BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raum-Klimatisierung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Klimatisierungs-Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit volumen-geregeltem Frischluftkanal, mit Luftaustauscher und Abluftkanal.
Raumklimatisierungs-Anlagen sollen die Raumtemperatur auf einen gleichmässigen Wert halten, welcher als komfortabel empfunden wird, und andererseits die Frischluftzufuhr sicherstellen. Die Klimaanlage muss in der Lage sein, unterschiedlich starke Aufheizung der Räume durch verschiedenste Wärmequelen auszugleichen. Als Wärmequellen, welche den Raum während der Benutzungszeit aufheizen, kommen einerseits Geräte oder Maschinen infrage und andererseits die sich in den Räumen aufhaltenden Personen. Schliesslich spielen Wärmeeinstrahlungen, z. B. durch verglaste Fensterflächen, eine entscheidende Rolle in der Wärmebilanz der einzelnen Räume. Der Abbau der von solchen diffusen Quellen erzeugten Wärmeüberschüsse erfolgt mit Hilfe eines geregelten Luftaustausches. Damit der Regelungsprozess unter definierten Bedingungen ablaufen kann, sind Fenster in solchen Gebäuden geschlossen zu halten.
Daher muss auch die Frischluftzufuhr im System integriert sein, so dass verbrauchte und teilweise kontaminierte Raumluft regelmässig ersetzt wird.
Bekannte Raumklima-Einrichtungen enthalten einen Frischluftkanal, welcher im Vergleich zur Raumluft kühle Frischluft direkt in den Raum führt. Die Frischluft weist eine Temperaturdifferenz zur Raumluft von mehreren Grad Celsius auf. Im Einlassbereich zu den klimatisierten Räumen ist ein Mengen- oder Volumenregler, z. B. eine Ventilklappe, vorgesehen. Verbrauchte Luft wird aus dem Raum über einen Abluftkanal rückgeführt. Für Spezialzwecke, z. B. in Operationssälen, sind auch laminare Luftaustauscher oder Diffusoren Bei dieser Anwendung werden erhebliche Luftmengen über grossflächige Diffusoren in den Raum geführt, so dass ein starker Luftmengenaustausch ohne Rücksicht auf eigendynamische Gegebenheiten des Raumes stattfindet. In der allgemeinen Raumklimatisierung fanden Diffusoren mit laminarem Luftaustritt bisher keine Verbreitung.
Gemäss dem heutigen Stand der Technik wird Frischluft in Einzelstrahlen aufgeteilt und wie erwähnt mit hoher
Geschwindigkeit sowie mit einem relativ grossen Temperaturunterschied gegenüber der Raumluft in den Raum eingeblasen. Dieser markante Luftstrahl muss sich auf einer sehr geringen Distanz mit der Raumluft vermischen, um die gewünschte Mischtemperatur anzunehmen. Das Luftvo lumen in einem solchen Raum wird mit grosser Intensität umgewälzt. Dies führt zu einer hochturbulenten Raumluft strömung. Diese Erscheinungen sind der Grund dafür, dass bekannte lKlima-Einrichtungen in Räumen, in denen sich
Personen längere Zeit an der gleichen Stelle, z. B. sitzend am
Arbeitsplatz aufhalten, häufig als lästig empfunden werden.
Als Grund werden Zugserscheinungen und Lärmbelästigung durch ein- bzw. ausströmende Luft genannt. Solches Unbe hagen ist ein Grund für die relativ breite Ablehnung von Klimaanlagen.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass Klimaanlagen aus verschiedenen anderen Gesichtpunkten, insbesondere in Büro- und Geschäftsbauten, durchaus wünschenswert sind.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage zur Raumklimatisierung anzugeben, beziehungsweise bestehende Verfahren und Anlagen dahingehend zu verbessern, dass sie eine wesentliche Komfortverbesserung bewirken und dass sie gleichzeitig sowohl einen günstigeren Energiebedarf als auch einen geringeren Bauaufwand aufweisen als bekannte.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Raumklimaeinrichtung gemäss Patentanspruch 7 gelöst.
Ein solches Verfahren und eine solche Einrichtung besitzen erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen. In erster Linie werden die Komforteigenschaften der Klimaanlage ganz entscheidend dahingehend verbessert, dass sie von den Personen im Raum überhaupt nicht wahrgenommen, geschweige denn als störend empfunden wird.
