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Verfahren und Anordnung zur Klimatisierung eines Raumes durch Zuführung oder Entzug von Wärme grösstenteils im Strahlungsaustausch Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Klimatisierung eines zum Aufenthalt von Personen dienenden Raumes durch Zuführung oder Entzug von Wärme grösstenteils im Strahlungsaustausch. Dabei werden einerseits die Strahlungstemperaturen im Raum homogenisiert und nach den verschiedenen Richtungen hin ausgeglichen und anderseits die für die Behaglichkeit massgebende und für den Grundumsatz des Menschen wirksame Umgebungstemperatur automatisch innerhalb der Behaglichkeitszone gehalten.
Bei der bisherigen Klimatisierung von Wohn- und Arbeitsräumen ist im allgemeinen nicht Rücksicht genommen worden auf den Umstand, dass die Umfas- sungswände der Räume im Spektralbereich der Temperaturstrahlung von 300 K nahezu wie schwarze Körper Strahlung aussenden und empfangen. Zufolge unterschiedlicher Temperatur der Fenster, Aussen- und Innenwände des Raumes geben .die Rauminsassen ihre im Grundumsatz erzeugte Wärme in Form von Strahlung nicht in gleichem Masse nach den verschiedenen Richtungen des Raumes ab.
So macht sich im Winter eine einseitige Abkühlung in Richtung der Fenster und kälteren Aussenwände und im Sommer eine einseitige Erwärmung durch die Einstrahlung des Sonnen- und Himmelslichtes auch noch bei Abblendung durch Innenstoren unangenehm bemerkbar. Diese Erscheinung wird erfahrungsgemäss häufig an Gebäuden beanstandet, die in moderner Leichtbauweise mit verhältnismässig dünnen Wänden aufgeführt und mit grossen Fenstern ausgerüstet sind. In der Tat ist sie hier besonders auffällig, nicht nur wegen der Grösse der Temperaturunterschiede, sondern auch, weil die grossen, das Raumklima wesentlich mitbestimmenden Fensterflächen und Aussenwände jeder Schwankung der Aussentemperatur und der Himmelsstrahlung nahezu unmittelbar folgen.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, die im Raum beobachtete Inhomogenität der Strahlungstemperatur durch Bekleiden sämtlicher Begrenzungsflächen mit strahlungsreflektierenden Tapeten zu beseitigen. Diese Massnahme führt aber dazu, dass die Strahlungstemperatur im Raum in einem unerträglichen Masse von der wechselnden Einstrahlung des Himmelslichtes abhängig wird.
Mit der modernen Leichtbauweise ist ohnehin schon die ausgleichende Wirkung sowohl für jahreszeitliche wie für kurzzeitige Schwankungen der Aussentemperatur, die den früheren Gebäuden mit massiven Steinwänden eigen war, beinahe gänzlich verlorengegangen. Aus diesem Grunde müssen heute an die Regelfähigkeit der Klimaanlage sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Da die modernen Gebäude zudem meistens mit übermässig grossen Fenstern ausgestattet sind, bereitet die wechselnde Sonnenbestrahlung der Aussenfronten der Raumklimatisierung heute grosse Schwierigkeiten.
Bei einer Klimatisierung mit Radiatoren, Klimakonvektoren oder Lüftungsanlagen zur Luftkonditionierung musste bisher immer als grundsätzlicher Nachteil in Kauf genommen werden, dass im Winter die Lufttemperatur höher als die Strahlungstemperatur der Wände ist und im Sommer die Wärmebelastung infolge des Strahlungseinfalles durch die Fenster nur ungenügend ausgeglichen werden kann. Im Winter erhält man auf diese Weise ein Klima, das eher erschlaffend als tätigkeitsanregend wirkt, weil die zusätzliche Wärme, die der Mensch bei körperlicher Arbeit erzeugt, mit der Bewegung nicht in dem gewünschten Masse an die zu warme Raumluft abgeführt wird.
Im Sommer müsste hingegen bei ausreichender Kompensation der Wärmebelastung, die mit dem Strahlungseinfall durch das Fenster gegeben ist,
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die Luft so stark .gekühlt werden, dass der dem Fenster abgewendeten Seite des Körpers zu viel Wärme entzogen wird.
