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Kühlbalken

Was ist ein Kühlbalken?

Ein Kühlbalken ist ein Konvektions-HLK-System zum Heizen und Kühlen von Räumen, das normalerweise in Grossraumbürogebäuden eingesetzt wird. Schläuche werden durch einen «Balken» (einen Wärmetauscher) geführt, der entweder direkt in eine abgehängte Decke integriert ist oder unter der abgehängten Decke eines Raumes hängt.

Derzeit werden zwei Arten von Kühlbalken verwendet:

  • Ein passiver Balken kühlt die Luft um ihn herum ab und sorgt für einen natürlichen Konvektionsstrom, bei dem die abgekühlte Luft nach unten fällt und wärmere Luft nach oben steigt, um sie zu ersetzen; dadurch wird der Raum gekühlt.
  • Auch aktive Kühlbalken sind weit verbreitet. Sie nutzen die Luft aus einem RLT-Gerät, um einen zusätzlichen Luftstrom über den Balken zu leiten.

Die grösste Herausforderung bei dieser Applikation ist die Kontrolle der Wassertemperatur und des Wasserdurchflusses, um sicherzustellen, dass die Oberflächentemperatur des Balkens nicht unter den Taupunkt des Raumes fällt.

Schematische Darstellung

Die Abbildung zeigt die schematische Darstellung einer Kühlbalkenapplikation mit einem Energieventil. Dieses bietet die folgenden Regelfunktionen:

  • Genaue Messung des Volumenstroms sowie der Vor- und Rücklauftemperatur
  • Überwachung und Steuerung der thermischen Leistung der Einheit
  • Permanenter hydraulischer Abgleich des Wasserdurchflusses bei wechselnden Systemdrücken und in sämtlichen Lastzuständen
  • Optionale Integration eines Taupunktsensor-Schalters
  • Das erforderliche Delta T der Kühlbalken ist sehr niedrig, sodass sich das Management sehr schwierig gestaltet


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Energy Valve



Häufige Probleme bei Kühlbalkenapplikationen und warum Sie sich für das Belimo Energy Valve™ entscheiden sollten

Grosse Kaltwassersysteme sind von Natur aus dynamisch und weisen Druckschwankungen auf, die durch Änderungen der Pumpendrehzahl und der Ventilstellung verursacht werden. Statisch ausgeglichene Systeme sind, wie der Name schon sagt, nicht in der Lage, mit diesen dynamischen Veränderungen umzugehen, und infolgedessen schwankt die Durchflussmenge durch jede Einheit mit den Druckänderungen.
Die dynamische Abgleichsfunktion eines druckunabhängigen Ventils gleicht Druckschwankungen im System aus und stellt sicher, dass der Durchfluss auf dem festgelegten Sollwert gehalten wird.

Dynamischer Abgleich eines Kühlbalkens


Niedrige Wassertemperaturen und unzureichende Feuchteregelung können zu Kondensatbildung auf dem Kühlbalken führen und in der Folge kostspielige Schäden an Möbeln und Büroausstattung verursachen. Allerdings können konservative Vorlaufwassertemperaturen zu einer unzureichenden Kühlleistung führen.



Kondensation von feuchter Luft an der kalten Oberfläche des Registers. Das zugeführte Kühlwasser muss über dem Taupunkt im Raum liegen, um Kondensation zu vermeiden

Mit dem genaueren und reaktionsschnelleren Tauchdurchflusssensor des Belimo Energy Valve™ sind DDC-Systeme in der Lage, Wasserströme zu erkennen und abzusperren, bevor sich Kondensat an den Kühlbalken bildet. Zuverlässige Daten über die Raum- und Wassertemperaturen sind der Schlüssel zur Maximierung der Kühlbalkenleistung bei gleichzeitiger Minimierung des Risikos der Kondensatbildung. Ein Aussensensor Feuchte / Temperatur, wie der Belimo 22UTH-11, kann verwendet werden, um die Aussenluftbedingungen zu messen und die RLT-Regelung entsprechend anzupassen.

