Funktions-Schema einfache Lüftung

Wenn man das Anlagenschema und das Regelschema anschaut, kann man das zusammen auch als ein Funktions-Schema sehen. Hier ist eine einfache Lüftungsanlage mit Heiz- und Kühl-Funktion dargestellt, mit folgenden Komponenten: Filter, Wärmerückgewinnung, Ventilatoren, Heizregister, Kühlregister und mehrere Klappen.
Anlagenschema einfache Lüftung, heizen und kühlenEs befinden sich Absperrklappen in Aussen- und Fortluft (MA), sowie zum Raum in Zu- und Rückluft (MR). Diese Klappen werden nur als Auf-Zu-Funktion (Absperrung) eingesetzt, nicht als Regelklappen. Die Klappen zum Kreuzstrom-Wärmetauscher (MW) hingegen konnen mit 0-100% angesteuert werden. Da die beiden Einzelklappen gegenläufig sind, wird die Aussenluft mehr oder weniger durch den Wärmetauscher (WRG), oder daran vorbei geführt. Dadurch ist die Wärmerückgewinnung steuerbar von minimal bis maximal. Danach kommt der Zuluft-Ventilator (V1) und äquivalent in der Rückluft der Rückluft-Ventilator (V2). Als nächstes folgt das Heiz-Register. Dieses wird genauso über ein Mischventil (MH) angesteuert, wie Heizkreise bei Heizungsanlagen, dass ein kontinuierlicher Mediums-Durchfluss, mit Hilfe der Pumpe (PH) sichergestellt ist. Nach dem Heizregister folgt gegebenenfalls das Kühl-Register, falls überhaupt eine Kühl-Funktion vorgesehen ist. Die Kühlwasser-Menge wird hier mit Hilfe eines Druchgangs-Ventil (MK) geregelt. Vor die Lüftungskanäle in den Raum führen ist meistens noch ein Schalldämpfer eingebaut (hier nicht dargestellt), bevor die Zuluft über die Zuluft-Klappe (MR) in den Raum und die Rückluft-Klappe (MR) aus dem Raum strömt.

Regleschema einfache Lüftung, heizen und kühlen

Die Regel-Funktion dieser Anlage ist aus dem Regel-Schema erkennbar. Da es hier nur um eine reine Temperatur-Regelung handelt (ohne Berücksichtigung der Feuchte) gibt es hier auch nur eine Temperatur-Regel-Funktion. Es handelt sich hier um eine Kaskaden-Schaltung zweier Regler. Zunächt wird mit Hilfe des Zuluft-Reglers (N1) aus dem Raumtemperatur-Sollwert (W) und der Raumtemperatur (TR) bzw. (X) eine Zuluft-Solltempertatur errechnet. Danach mit dem Wärme-Regler (N2) aus dieser Zuluft-Sollwerttemperatur und der Zuluft-Temperatur (TZ) der eigentliche Stellwert (Y).
Sequenzen der Stellantriebe zum Regler-Ausgang YAlle 3 Komponenten (Wärmerückgewinnung, Heizregister und Kühlregister) werden hier über einen Stellwert (Y) sequenziell (versetzt nacheinander) angesteuert. Das bedeutet je nachdem wieviel Wärem-Anforderung am Regler-Ausgang (Y) ansteht, wird der jeweilige Stellantrieb angesteuert. Dabei ist es möglich, dass mit der Wärmerückgewinnung im Kreuzstrom-Wärmetauscher auch Kälte zurückgewonnen werden kann, sofern die Raumtemperatur (TR) und damit die Rückluft-Temperatur unterhalb der Aussentemperatur (TA) liegt.

Frostschutz-FunktionBei der ganzen Anlage ist aber eine Frostschutz-Funktion unverzichtbar und über eine Vorrang-Schaltung gegenüber der Regelung zu versehen! Diese ist erforderlich um Schaden an der Anlage, insbesondere dem Heizregister zu vermeiden. Ein Frostschutz-Schalter (TF) unmittelbar hinter dem Heizegister schaltet bei Unterschreitung einer Frostschutztemperatur (üblicherweise bei ca. +2°C) die Anlage ab. Das heist, es werden die Aussenluft-Klappen (MA) geschlossen, die Heizrgister-Pumpe (PH) eingeschaltet, das Mischventil (MH) 100% geöffnet und beide Ventilatoren (V1 und V2) abgeschaltet. Diese Funktion bleit so lange anstehen, bis sie wieder von Hand entriegelt wird. Das Heizregister wird in "Gleichstrom-Richtung" (das Heizmedium wird am kältesten Punkt des Heizregister zugeführt und fliest hier genauso wie dei Luft von links nach rechts durch das Register) angeschlossen. Damit ist sichergestellt, dass an der kälteren Seite des Heizregisters das wärmste Medium ansteht. Hiermit wird eine Einfrier-Gefahr des Heizregisters bei extrem niedrigen Aussentemperaturen verringert und zusammen mit der Frostschutz-Funktion gänzlich verhindert.

