PROJEKTIERUNG - Swegon

Swegon Klimasysteme mit Wasserkühlung 2004 - Rev. Oktober 2003
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PROJEKTIERUNG

PROJEKTIERUNG

Auslegungsschlüssel

Auszulegende Daten:

Kühlbedarf (wenden Sie am besten das Klimaberechnungsprogramm ProClim von Swegon an)
Heizbedarf (wenden Sie am besten das Klimaberechnungsprogramm ProClim von Swegon an)
Luftmengenbedarf (wenden Sie am besten das Auslassberechnungsprogramm ProAir von Swegon an)

Sonstige Faktoren, die die Auslegung beeinflussen:

die maximal zulässigen Luftbewegungen in der Aufenthaltszone (wenden Sie am besten das Auslassberechnungsprogramm ProAir von Swegon an)
die Schallanforderungen (wenden Sie am besten das Schallberechnungsprogramm ProAc von Swegon an)
die Anforderungen an die gerichtete operative Temperatur (wenden Sie am besten das Klimaberechnungsprogramm ProClim von Swegon an)

Berechnungsverlauf
1) Die Kühlleistung der Luft berechnen:
P_l = q_l •1,2 • Dt_l, wobei q_l die Zuluftmenge [l/s] ist
Dt_l ist die Temperaturdifferenz zwischen der Raumtemperatur und der Zuluft [K]
Hilfstabellen für die Kühlkapazität der Primärluft werden auch zusammen mit den Kühlkapazitäten des Produkts dargestellt, siehe entsprechenden Abschnitt.

2) Der Kühlleistungsbedarf des Wassers wird erhalten, indem der gesamte Kühlbedarf mit der Kühlleistung der Zuluft reduziert wird. Enthält das Produkt nur eine Kühlfunktion, zu Punkt 3a gehen.
Enthält das Produkt Zuluft, zu Punkt 3b gehen.

3a) In die Tabellen gehen, die die Kühlleistung pro Kühlbaffel als Funktion der mittleren Temperaturdifferenz enthalten und die geeignete Kühlbaffel mit der Kühlkapazität, die der Berechnung gem. Punkt 2 entspricht, auswählen, oder die Anzahl Kühlbaffeln, die notwendig, wenn auch nicht ausreichend, sind.

3b) In die Tabellen gehen, die die Kühlleistung per Deckengerät als Funktion der mittleren Temperaturdifferenz zeigen. Die Düsenkonfiguration wählen, die zur gewünschten Luftmenge passt. Ein Deckengerät mit der gewünschten Luftmenge wählen oder zwischen den nahe liegenden Luftmengen interpolieren. Kontrollieren, dass der Schallpegel nicht zu hoch wird und dass die Funktionslängen akzeptiert werden können.

4) Aus dem Diagramm Wassermenge – Kühlleistung“ die Wassermenge bei gewähltem Dt des Kühlwassers wählen.

5) Der Druckabfall im Kühlwasserkreis im Produkt wird dann mit Hilfe der Formel Dp_k = (q_k/k_pk)² berechnet, wo k_pk in der gleichen Tabelle wie die Kühlkapazität dargestellt wird.

6) Wärme. Auf entsprechende Art und Weise wie in Punkt 3-5 oben vorgehen.

Abbildung 29. Auslegungsschlüssel.

Systemaufbau

Kühlsystem

Das Kühlsystem sollte mit im Raum angeordneten Verdampfern gestaltet werden. Die Abführung der Überschusswärme erfolgt entweder mit einem außer Haus angeordneten Kondensor oder über ein außer Haus platziertes Glykolsystem und Kühlmittelkühler.

Entscheidet man sich stattdessen für im Freien platzierte Kühlaggregate, d.h. der Verdampfer befindet sich außer Haus, wird ein Zwischenwärmetauscher im Haus empfohlen. Dies, um den Gefrierpunkt senkende Mittel (Glykol) im Kühlwasserkreis zu vermeiden. Es handelt sich um zwei Faktoren, die dazu führen, dass Glykol im Kühlwasserkreis vermieden werden sollte. Der Druckabfall steigt mit 15-25 %, abhängig von der Zusammensetzung der Glykollösung.
Weiterhin wird die Kühlleitung mit ca. 15 % reduziert, abhängig davon, dass wasserseitig die Wärmeübergangszahl niedriger wird.