Diese Eigenschaft ist eine Folge der Zuführung isothermer Frischluft mit nur geringer Strömungsgeschwindigkeit in den Raum. Verbrauchte und erwärmte Raumluft steigt selbsttätig im Raum nach oben und wird von dort abgeführt.
Sind grössere Kühlleistungen zu erbringen, wird dem Diffusor ein Wärmetauscher vorgeschaltet, der im Deckenbereich angebracht ist, so dass die aus dem Diffusor in den Raum eintretende Frischluft in diesem Fall ihr ursprüngliches Temperaturgefälle gegenüber der Raumluft im Wärmetauscher bereits zu grössten Teil ausgeglichen hat. Die in den Raum eintretende Frischluft selbst übt also in keinem Fall eine Kühlwirkung aus. Diese Luft dient praktisch ausschliesslich der Frischluftversorgung und wird über den Diffusor laminar von oben seitlich in den Raum geführt. Von dort aus verteilt sich die Luft gemäss der Raum-Eigendynamik, also gemäss den jeweils auftretenden und eventuell wechselnden Gegebenheiten, von selbst, ohne dass sich starke und damit störende Luftströmungen bemerkbar machen.
Wegen der geringeren Mengen der zu- und abgeführten Luft sind geringere Querschnitte für die Versorgungsleitungen erforderlich, was Platz- und Kosteneinsparungen zur Folge hat. Bedingt durch die Funktionsaufteilung ergibt sich ferner ein erheblich verbesserter Gesamtenergiebedarf, der z. B. nur ca. 40% des Energiebedarfs von konventionellen Anlagen bei sonst gleichen Voraussetzungen beträgt.
Ein weitere Vorteil der beruhigten Luftströmung im Raum ist die stark verbesserte Reinheit der Raumluft. Die Kontamination der Raumluft aufgrund von Luftturbulenzen und hoher Strömungsgeschwindigkeit wird reduziert.
Da die Frischluftzufuhr nicht mehr an mehreren Stellen mit hoher, für den Raumbewohner spürbarer Geschwindigkeit, sondern mit stark reduzierter Geschwindigkeit auf einer Seite im Raum erfolgt, besteht eine viel grössere Freiheit in der Einrichtung der Räume.
Schliesslich lässt sich durch die Verwendung eines direkt als Deckenelement ausgebildeten Wärmetauschers Bauhöhe einsparen, da separate Luftkanäle im Deckenbereich und damit eine zusätzliche abgehängte Decke überflüssig werden.
Da auch keine Doppelböden für die Klimaanlage erforderlich sind, kann dieser Bereich sofern erforderlich für andere Installationen, z. B. ausschliesslich für Elektroinstallationen, freigehalten werden. Wegen der geringeren Bauhöhe dieser Einrichtung kann insgesamt eine geringere Raum höhe in den Bauten eingehalten werden, was bei grösseren Gebäudehöhen zu erheblichen Verbesserungen der Bauzusnutzung, in Extremfällen zu zusätzlichen Etagen innerhalb einer vorgegebenen Bauhöhe führen kann. Die Regelung des Frischluftvolumens kann vorzugsweise durch Temperaturmessungen im Bereich des Diffusors erfolgen. In der Regel wird sich der Diffusor in der Nähe des Volumenreglers befinden, so dass die Installation einfach und kostensparend ist. Es sind keine separaten Raumthermostaten oder andere Sensoren innerhalb des klimatisierten Raumes erforderlich.
Zusätzliche Merkmale und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Ansicht eines zu klimatisierenden Raumes mit den Hauptbestandteilen der erfindungsgemässen Raumklimaeinrichtung,
Fig. 2 eine Aufsicht auf den Raum gemäss Figur 1 mit der Anordnung der Wärmetauscher im Deckenbereich, und
Fig. 3 den Schnitt 3-3 aus Fig. 2.
Gemäss dem gezeigten Beispiel ist die Klimaanlage an einen Frischluftkanal 1 und einen Abluftkanal 2 angeschlossen. Im Frischluftkanal 1 ist ein Volumenregler 3 angeordnet. Der Frischluftkanal 1 und der Abluftkanal 2 sind durch eine Installationsdecke 4 abgedeckt. Im zu klimatisierenden Raum kann ferner ein Wärmetauscher 5 vorgesehen sein, der im Beispiel als Deckenelement ausgebildet ist.