Aus diesem Grunde kann höheren Komfortansprüchen nur mit einer Strahlungsklimatisierung entsprochen werden, die die einseitige Strahlungsbelastung ausgleicht oder kompensiert und zugleich die Möglichkeit bietet, im Winter die Lufttemperatur tiefer als die Strahlungstemperatur zu halten.
Mit den derzeitig üblichen Verfahren einer Strah- lungsheizung bzw. Strahlungskühlung durch schwach temperierte Flächen werden allerdings diese Forderungen noch nicht erfüllt, weil die temperierten Flächen nicht im Strahlungsgleichgewicht mit den übrigen Begrenzungsflächen des Raumes stehen. Auch kranken diese Verfahren daran, dass bei ihnen vorübergehende Wärme- bzw. Abkühlungsbelastungen mit der Regelung der temperierten Fläche auf konstante Temperatur noch nicht so weit automatisch ausgeglichen werden, wie dies zur Aufrechterhaltung eines behaglichen Raumklimas notwendig wäre. Dazu müsste nämlich, z.
B. bei plötzlichem Einfall von Sonnenlicht, die gesamte Energie der einfallenden Strahlung nur von der temperierten Fläche selbst und nicht von anderen Flächen absorbiert werden, die sich durch die Bestrahlung erwärmen.
Alle diese Mängel der bekannten Klimatisierungs- verfahrren werden mit der Erfindung behoben. Sie besteht darin, dass den im Raum sich aufhaltenden Personen Strahlungswärme - sowohl direkt, wie auf dem Wege ein- oder mehrfacher, vorzugsweise diffuser Reflexion an reflektierenden Schichten der Begrenzungsflächen des Raumes - zum überwiegenden Teil durch eine als Quelle oder Senke wirkende Strahlungsfläche zugeführt oder entzogen wird, deren Strahlungstemperatur auf einem konstanten Wert im Bereich von 30 C bis 10 C (= 303 K bis 283 K) gehalten wird, und dass gleichzeitig die Luft im Raum überall nahezu im Gleichgewichtszustand, das heisst in bewegungslosem Zustand, gehalten wird.
Mit der Anordnung gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass eine zur Zu- oder Abführung von Wärme dienende Fläche mit einem Emissionsvermögen ausgebildet wird, das annähernd den Wert 1 erreicht, dass diese Fläche grösser als die nicht abgeschirmte Fensterfläche ist, dass zur Konstanthaltung der Temperatur dieser Strahlungsfläche im Bereich von 30 bis 10 C (= 303 K bis 283 K) eine Heiz- bzw.
Kühlanlage mit Regeleinrichtung vorgesehen ist, und dass schliesslich der grösste Teil der nicht temperierten Begrenzungsflächen des Raumes, welcher abweichende Oberflächentemperaturen aufweist, mit einer Schicht versehen ist, welche die Strahlung des angegebenen Temperaturbereiches im Vergleich zur Strahlungsfläche nur geringfügig emittiert und stark reflektiert.
Unter der Wärmeeindringzahl wird das Produkt aus Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität pro Masseneinheit verstanden. Sie ist ein Mass dafür, wie stark eine Fläche bzw. eine Wand den Wärmeinhalt des Raumes mitbestimmt und welche Energiemenge sie dem Raum bei abweichender Temperatur entzieht bzw. zuführt, um sie entweder abzuleiten oder in sich zu speichern bzw. dem Raum zuzuführen.
Wände grosser Wärrneeindringzahl wirken also, sofern sie nicht besonders gut nach aussen isoliert sind, im Winter als Eisberge und im Sommer als Glutofens>. Werden diese Wände aber raumseits mit Schichten versehen, die mindestens im Wellenlängenbereich von 3,5 ... 35/r nur ein geringes Emissionsvermögen aufweisen, so spielt ihre Oberflächentemperatur für die von ihnen ausgehende Strahlung nur noch eine untergeordnete Rolle, weil sie im wesentlichen die Strahlung reflektieren, die ihnen von selten der temperierten Strahlungsfläche und von selten des Fensters zugestrahlt wird.