Die Zuluft in den bewohnten Raum und die zirkulierende Luft aus dem Raum strömen über die Wärmetauscher des Kühlbalkens. Der Taupunkt im Innenraum muss unter der Oberflächentemperatur des Kühlbalkenregisters gehalten werden, um zu verhindern, dass Kondenswasser von der Decke tropft.

Das Primärluftsystem im RLT-Gerät dient zum Ausgleich der latenten Raumlast und hält den Taupunkt im Innenraum in der Regel auf oder unter 13°C [55°F], um Kondensation zu verhindern. Ausserdem wird die den Balken zugeführte Wassertemperatur in der Regel zwischen 14°C [58°F] und 16°C [60°F] gehalten, ausreichend über dem Taupunkt des Raums.

Profi-Tipp

Die empfohlenen Raumlufttemperaturen und Luftfeuchtewerte (oder Höchstwerte) sowie die empfohlenen Kühlwassertemperaturen sind den örtlichen Normen zu entnehmen. Bei kleineren Kühllasten im Raum oder bei grossen Kühlflächen können die Kühlwassertemperaturen um einige Grad erhöht werden (z.B. bis zu 18°C). Es sollte immer noch möglich sein, eine ausreichende Kühlung im Raum aufrechtzuerhalten, und so lässt sich die Entfeuchtung energiesparend durchführen.

Anwendungsbeispiel

In der Abbildung funktioniert ein Kühlbalken nicht wie erwartet. Der Wasserdurchfluss sollte 0.12 l/s [1.9 GPM] betragen, mit einem Delta T von 3°C [1.5°F] und einem Differenzdruck über den Kreislauf von 1 bar [14.5 PSI]. Aufgrund der Druckänderungen im System erhöht sich Delta P jedoch von 1 auf 2 bar [14.5 auf 29 PSI], und es werden unterschiedliche Lasten benötigt. Der Kühlbalken erhält 25% mehr Wasser als geplant. Dies führt zu einem schlechten Raumkomfort und senkt die Effizienz der Wärmeübertragung.

Kühlbalken mit einem druckabhängigen Ventil
Wie in der Abbildung dargestellt, garantiert die Verwendung des mechanischen druckunabhängigen Ventils PIQCV den Auslegungsdurchfluss von 0.12 l/s [1.9 GPM], selbst wenn Druckschwankungen im System auftreten. Dies führt zu einer besseren Kontrolle und mehr Komfort.

Kühlbalken mit einem mechanischen PI-Ventil

Das Energy Valve hält den Durchfluss unabhängig von Druckschwankungen bei 0.12 l/s [1.9 GPM], wie in der Abbildung dargestellt. Es steuert auch das Delta T über das Register und liefert alle wichtigen Daten zu Durchfluss, Temperaturen und Energie an das BMS. Mithilfe der vom EV zur Verfügung gestellten Daten sind viele weitere wertsteigernde Funktionen verfügbar, wie z.B. die frühzeitige Erkennung von wahrscheinlichen Kondensatproblemen.



Kühlbalken mit einem Energieventil

Wie in der Abbildung dargestellt, befindet sich das Energy Valve im selben Netzwerk wie der Sensor und der BMS-Kopfstellen-PC. Das BMS betrachtet die Wasservorlauftemperatur und berechnet den Taupunkt anhand der Luftfeuchtigkeits- und Temperaturdaten des Raumgeräts. Das BMS hat festgestellt, dass die Temperatur des eintretenden Wassers den Taupunkt erreicht hat, und hat das Schliessen des Ventils befohlen, um die Bildung von Kondensat am Gerät zu verhindern. Der Delta-T-Manager sorgt dafür, dass Ihre Balken auch dann optimal eingestellt sind, wenn die Luftströme über das Register variieren.



Kühlbalken mit einem Energieventil, wobei das BMS den Taupunkt mit dem Input eines Raumsensors 
berechnet