Sind nur geringe Kühlleistungen zu erbringen, kann auf den separaten Wärmetauscher verzichtet werden. Wie Figur 2 im einzelnen zeigt, ist im Beispiel der Frischluftkanal 1 direkt mit leistenartigen Hinlauf-Kanälen 5A des Wärmetauschers verbunden, welche an ihrem anderen Ende in Rücklauf Kanäle 5B übergehen. Die Ausgänge der Rücklauf-Kanäle 5B führen parallel auf einen Diffusor 6, welcher die Frischluft von der Decke aus nach unten gerichtet gemäss den Pfeilen A als Laminarströmung in den Raum treten lässt.
Vorzugsweise ist der Diffusor 6 auf einer Seite des Raumes angeordnet, welche einer Fenster- oder Fassadenseite 7 des Raumes gegenüberliegt. In grösseren Räumen ist der Diffusor vorzugsweise in durchgangsnahen Bereichen, also möglichst nicht über Arbeits- oder Aufenthaltsbereichen, angeordnet.
Figur 3 zeigt die Anordnung des als Deckenelement ausgebildeten Wärmetauschers an der Raumdecke 8. Es ist die Ausbildung der Hinlauf-Kanäle 5A und der Rücklauf Kanäle 5B als Rechteckrohre und ihre wechselseitige Anordnung direkt an der Raumdecke 8 zu erkennen.
Durch Geometrie und Dimensionierung der als statische Kühlelemente wirkenden Wärmetauscher-Lamellen wird eine mittlere Oberflächentemperatur der Decke eingestellt, welche annähernd gleich der mittleren Raumtemperatur ist.
Wird durch bauliche Auflagen bzw. durch sehr grosse Kühllasten eine Limite in der Geometrie der Kühlelemente erreicht, so wird der Wirkungsgrad der Kühllamellen durch Vergrösserung der freien Oberflächen innerhalb des Kanals erhöht.
Für sogenannte Hochleistungszonen können, wie im rechten Teil von Figur 3 zu erkennen ist, die Hinlauf-Kanäle SA und die Rücklauf-Kanäle 5B mit kleinen Luftaustausch öffnungen, z. B. mit Schlitzen 9 versehen sein, welche den Wärmeaustauschvorgang zwischen der Deckenelementwand und der das Deckenelement umgebenden Raumluft im Nahbereich des Wärmetauschers beschleunigt. Auf keinen Fall findet an dieser Stelle eine direkte Frischluftzuführung in die Aufenthaltszone des Raumes statt. Vielmehr bildet sich eine Art Mikroströmung ausschliesslich im Oberflächenbereich des Deckenelementes. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers 6.
Die vom Frischluftkanal 1 über den Volumenregler 3 in die Hinlauf-Kanäle 5A des Wärmetauschers 5 geführte Frischluft verliert über die vorzugsweise aus einem Metall oder einem anderen gut wärmeleitenden Material bestehenden Deckenelemente des Wärmetauschers einen Teil ihres Temperaturgefälles gegenüber der Raumluft. Auch bei ihrem Rückweg über die Rücklauf-Kanäle SB wird weiteres Wärmepotential von der Frischluft über den Wärmetauscher an die Raumluft abgegeben. Am Ausgang der Rücklauf Kanäle 5B wird die auf die zuvor beschriebene Weise nahezu auf Raumluft erwärmte Frischluft über den Diffusor 6 in den Raum eingeführt. Die aus dem Diffusor in den Raum eintretende Frischluft darf sich höchstens um 1 Grad C von der Raumtemperatur im Aufenthaltsbereich unterscheiden.
Die Austrittsgeschwindigkeit der aus dem Diffusor austretenden Frischluft beträgt grössenordnungsmässig 0,15 m/sec. Sie ist damit wesentlich geringer als die Austrittsgeschwindigkeit der in den Raum eingeführten Frischluft bei konventionellen Klimaanlagen, die ca. 1 bis 3 m/sec beträgt.
Die aus dem Diffusor 6 ausströmende Frischluft strömt nach unten in den Raum, wo sie ein Frischluftangebot bildet.