Um die Temperatur der von ihnen reflektierten Strahlung möglichst unabhängig von der wechselnden Belastung des Raumes durch die Himmelsstrahlung zu machen, wird gemäss der Erfindung der als Strahlungsquelle ausgebildete Teil der Begrenzungsflächen grö- sser als die nicht abgeschirmte Fensterfläche gemacht.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung dienen dem gleichen Zweck an den nicht temperierten Wänden und vor dem Fenster ausgespannte dünne Polyäthylen- oder Polyesterfolien, auf deren Rückseite in dünner Schicht ein Metall, wie z. B. Gold, Platin oder Nickel etwa durch Verdampfen aufgebracht ist, welches in dünner Schicht sichtbares Licht und zum Teil auch kurzwellige ultrarote Strahlung noch teilweise durchlässt, die Temperaturstrahlung von 300 K aber nahezu hundertprozentig reflektiert. Da dünne Polyäthylen- und Polyesterfolien im gesamten von 0,4/c bis 35/1 reichenden Spektrum transparent sind, bleibt diese Eigenschaft der dünnen Metallschicht auch dann noch erhalten, wenn sie durch den Poly- äthylen- oder Polyesterfilm getragen und geschützt ist.
Somit lässt die raumseits vor dem Fenster ausgespannte Schicht zwar die das Fenster durchdringende Himmelsstrahlung mit einem kurzwellig ultraroten Anteil in den Raum eindringen, aber nicht die Temperaturstrahlung des Fensterglases. Die in den Raum einfallende, sichtbare, kurzwellige, ultrarote Strahlung erwärmt zwar die beschichteten Wände infolge teilweiser Absorption durch die hinter der Schicht angebrachte Wandfarbe, aber diese erwärmten Wände strahlen praktisch nicht in den Raum zurück. Dies hat zur Folge, dass dem Raum eine homogene und nach allen Richtungen ausgeglichene Strahlungstemperatur aufgezwungen wird, die im wesentlichen durch die Temperatur der künstlich temperierten Strahlungsfläche bestimmt ist.
Wenn daher durch# Zu- oder Abführung von Wärme die Temperatur der Strahlungsfläche auf einem konstanten Wert gehalten wird, so nimmt diese Strahlungsfläche sofort automatisch die überschüssige Energie einer plötzlich einfallenden Sonnenstrahlung auf, ohne dass dazu die Temperatur des wärmeträgen Rohrsystems der Klimaanlage gesenkt werden müsste.
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Das erfindungsgemässe Verfahren hat somit vor den bekannten Klimatisierungen folgende Vorteile: Die Selbstregulierung auf konstante Strahlungstemperatur ist optimal und bei schnell veränderlicher Sonneneinstrahlung momentan wirksam. Es ist nicht mehr erforderlich, dass das Heiz- bzw. Kühlsystem der Klimaanlage eine besonders geringe Wärmekapazität besitzt.
Das Strahlungstemperaturfeld ist homogen und nach allen Richtungen ausgeglichen.
Als weitere Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind anzuführen, dass die Anheiz- und Abkühlzeit nicht unwesentlich verkürzt ist, und dass ein bedeutender Teil der bei den bekannten Klirnatisie- rungsverfahren erforderlichen Heiz- und Kühlleistung eingespart wird.
Dies erklärt sich daraus, dass mit Ausnahme der Strahlungsfläche die Begrenzungsflächen des Raumes nicht mehr temperiert werden müssen. Die Einsparung von Heiz- bzw. Kühlleistung ist darüber hinaus dem Umstand zu verdanken, dass die vor dem Fenster angebrachte Reflexionsschicht eine Ausstrahlung des Raumes gegen das kalte Fenster verhindert, bzw. die Temperaturstrahlung des wärmeren Fensters vom Raum abgeschirmt ist.
Der Erfindung liegt im übrigen die Erkenntnis zugrunde, dass der menschliche Körper in einem Raum mit ruhender Luft und stabiler Luftschichtung seine Wärme zum grösseren Teil durch Abstrahlung nach den kühleren Wänden und zum kleineren Teil durch Luftkonvektion an die kühlere Raumluft abgibt.