Ergänzend sei noch erwähnt, dass über einen Differenz-Druckschalter (P1) eine Meldung entsteht, wenn der Aussenluft-Filter stark verschmutzt ist. Dies ist jedoch eine reine Wartungs-Meldung und für die Anlagen-Funkltion nur von untergeordneter Priorität.

Luft-Aufbereitung Temperatur und Feuchte

Eine Lüftungsanlage, die bei der Luftaufbereitung nicht nur die Temperatur, sondern auch die Feuchte gezielt beeinflusst, nennt man auch Klimaanlage.
Zu den Komponenten einer einfachen Lüftungsanlage, die praktisch immer eine Lufteritzung und manchmal auch eine Luftkühlung beinhaltet, kommt hier noch eine Luftbefeuchtung hinzu.
Klimaanlage mit Be- und EntfeuchtungZusätzlich zu dem Heiz- und Kühlregister, hat eine Voll-Klimaanlage daher noch einen Luftbefeuchter und ein Nachheizregister. Die reine Heiz- und Kühlfunktion ist zunächst identich wie in einer Lüftungsanlage.
Für die Luftbefeuchtung ist nach dem Kühlregister noch ein Luftbefeuchter eingebaut. Es gibt Sprüh- und Dampfbefeuchter. Ein Sprühbefeuchter sprüht Wasser in den Luftkanal, um dadurch die Luft mit Wasser zu befeuchten. Bei diesem Vorgang wird ein erheblicher Anteil des versprühten Wassers in Dampfform von der Luft aufgenommen. Das restliche flüssige Wasser wir mit sogenannten Prallplatten aufgefangen und abgeleitet. Bei diesem Verfahren wir keine Energie der Luft zugeführt, sonndern lediglich Wasser. Ein weiteres Befeuchtungs-Verfahren ist ein Dampfbefeuchter. Hier wird Wasser in Dampf-Form in den Lüftungskanal eingebracht. Bei diesem Verfahren ist eine stärkere Luftbefeuchtung möglich, als beim Sprüh-Befeuchter, da das Wasser bereits in Dampf-Form eingeleitet wird. Bei einem Dampfbefeuchter, wird also der Luft nicht nur Wasser, sondern auch Energie zugeführt, denn der eingeleitete Wasserdampf hat einen höheren Energieinhalt (Enthalpie) als die vorhandene Luft an dieser Stelle. Dampfbefeuchter werden allerdings nur dann eingesetzt, wenn man eine sehr starke Befeuchtung erreichen will und Wasserdampf verfügbar ist.
Luftentfeuchter funktionieren eigentlich nur indem man das Wasser in der Luft bindet. Dies wird in Luft-Trocknungsanlagen oft mit Kristallen (spezielle Salz-Kristalle) gemacht, die Wasser bis zu eine gewissen Sättigung bindet. Diese Kristalle müssen aber anschliessend wieder Entwässert werden, was man durch starkes erhitzen dieser Kristalle erreicht. Sie geben das Wasser dann wieder in Dampfform ab. Dieses Verfahren ist in Klimaanlagen aber nicht praktikabel, da viel Energie zum Austrocknen der Kristalle erforderlich ist und diese Trocknung nicht im Lüftungskanal erfolgen kann, denn sonst ist das Wasser ja wieder in dieser Luft enthalten. Man beschreiter daher beim Entfeuchten in Klimaanlagen einen anderen Weg. Man kühlt die Luft so weit ab, biss man die Kondensationsgrenze der Luft unterschreitet. Dadurch kondensiert das Wasser in der Luft und scheidet in flüssiger Form (Tröpfchenbildung) aus. Auf diese Weise wird der absolute Wassergehalt verringet, und man muss die Luft danach in einem nachgeschalteten Heizregister (Nacherhitzer) nur wieder auf die gewünschte Temperatur anheben. Auf diese Weise kann man die Luftfeuchte verringern. Allerdings ist auch dieses Verfahren Energieaufwendig, denn man muss die Luft erst kühlen und anschliessend wieder erhitzen. Daher ist in Klimaanlagen, die auch der Entfeuchtung dienen ein zweites Heizregister vorhanden, ein Vor-Erhitzer und ein Nach-Erhitzer. Ausserdem braucht man nach dem Kühlregister einen Trofenabscheider (Prallblech mit Wasserableitung, wie in einem Befeuchter auch) um das Kondensat-Wasser, das man der Luft entzogen hat, abzuleiten. Wenn ein Befeuchter bereits vorhanden ist, kann dieser die Wasser-Ableitung natürlich auch übernehmen. Dieses Verfahren ist im Artikel: Luft-Aufbereitung erklärt und beschrieben.