Verursacht durch die über den Raum verteilten diffusen Wärmequellen strömt die Frischluft horizontal zu den Wärmequellen und von diesen erwärmt vertikal zur Decke, wo sie den Deckenelementen entlang zu einem Austritt 10 strömt, der in den Abluftkanal 2 übergeht.
Ein nach oben gerichteter Warmluftstrom hat einen Zuluftstrom zur Folge, der direkt seitlich von der aus dem Diffusor 6 einströmenden Frischluft abgezweigt wird. Es bilden sich grössere Strömungswalzen, welche jedoch praktisch keine Turbulenzen verursachen, sondern eine Eigendynamik im Raum entwickeln, so dass im Raum vorhandene Hauptströmungen unterstützt werden. Solche Hauptströmungen sind die vom Diffusor 6 nach unten strömende Frischluft, Abzweigungen zu diffusen Wärmequellen, ferner die zur Fassadenseite hin gerichtete Strömung der Frischluft, schliesslich die im Fassadenbereich durch natürliche Aufheizung über die Fenster unterstützte Aufwärtsströmung sowie die Rückströmung im Deckenbereich entlang dem Wärmetauscher 5 zum Raumluftaustritt 10. Trotz der laminaren Frischlufteinführung in den Raum findet ein sehr guter Luftaustausch innerhalb des gesamten Raumes statt.
Dies ist in erster Linie auf die beschriebene Massnahmen im Hinblick auf eine optimale Ausnützung der Raumeigendynamik zurückzuführen.
Die Kombination von statischen Kühlflächen am Wärmetauscher 5 mit laminarem Lufteintritt über den Diffusor 6 sowie die Ausnützung der Eigendynamik für die Frischluftzufuhr des Raumes haben eine geringe, dem nicht klimatisierten Raum vergleichbare Raumluftgeschwindigkeit sowie eine gleichmässige Raumlufttemperaturverteilung im Aufenthaltsbereich zur Folge. Die Anlage arbeitet extrem geräuscharm und ist auch bei hohen Wärmelasten einsatzfähig, insbesondere wenn die Wärmetauscherelemente mit den zuvor erwähnten Mikro-Öffnungen 9 zur Verbesserung des Wärmeaustauschs versehen sind. Innerhalb des Raumes sind keine zusätzlichen Kanäle oder Installationsleitungen erforderlich. Die Höhe der Wärmetauscherelemente beträgt im typischen Beispiel ca. 15 cm, so dass die normale Raumhöhe für nichtklimatisierte Räume praktisch unverändert beibehalten werden kann.
Es sind also keine Doppeldecken nötig, welche bei konventionellen Klimaanlagen zusätzliche Raumhöhe erfordern. Durch die eigendynamische Raumluftströmung, die im wesentlichen von unten nach oben verläuft, und durch weitgehende Vermeidung einer Querströmung mit kontaminierter Luft wird die Schadstoffbelastung innerhalb der Raumluft äusserst gering gehalten.
Die Regelung der Frischluftzufuhr über den Volumenregler 3 erfolgt im Hinblick auf eine konstante Austrittstemperatur im Diffusor 6. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Temperatur der Primärluft, also der im Frischluftkanal 1 zugeführten Frischluft + 12 Grad Celsius, die Abluft im Abluftkanal 2 weist eine Temperatur von + 27 Grad Celsius auf, während die Raumtemperatur + 24 Grad Celsius beträgt. Die Differenztemperatur zwischen der Primärluft und der Abluft beträgt hier also 15 Grad Celsius.
Demgegenüber wird bei derzeit gebräuchlichen Klimaanlagen mit direkter Einführung der gekühlten Frischluft in den Raum mit einer Differenztemperatur von max. 8-10 Grad gearbeitet, was eine grössere Luftturbulenz und damit eine höhere Strömungsgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich und damit die unangenehmen störenden Nebeneffekte zur Folge hat.
Im einzelnen wird die gewünschte Austrittstemperatur und somit Raumtemperatur durch eine automatische Volumenstromanpassung, d. h. durch eine Temperatur-Volumen Kaskadenregelung erreicht. Dabei ist der das System führende Temperaturgeber, gegebenenfalls mit einem Messwandler, im Laminarflow-Diffusor 6 integriert. Das Regelungssystem arbeit nach dem Prinzip eines Variablen Volumenstromsystems WS .