In der von Winslow, Herrington und Gagge aufgestellten Formel
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welche die für den Grundumsatz des Menschen wirksame Umgebungstemperatur T" durch die Strahlungstemperatur T, und die Raumlufttemperatur TL bestimmt, kommt dies darin zum Ausdruck, dass der Strahlungsleitwert KT im zugfreien kaum mit ausgeglichener Strahlungstemperatur grösser ist als der Konvektionsleitwert K, In behaglicher Umgebung, in welcher der Körper weder eine Wärmestauung noch eine Abkühlung erleidet, ist nach einer genaueren Untersuchung folgende Beziehung zwischen der in Celsiusgraden ausgedrückten Strahlungstemperatur t,
und der Raumlufttemperatur tL erfüllt: t, = A (20 C - tL) + (19 2) C. Hierbei ist die Grösse A eine Konstante, die bei ruhender Luft etwa den Wert 0,14 und bei mit 0,09 rn s in horizontaler Richtung strömender Luft etwa den Wert 0,40 hat. Gemäss dieser Beziehung kann z. B. im Winter bei einer Raumlufttemperatur von + 10 C ein als erfrischend empfundenes, behagliches Raumklima mit einer Strahlungstemperatur von nur 20,5 C bzw. 23,0 C erzielt werden. Anderseits kann im Sommer z. B. bei einer Raumlufttemperatur von 30 C das Hitzegefühl bereits mit einer Strah- lungstemperatur von 17,8 C bzw. 15,0 C beseitigt werden.
Nun weicht aber, wie schon erwähnt, bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Oberflächentemperatur der als Strahlungsquelle ausgebildeten Fläche nur wenig von der Strahlungstemperatur t, ab. Daher kann dem Raum die notwendige Heiz- bzw. Kühlleistung bereits bei so mässiger Temperierung der strahlenden Fläche zugeführt werden, dass es nun ohne weiteres, das heisst ohne eine zusätzliche Klimatisierung, möglich ist, Fussbodenheizung bzw. Fussbodenkühlung anzuwenden. Bei der bekannten Strahlungsheizung ist eine solche Möglichkeit nicht gegeben, weil die strahlende Fläche während einer Kälteperiode im Winter bis auf 35 C erwärmt werden muss und bei dieser Temperatur die Wärmeabführung von den Füssen unzureichend wäre.
Für das erfindungsgemässe Verfahren hat die Möglichkeit der Wiedereinführung einer Fussbodenheizung bzw. -kühlung aber besondere Bedeutung, denn der Fussboden ist gerade derjenige Teil der Raumbegrenzungsflächen, bei welchen der Forderung nach einem geringen Emissionsvermögen auf die Dauer praktisch nur sehr schwer entsprochen werden kann. Anderseits hat jeder Fussboden im Spektralbereich der Temperaturstrahlung von 300 K ein sehr hohes Emissionsvermögen, und es brauchen daher bei. Fussbodenheizung keine weiteren Vorkehrungen am Fussboden getroffen zu werden.
Grundsätzlich ist die Differenz zwischen Strahlungstemperatur ts und Raumlufttemperatur tL mit einer zusätzlichen Lüftungsklimatisierung frei wählbar. Aber auch, wenn ausschliesslich eine Strahlungsklimatisierung mit mässig temperierten Kühl- oder Heizflächen vorgenommen wird, weichen Strahlungstemperatur und Lufttemperatur unter Umständen stark voneinander ab, und zwar liegt im Sommer besonders bei Fussbodenkühlung die Lufttemperatur unter Umständen weit über der Strahlungstemperatur und im Winter besonders bei Deckenheizung die Lufttemperatur unter Umständen beträchtlich unter der Strahlungstemperatur,
weil in diesen beiden Fällen meist die Oberflächentemperaturen der senkrechten Wände nach oben zunehmen und keine Konvektion in der stabil geschichteten Luft möglich ist. Daher genügt die erfindungsgemässe Strahlungsklimatisierung im Winter auch ohne zusätzliche Lüftungsklimatisie- rung erhöhten Komfortansprüchen, indem sie ein als erfrischend empfundenes behagliches Klima schafft, bei welchem auch der körperlich arbeitende Mensch seine zusätzlich erzeugte Wärme mit der Bewegung durch Konvektion an die kühlere Luft abführen kann.
Wo durch einseitige Abkühlung des Raumes seitens der Fenster und Aussenwände dieser stabile Gleichgewichtszustand der Luftschichtung aufgehoben ist, muss durch besondere Massnahmen zur Reduzierung der Luftkonvektion verhindert werden, dass der menschliche Körper durch Luftzug eine allgemein als unangenehm empfundene einseitige Abkühlung erfährt.