Am häufigsten kommen Systeme mit Rohrkesselverdampfer vor, in welchem das Kühlmedium der Kühlmaschine die Energie vom Kühlwasser aufnimmt, das im Gebäude zirkuliert. Aus Umweltgründen ist diese Lösung trotz der Verschlechterung des Wirkungsgrades im Tauscher vorzuziehen.

Regulierung von Endgeräten

Kühlbaffeln und Induktionsgeräte werden fast ausschließlich mit Zweiwege-Ventilen geschaltet. Die Vorteile im Vergleich mit einer Dreiwege-Schaltung sind niedrigere Kosten sowie eine einfachere Auslegung und Einregulierung. Um hohe Druckwerte bei niedriger Belastung zu verhindern, werden in einigen Stellen im System Überströmventile angeordnet. Dass heute zu angemessenen Kosten druckgeregelte Pumpen installiert werden können, trägt auch dazu bei, dass das Zweiwege-System vorzuziehen ist.

Kondensationsschutz

An warmen Tagen im Spätsommer kann die Luftfeuchtigkeit manchmal ansteigen. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt der Luft ist, desto höher wird die Grenztemperatur (Taupunkttemperatur) für Kondensation auf den Oberflächen. In einem Mollierdiagramm (Feuchtigkeits-/Enthalpie-Diagramm) kann man dieses Verhältnis ablesen, siehe Abbildung 33. Bei beispielsweise 25° C und 50 % relativer Feuchtigkeit (101 KPa) ist der Taupunkt 14 °C, d.h. es tritt Kondensation auf einer Oberfläche auf, deren Temperatur 14 °C ist, und im Extremfall, nach einem Regenschauer bis zu 17 °C.

Um Probleme mit Kondensation zu vermeiden, sollte man deshalb immer sicherstellen, dass das System Kondensation an Endapparaten verhindert. Dies erfolgt am besten, indem die Zuluft immer vorgekühlt wird, um eine Kondensation in der Kühlbatterie vor Auskondensierung sicherzustellen.

Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung eines Sensors, der die relative Feuchtigkeit in der Abluft misst. Siehe Abbildung 32. Das Nebenschlussgruppenventil wird so gesteuert, so dass die Wassertemperatur über der Taupunkttemperatur gehalten wird.

Um das Trocknen der Luft bei hoher Außentemperatur und hoher relativer Feuchtigkeit sicherzustellen, soll die Zulufttemperatur draußen gem. Abbildung 31 kompensiert werden. Der Eingriffspunkt +5 °C kann etwa von Anlage zu Anlage variieren. Siehe die gestrichelte alternative Kurve. Es ist jedoch wesentlich, dass bei Außentemperaturen von etwa + 22 °C und darüber hinaus, eine Entfeuchtung nach dem Luftbehandlungsaggregat erreicht wird, so dass die Taupunkttemperatur der Zuluft niedriger oder genauso hoch wie der Zulauftemperatur des Kälteträgers der Kühldecken ist.

Abbildung 30. Systemvorschläge. 1 = Wasserbehälter 2 = Wasserkühler 3 = Luftbehandlungsaggregat 4 = Reglerzentrale 5 = Differenzdruckventil 6 = Kühlbaffeln

Abbildung 31. Kompensation der Zuluft in Bezug auf die Temperatur der Außenluft.

Abbildung 32. Kondensationsschutzregulierung über Nebenschlussgruppe. 1 = Verdampfer/Kondensor 2 = Umwälzpumpe 3 = Nebenschlussventil 4 = Abluftkanal 5 = Kühlbaffel

Projektierung des Kondensationsschutzes Fall 1

Hier werden Vorschläge für einen angemessenen Aufbau des Rohrsystems mit dazugehörigen Steuer- und Einregulierventilen unterbreitet, um ein Zusammenwirken zwischen der Trocknung der Zuluft durch Kondensation und der kühldeckenseitigen Kälteträgertemperatur der Luftbehandlung zu erhalten, um Kondensation auf den Kühldecken entgegenzuwirken.

Das System wurde für den Zustand DUT = +25 °C und R = 50 % ausgelegt, was einem Taupunkt von +14 °C entspricht. Die ausgelegte Temperatur der Kälteträgerseite an Kühldecken wird auf +13 °C im Vorlauf und +17 °C im Rücklauf festgelegt, siehe Abbildung 33.