Durch direkte Anordnung der Wärmetauscher 5 an der bauseitigen Decke 8, z. B. mit Hilfe von Montageschienen 13 gemäss Figur 3, kann die Decke mit ihrer Wärmespeicherkapazität direkt in das Wärmeaustauschsystem einbezogen werden. Dies übt eine zusätzliche stabilisierende Wirkung auf das Gesamtsystem und dessen Regelsystem aus und erhöht den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches.
In Abwandlung des beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels kann der Wärmetauscher auch in anderen geeigneten Bereichen des Raumes angeordnet sein. Wichtig ist auch in diesem Fall, dass die über den Frischluftkanal 1 zugeführte Frischluft zunächst den Wärmetauscher durchläuft und erst dann, nachdem sie nahezu auf Raumtemperatur erwärmt ist, in den Raum eingeführt wird.
Obwohl sich als Material für den Wärmetauscher 5 ein gut wärmeleitendes Material, z. B. ein Metall anbietet, kann er auch aus anderen Materialien, z. B. aus Kunststoff, gefertigt sein.
Der Einsatz einer derartigen Klimaanlage ist nicht auf die zuvor erwähnten Büro- oder Geschäftsräume beschränkt.
Auch in Test-, Labor- oder Fertigungsräumen, in denen ein ausgeglichenes Klima, insbesondere konstante Temperaturen verlangt werden, lässt sich die beschriebene Einrichtung mit Vorteil anwenden.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for room air conditioning according to the preamble of claim 1, and an air conditioning device for performing the method, with volume-controlled fresh air duct, with air exchanger and exhaust air duct.
Room air conditioning systems should keep the room temperature at an even value, which is perceived as comfortable, and on the other hand ensure the fresh air supply. The air conditioning system must be able to compensate for different levels of heating in the rooms using a wide variety of heat sources. Devices or machines that can be used to heat the room during the period of use, on the one hand, and the people in the room, on the other hand, are suitable as heat sources. Finally, heat radiation, e.g. B. through glazed window areas, a crucial role in the heat balance of the individual rooms. The excess heat generated by such diffuse sources is reduced with the help of a regulated air exchange. Windows in such buildings must be kept closed so that the control process can run under defined conditions.
Therefore, the fresh air supply must also be integrated in the system, so that used and partially contaminated room air is regularly replaced.
Known room climate devices contain a fresh air duct, which leads cool fresh air directly into the room compared to the room air. The fresh air has a temperature difference to the indoor air of several degrees Celsius. In the inlet area to the air-conditioned rooms, a volume or volume regulator, e.g. B. a valve flap provided. Used air is returned from the room via an exhaust air duct. For special purposes, e.g. For example, in operating rooms, laminar air exchangers or diffusers are also used. In this application, considerable amounts of air are led into the room via large-area diffusers, so that a large amount of air is exchanged regardless of the dynamics of the room. Diffusers with laminar air outlet have so far not been used in general air conditioning.
According to the current state of the art, fresh air is divided into individual jets and, as mentioned, with high
Speed and with a relatively large temperature difference compared to the air in the room. This distinctive air jet must mix with the room air at a very short distance in order to assume the desired mixing temperature. The air volume in such a room is circulated with great intensity. This leads to a highly turbulent indoor air flow. These phenomena are the reason that well-known l-climate facilities in rooms in which
People in the same place for a long time, e.g. B. sitting on
Stop work, are often perceived as annoying.
The reason for this is that there are drafts and noise pollution caused by incoming or outgoing air. Such discomfort is one reason for the relatively broad rejection of air conditioning systems.
However, it has been shown that air conditioning systems from various other points of view, especially in office and commercial buildings, are quite desirable.
It is an object of the present invention to provide a method and a system for room air conditioning, or to improve existing methods and systems in such a way that they bring about a significant improvement in comfort and that at the same time they have a lower energy requirement and less construction effort than known ones.
This object is achieved according to the invention by a method according to claim 1 and a room air conditioner according to claim 7.
Such a method and such a device have considerable advantages over known devices. First and foremost, the comfort properties of the air conditioning system are improved to such an extent that it is not noticed by the people in the room, let alone perceived as disturbing.
This property is a result of the supply of isothermal fresh air into the room with only a low flow rate. Used and heated room air automatically rises in the room and is removed from there.