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Hierfür empfiehlt es sich, die Lufttemperatur und die Oberflächentemperatur der das Fenster sowie die Aussenwände des Raumes raumseitig bedeckenden, reflektierenden Schichten in einem solchen Masse einander anzugleichen, dass die verbleibende Luftkonvektion eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,1 m,'s nicht übersteigt.
Die Luftkonvektionen können aber auch durch Ausspannen von Folien unterbunden werden, welche die Temperaturstrahlung von 300 K nur wenig geschwächt durchlassen. Insbesondere können auf diese Weise kalte Teile der Decke unschädlich gemacht werden. Man trennt dann die Luft unter der ganzen Decke oder auch nur unter dem kalten Teil der Decke mit einer luftundurchlässigen Schicht ab, die im Spektralbereich der Temperaturstrahlung von 300 K transparent ist.
Dem Abfall kalter Luft an Fenstern und Aussenwänden kann schliesslich noch mit zusätzlichen, unter dem Fenster bzw. an der Fussbodenleiste angebrachten Heizquellen begegnet werden, deren Strahlung durch einen Reflektor vornehmlich gegen das Fenster bzw. die Wand gerichtet wird und daher diese unter einem verhältnismässig kleinen Einfallwinkel trifft. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zusätzlichen Heizquellen vornehmlich eine kurzwellige ultrarote Strahlung aussenden, weiche von der das Fenster raumseitig bedeckenden Schicht bzw. von der an der Wand angebrachten Schicht merklich absorbiert wird und aus diesem Grunde die Schicht erwärmt.
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Method and arrangement for air conditioning a room by supplying or withdrawing heat, largely by means of radiation exchange. The invention relates to a method for air conditioning a room used to accommodate people by supplying or withdrawing heat, largely by means of radiation exchange. On the one hand, the radiation temperatures in the room are homogenized and balanced in different directions and, on the other hand, the ambient temperature, which is decisive for comfort and effective for the basic metabolic rate of the person, is automatically kept within the comfort zone.
In the previous air conditioning of living and working rooms, no consideration was generally given to the fact that the walls of the rooms emit and receive radiation in the spectral range of temperature radiation of 300 K almost like black bodies. As a result of the different temperature of the windows, the outer and inner walls of the room, the occupants of the room do not emit the heat they generate in the form of radiation to the same extent in the different directions of the room.
In winter, a one-sided cooling in the direction of the windows and colder outer walls and in summer a one-sided warming due to the irradiation of sunlight and sky light is unpleasantly noticeable, even when dimmed through internal blinds. Experience has shown that this phenomenon is often objected to in buildings that are constructed in modern lightweight construction with relatively thin walls and are equipped with large windows. In fact, it is particularly noticeable here, not only because of the size of the temperature differences, but also because the large window surfaces and outer walls, which have a significant influence on the room climate, follow almost immediately any fluctuation in outside temperature and sky radiation.
It has already been proposed to eliminate the inhomogeneity of the radiation temperature observed in the room by covering all of the boundary surfaces with radiation-reflecting wallpaper. However, this measure means that the radiation temperature in the room becomes unbearably dependent on the changing radiation from the sky.
With modern lightweight construction, the compensatory effect for both seasonal and short-term fluctuations in the outside temperature, which was characteristic of the earlier buildings with solid stone walls, has already been almost completely lost. For this reason, very high demands must be made on the controllability of the air conditioning system today. Since most modern buildings are also equipped with excessively large windows, the changing solar radiation on the exterior fronts creates great difficulties for air conditioning today.
In the case of air conditioning with radiators, air conditioning convectors or ventilation systems for air conditioning, a fundamental disadvantage that has to be accepted is that in winter the air temperature is higher than the radiant temperature of the walls and in summer the heat load due to the incidence of radiation through the windows can only be insufficiently compensated . In winter, this creates a climate that tends to relax rather than stimulate activity, because the additional warmth that people generate during physical work is not dissipated to the desired extent into the warm room air with movement.
In summer, on the other hand, if there is sufficient compensation for the heat load that is given by the incidence of radiation through the window,
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the air is cooled so much that too much heat is extracted from the side of the body facing away from the window.
For this reason, higher comfort requirements can only be met with radiant air conditioning that balances out or compensates for the one-sided radiation load and at the same time offers the possibility of keeping the air temperature lower than the radiation temperature in winter.
