compact air conditioning unit 2.
Figur 4 verdeutlicht anhand eines h, x-Diagramms die über das Jahr verteilten unterschiedlichen klimatischen Bedingungen am Beispiel Mitteleuropas. Werden diese klimatischen Randbedingungen optimal genutzt, so ergibt sich ein ganzjährig energieoptimierter Betrieb des Klimagerätes mit minimalem Einsatz der kälteerzeugenden Einrichtung, die den mit weitem Abstand größten Energiebedarf des Klimageräts 2 hat und dementsprechend den Gesamtwirkungsgrad des Klimageräts nachteilig beeinflußt.FIG. 4 uses an h, x diagram to illustrate the different climatic conditions distributed over the year using the example of Central Europe. If these climatic boundary conditions are used optimally, the result is year-round energy-optimized operation of the air conditioning unit with minimal use of the refrigeration device, which has by far the greatest energy requirement of the air conditioning unit 2 and accordingly adversely affects the overall efficiency of the air conditioning unit.
Der in Figur 4 dargestellte Bereich (1) liegt in einem Temperaturbereich unterhalb 18°C und ermöglicht über einen Zeitraum von 3570 Jahresstunden und damit 40,7 % des Ganzjahresbetriebes die Nutzung der freien Kühlung, wobei das kompakte Klimagerät die Klappen des Klappensystems 5 so ansteuert, dass der Außenluft genügend warme Rückluft beigemischt und eine konstante Zulufttemperatur von 18°C in den zu klimatisierenden Raum eingeblasen wird.The area (1) shown in FIG. 4 lies in a temperature range below 18 ° C. and enables the use of free cooling over a period of 3570 hours per year and thus 40.7% of the year-round operation, the compact air conditioner controlling the flaps of the flap system 5 in this way enough warm return air is mixed in and a constant supply air temperature of 18 ° C is blown into the room to be air-conditioned.
Im Bereich (2) kann für weitere 3495 Jahresstunden und damit für 39,5 % des Ganzjahresbetriebes ebenfalls die freie Kühlung genutzt werden, in der der kühlen Außenluft warme Rückluft bis zum Erreichen der gewünschten Zulufttemperatur beigemischt wird. Beide Bereiche (1) und (2) decken somit über 80 % des Ganzjahresbetriebes ab. Soweit Ansprüche an die Luftfeuchtigkeit gestellt sind, erfolgt im Bereich (2) eine geringe Nachbefeuchtung.In area (2), free cooling can also be used for another 3495 hours per year and thus for 39.5% of year-round operation, in which warm return air is mixed with the cool outside air until the desired supply air temperature is reached. Both areas (1) and (2) thus cover over 80% of year-round operation. Insofar as there are demands on the air humidity, there is a slight rewetting in area (2).
Im Bereich (3) liegt die Außenluft im Temperaturbereich zwischen 18°C und 28°C und damit noch immer unter der Ablufttemperatur. In diesem Bereich, der einerIn area (3) the outside air is in the temperature range between 18 ° C and 28 ° C and therefore still below the exhaust air temperature. In this area, the one
Wettersituation entspricht, die sich über ca. 1000 Jahresstunden ergibt und damit 11 % des Ganzjahresbetriebes, wird im Bedarfsfall mit der kälteerzeugenden Einrichtung nachgekühlt, um die gewünschte Zulufttemperatur zu erzielen.If the weather situation corresponds, which results over approx. 1000 hours per year and thus 11% of the year-round operation, the refrigeration facility is used if necessary after-cooled to achieve the desired supply air temperature.
Die Bereiche 4.1 , 4.2, 4.3 und 4.4 sind insbesondere durch Feuchte energetisch hoch beladen und würden bei einer Außenluftnutzung erhebliche Energiekosten verursachen und eine wesentlich größere kälteerzeugende Einrichtung benötigen. In dieser Situation kann über das Klappensystem ein Umluftbetrieb eingestellt werden, da die Ablufttemperatur erheblich unter der Außenlufttemperatur liegt und die Abluft nicht mit der hohen Luftfeuchtigkeit der Außenluft beladen ist. Gegebenenfalls kann in diesen Bereichen ein Mindest-Frischluftanteil eingestellt werden. In dieser Betriebsweise fördert der Fortluftventilator Außenluft durch das Klappensystem und sichert damit die Rückkühlung des mit ihm fluchtenden Kondensators 61. Die Bereiche 4.1 , 4.2, 4.3 und 4.4 machen zusammen ca. 679 Jahresstunden und damit 7,35 % des Ganzjahresbetriebes aus.The areas 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 are particularly energetically loaded with moisture and would cause considerable energy costs if the outside air were used and would require a much larger refrigeration system. In this situation, recirculation mode can be set via the flap system, since the exhaust air temperature is significantly below the outside air temperature and the exhaust air is not loaded with the high humidity of the outside air. If necessary, a minimum fresh air percentage can be set in these areas. In this mode of operation, the exhaust air fan conveys outside air through the flap system and thus secures the recooling of the condenser 61 which is in alignment with it. The areas 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 together make up approximately 679 hours of the year and thus 7.35% of the year-round operation.
Liegt die Außentemperatur im Bereich unterhalb von 18°C, so Bedarf der Betrieb des kompakten Klimagerätes keiner mechanischen Kühlung. Die Außenluftrate wird bis zur Grenze der Mindest-Frischluftrate durch die Außenlufttemperatur bestimmt, das heißt die Außenluftrate wird mit sinkender Außenlufttemperatur ständig kleiner. Dementsprechend steigt die Umluftrate mit sinkender Temperatur und wird durch die Zuluft-Temperaturregelung in Verbindung mit der Klappensteuerung so reguliert, dass die Mischtemperatur aus Außenluft und Umluft immer 18°C beträgt.If the outside temperature is below 18 ° C, the operation of the compact air conditioner does not require mechanical cooling. The outside air rate is determined by the outside air temperature up to the limit of the minimum fresh air rate, i.e. the outside air rate becomes constantly smaller as the outside air temperature falls. Accordingly, the recirculation rate increases with falling temperature and is regulated by the supply air temperature control in conjunction with the flap control so that the mixed temperature of outside air and recirculating air is always 18 ° C.
Analog zur Außenluftrate wird die Abluftrate durch die Steuer- und Regelungseinrichtung bzw. über das Klappensystem so eingestellt, das ein Teil der Außenluft beigemischt wird und eine anderer Teil, der exakt der Größenordnung der Außenluftrate entspricht, wird zur Vermeidung eines Über- oder Unterdruckes in dem zu klimatisierenden Raum über den Fortluftventilator 41 abgeführt.Analogous to the outside air rate, the exhaust air rate is set by the control and regulating device or via the flap system in such a way that part of the outside air is mixed in and another part that corresponds exactly to the magnitude of the outside air rate is used to avoid overpressure or underpressure in the room to be air-conditioned discharged via the exhaust air fan 41.
Die Steuerung der Klappen 51 bis 54 des Klappensystems 5 und der Luftströme ZL, AL, RL, FL erfolgt somit automatisch über die Steuer- und Regeleinrichtung in Abhängigkeit von den klimatischen Bedingungen außerhalb des zu klimatisierenden Raumes 1. The control of the flaps 51 to 54 of the flap system 5 and the air flows ZL, AL, RL, FL thus takes place automatically via the control and regulating device depending on the climatic conditions outside the room 1 to be air-conditioned.
Claims
Priority Applications (5)
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