Bei der Luftbehandlung wird die Kühlbatterie für +8 °C in der Zulauftemperatur und +13 °C in der Rücklauftemperatur ausgelegt. Hierbei handelt es sich um Temperaturen, die ebenfalls bei Fernkühlung gute Voraussetzungen geben.
Hier geht man von einer Anlage von 1.000 m² mit einer Zuluftmenge von 1,5 l/s m² aus.

Bei Fernkühlung ist eine Rücklauftemperatur erwünscht, die am liebsten höher als +16 °C ist, die für Anlagen mit kombinierter Luft- und Kühldeckenklimatisierung erreicht wird. In diesem Fall ist es wichtig, auch die Rücklauftemperatur von der Luftbehandlung zu halten, so dass diese nicht die Rücklauftemperatur zum VVX der Fernkühlung senkt.

Wie aus der Kurve des Mollierdiagramms hervorgeht, wird für auszulegende Daten eine Enthalpiedifferenz Di von 16 kJ/kg erhalten.

P_TL = q_TL • r_W • Di [kW]

P_TL = 1,5 • 1,2 • 16 = 28,8 kW

P_TL = erforderliche Leistung für die Kühlung der Zuluft mit dazugehörender Kondensationsausfällung bei DUT
r_TL = Dichte der Zuluft in kg/m³
q_TL = Zuluftmenge in m³/s

Obenstehendes ergibt eine auszulegende Kälteträgermenge q_w bei Dt_W = 5 K (+8 °C bis +13 °C), und P_TL = 28,8 kW

q_w = P_TL / Dt_W • c_p = 1,72 l/s

q_w = 28,8 / 5 • 4,187 = 1,72 l/s
r_w = Dichte des Wassers in kg/m³
c_p = spezifische Wärme des Wassers in kJ/kg °C
4,187 = r_W • c_p / 1000

Auf entsprechende Art und Weise werden für den Kühldeckenteil 1.000 m² • 40 W/m² = 40 kW in erforderlicher Kühlleistung erhalten.
q_wk = 40 / 4 • 4,187 = 2,38 l/s.

Die Bypassmenge 0,09 l/s an das Dreiwegeventil SV1 vorbei dem Luftkühler überprüfen. Mit Hilfe der unterschiedlichen Menge und deren Temperaturen wird dann die Mischungstemperatur in den verschiedenen Teilen des Rohrsystems berechnet. Aus den berechneten Mischungstemperaturen geht hervor, dass diese gut im auszulegenden Fall zusammenwirken. Die Einregulierventile sollen mit dem Hub des Steuerventils vollständig offen zum entsprechenden Einregulierventil zusammenwirken, da die für das RV-Ventil festgelegte Menge auf den berechneten Wert einreguliert wird. Aus Abbildung 34 gehen die resultierenden Mengen und Temperaturen hervor.

Abbildung 33. Kondensationsschutz. Zustandsveränderung für die Zuluft.

Abbildung 34. Kondensationsschutz. Systemprinzip mit Mengen und Temperaturen.

Temperaturen

Nachstehende Temperaturen sind als Empfehlung zu betrachten. Abweichungen können natürlich vorkommen.

Empfohlene Temperaturen

Vorlauftemperatur, Kühlung:	>13 °C (siehe Abschnitt Kondensationsschutz)
Temperaturerhöhung, Kühlung:	2-4 K
Zulufttemperatur bei Kühlbetrieb:	siehe *Abbildung 31*

Raumregelung

Die Regelung der Raumtemperatur erfolgt normalerweise individuell in jedem Raum über eine Raumeinheit mit Temperatursollwerteinstellung. Die Raumeinheit steuert das Kühl- und (in vorkommenden Fällen) das Heizventil in Sequenz, so dass Wärme und Kälte denm Raum nicht gleichzeitig zugeführt werden. Voraussetzung ist, dass es sich um ein jüngeres Gebäude handelt.

In älteren Gebäuden mit einer schlechteren Isolierfähigkeit ist es nicht selbstverständlich, dass Kühlung und Heizung in Sequenz erfolgen sollen. Hier wird empfohlen, dass die gerichtete operative Temperatur kontrolliert wird. Es kann sich zeigen, dass man Bedarf an Wärme an der Brüstung und gleichzeitig einen Kühlbedarf in den inneren Klimazonen hat.