With the currently usual methods of radiant heating or radiant cooling through slightly tempered surfaces, however, these requirements are not yet met, because the tempered surfaces are not in radiation equilibrium with the other boundary surfaces of the room. These methods also suffer from the fact that temporary heat or cooling loads are not automatically compensated for by regulating the temperature-controlled surface to a constant temperature as would be necessary to maintain a comfortable room climate. This would have to be such.
B. in the event of a sudden incidence of sunlight, the entire energy of the incident radiation is only absorbed by the temperature-controlled surface itself and not by other surfaces that are heated by the radiation.
All these shortcomings of the known air conditioning methods are eliminated with the invention. It consists in the fact that the people in the room are supplied with or withdrawn radiant heat - both directly and by way of single or multiple, preferably diffuse reflections on reflective layers of the boundary surfaces of the room - for the most part through a radiation surface acting as a source or sink whose radiation temperature is kept at a constant value in the range of 30 C to 10 C (= 303 K to 283 K), and that at the same time the air in the room is kept almost in a state of equilibrium, i.e. in a motionless state.
With the arrangement according to the invention, this is achieved in that a surface used for supplying or removing heat is formed with an emissivity that almost reaches the value 1, that this surface is larger than the unshielded window surface, that to keep the Temperature of this radiant surface in the range of 30 to 10 C (= 303 K to 283 K) a heating resp.
Cooling system with control device is provided, and that finally most of the non-tempered boundary surfaces of the room, which have different surface temperatures, are provided with a layer which only slightly emits and strongly reflects the radiation of the specified temperature range compared to the radiation surface.
The heat penetration number is understood to be the product of thermal conductivity and thermal capacity per unit of mass. It is a measure of how much a surface or wall determines the heat content of the room and what amount of energy it withdraws or supplies from the room when the temperature deviates, in order to either dissipate it or store it in itself or supply it to the room.
Unless they are particularly well insulated from the outside, walls with a large number of heat penetrations act as icebergs in winter and as embers in summer. However, if these walls are provided on the room side with layers that have at least a low emissivity in the wavelength range from 3.5 ... 35 / r, their surface temperature only plays a subordinate role for the radiation emanating from them, because they are essentially the Reflect radiation that is seldom directed at them from the temperature-controlled radiation surface and from the window.
In order to make the temperature of the radiation reflected by them as independent as possible of the changing load on the room by the sky radiation, the part of the boundary surfaces designed as a radiation source is made larger than the unshielded window surface according to the invention.
In a preferred embodiment of the invention serve the same purpose on the non-tempered walls and in front of the window stretched thin polyethylene or polyester films, on the back in a thin layer of a metal such. B. gold, platinum or nickel is applied by evaporation, which partially transmits visible light and sometimes short-wave ultrared radiation in a thin layer, but reflects the temperature radiation of 300 K almost 100 percent. Since thin polyethylene and polyester films are transparent in the entire spectrum ranging from 0.4 / c to 35/1, this property of the thin metal layer is retained even when it is supported and protected by the polyethylene or polyester film.
Thus, the layer stretched out on the room side in front of the window allows the sky radiation penetrating the window with a short-wave, ultra-red component to penetrate into the room, but not the thermal radiation of the window glass. The visible, short-wave, ultra-red radiation entering the room heats the coated walls as a result of partial absorption by the wall paint applied behind the layer, but these heated walls practically do not radiate back into the room. As a result, a homogeneous radiation temperature balanced in all directions is imposed on the room, which radiation temperature is essentially determined by the temperature of the artificially tempered radiation surface.
If, therefore, the temperature of the radiant surface is kept at a constant value by adding or removing heat, this radiant surface immediately automatically absorbs the excess energy of a sudden solar radiation without the temperature of the heat-transferring pipe system of the air conditioning system having to be lowered.
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The method according to the invention thus has the following advantages over the known air-conditioning systems: The self-regulation to a constant radiation temperature is optimal and momentarily effective in the case of rapidly changing solar radiation. It is no longer necessary for the heating or cooling system of the air conditioning system to have a particularly low heat capacity.
The radiation temperature field is homogeneous and balanced in all directions.
Further advantages of the method according to the invention are that the heating and cooling times are not insignificantly shortened, and that a significant part of the heating and cooling power required in the known air conditioning methods is saved.
This is explained by the fact that, with the exception of the radiation surface, the boundary surfaces of the room no longer have to be tempered. The saving in heating and cooling capacity is also due to the fact that the reflective layer placed in front of the window prevents the room from radiating from the cold window, or the temperature radiation from the warmer window is shielded from the room.
The invention is also based on the knowledge that the human body in a room with still air and stable air stratification gives off its heat to a greater extent by radiation towards the cooler walls and to a lesser extent by air convection to the cooler room air.
In the formula established by Winslow, Herrington and Gagge
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which determines the ambient temperature T "which is effective for the basal metabolic rate of humans through the radiation temperature T, and the room air temperature TL, this is expressed in the fact that the radiation conductance KT in the draft-free with a balanced radiation temperature is hardly greater than the convection conductance K, in a comfortable environment, in which the body suffers neither a build-up of heat nor a cooling down is, according to a closer investigation, the following relationship between the radiation temperature t, expressed in degrees Celsius,
and the room air temperature tL fulfills: t, = A (20 C - tL) + (19 2) C. Here, the quantity A is a constant, which is about 0.14 for calm air and 0.09 s in horizontal direction of flowing air has a value of about 0.40. According to this relationship z. B. in winter with a room air temperature of + 10 C a refreshing, comfortable indoor climate with a radiation temperature of only 20.5 C or 23.0 C can be achieved. On the other hand, in summer z. For example, at a room air temperature of 30 C, the feeling of heat can be eliminated with a radiation temperature of 17.8 C or 15.0 C.
However, as already mentioned, in the method according to the invention the surface temperature of the surface designed as a radiation source deviates only slightly from the radiation temperature t 1. Therefore, the necessary heating or cooling capacity can be supplied to the room with such moderate temperature control of the radiant surface that it is now easily possible, that is, without additional air conditioning, to use underfloor heating or underfloor cooling. With the known radiant heating, such a possibility is not given because the radiant surface must be heated to 35 C during a cold period in winter and at this temperature the heat dissipation from the feet would be insufficient.
For the method according to the invention, however, the possibility of reintroducing underfloor heating or cooling is of particular importance, because the floor is precisely that part of the room delimitation areas in which the requirement for low emissivity can only be met with great difficulty in the long term. On the other hand, every floor has a very high emissivity in the spectral range of temperature radiation of 300 K, and therefore needs. Underfloor heating no further precautions must be taken on the floor.
In principle, the difference between radiation temperature ts and room air temperature tL can be freely selected with additional ventilation air conditioning. But even if only radiant air conditioning is carried out with moderately tempered cooling or heating surfaces, the radiant temperature and air temperature may differ greatly from one another, namely in summer, especially with underfloor cooling, the air temperature may be far above the radiant temperature and in winter especially with ceiling heating Air temperature may be considerably below the radiation temperature,
because in these two cases the surface temperatures of the vertical walls usually increase upwards and convection is not possible in the stably stratified air. Therefore, the radiant air conditioning according to the invention in winter satisfies increased comfort requirements even without additional ventilation air conditioning, in that it creates a pleasant climate that is perceived as refreshing, in which the physically working person can also dissipate the additional heat generated by movement through convection to the cooler air.
Where this stable equilibrium of the air stratification is canceled by one-sided cooling of the room by the windows and outer walls, special measures must be taken to reduce air convection to prevent the human body from experiencing a one-sided cooling that is generally perceived as uncomfortable.
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For this it is advisable to adjust the air temperature and the surface temperature of the reflective layers covering the window and the outside walls of the room to such an extent that the remaining air convection does not exceed a flow velocity of 0.1 m.
The air convections can also be prevented by stretching out foils, which allow the thermal radiation of 300 K to pass through only slightly weakened. In particular, cold parts of the ceiling can be rendered harmless in this way. The air is then separated from under the entire ceiling or just under the cold part of the ceiling with an air-impermeable layer that is transparent in the spectral range of the temperature radiation of 300 K.
The waste of cold air on windows and outer walls can finally be countered with additional heat sources attached under the window or on the baseboard, the radiation of which is primarily directed against the window or the wall by a reflector and therefore these at a relatively small angle of incidence meets. It is advantageous if the additional heat sources primarily emit short-wave ultrared radiation, which is noticeably absorbed by the layer covering the window on the room side or by the layer attached to the wall and for this reason heats the layer.