If greater cooling capacities are to be achieved, the diffuser is preceded by a heat exchanger, which is installed in the ceiling area, so that in this case the fresh air entering the room from the diffuser has already largely compensated for its original temperature gradient compared to the room air in the heat exchanger. The fresh air entering the room itself has no cooling effect under any circumstances. This air serves practically exclusively for the supply of fresh air and is led into the room from above via the laminar diffuser. From there, the air distributes itself according to the room's own dynamics, i.e. according to the occurring and possibly changing conditions, without the strong and therefore disruptive air currents being noticeable.
Because of the smaller amounts of the air supplied and removed, smaller cross-sections are required for the supply lines, which results in space and cost savings. Due to the division of functions, there is also a significantly improved total energy requirement, which, for. B. is only about 40% of the energy requirements of conventional systems with otherwise the same conditions.
Another advantage of the calmed air flow in the room is the greatly improved purity of the room air. The contamination of the indoor air due to air turbulence and high flow velocity is reduced.
Since the fresh air supply is no longer at several points at a high speed that is perceptible to the room occupant, but at a greatly reduced speed on one side of the room, there is much greater freedom in furnishing the rooms.
Finally, by using a heat exchanger that is designed directly as a ceiling element, construction height can be saved, since separate air ducts in the ceiling area and thus an additional suspended ceiling are unnecessary.
Since no double floors are required for the air conditioning system, this area can be used for other installations, e.g. B. only for electrical installations. Because of the lower overall height of this facility, a lower overall room height can be maintained in the buildings, which can lead to considerable improvements in building use for larger building heights, in extreme cases to additional floors within a predetermined overall height. The fresh air volume can preferably be regulated by temperature measurements in the area of the diffuser. Typically, the diffuser will be located near the volume regulator, making installation easy and cost effective. No separate room thermostats or other sensors are required within the air-conditioned room.
Additional features and further advantages of the invention result from the following description.
The invention will now be explained in more detail on the basis of preferred exemplary embodiments with the aid of the drawings. Show it:
1 shows the schematic view of a room to be air-conditioned with the main components of the room air-conditioning device according to the invention,
Fig. 2 is a plan view of the room according to Figure 1 with the arrangement of the heat exchanger in the ceiling area, and
3 shows section 3-3 from FIG. 2.
According to the example shown, the air conditioning system is connected to a fresh air duct 1 and an exhaust air duct 2. A volume controller 3 is arranged in the fresh air duct 1. The fresh air duct 1 and the exhaust air duct 2 are covered by an installation ceiling 4. In the room to be air-conditioned, a heat exchanger 5 can also be provided, which in the example is designed as a ceiling element.
If only low cooling capacities can be achieved, the separate heat exchanger can be dispensed with. As FIG. 2 shows in detail, in the example the fresh air duct 1 is directly connected to strip-like inlet ducts 5A of the heat exchanger, which at the other end merge into return ducts 5B. The outputs of the return channels 5B lead in parallel to a diffuser 6, which allows the fresh air to enter the room downward from the ceiling in accordance with the arrows A as a laminar flow.
The diffuser 6 is preferably arranged on a side of the room which is opposite a window or facade side 7 of the room. In larger rooms, the diffuser is preferably arranged in areas close to the passageway, that is, preferably not over work or lounge areas.
FIG. 3 shows the arrangement of the heat exchanger designed as a ceiling element on the ceiling 8. The design of the inlet channels 5A and the return channels 5B as rectangular tubes and their mutual arrangement can be seen directly on the ceiling 8.
The geometry and dimensioning of the heat exchanger fins, which act as static cooling elements, set an average surface temperature of the ceiling, which is approximately equal to the average room temperature.
If a limit in the geometry of the cooling elements is reached due to structural requirements or very large cooling loads, the efficiency of the cooling fins is increased by increasing the free surfaces within the channel.
For so-called high-performance zones, as can be seen in the right part of Figure 3, the outflow channels SA and the return channels 5B with small air exchange openings, for. B. be provided with slots 9, which accelerates the heat exchange process between the ceiling element wall and the room air surrounding the ceiling element in the vicinity of the heat exchanger. Under no circumstances will there be a direct supply of fresh air to the room's lounge area. Rather, a type of micro flow is formed exclusively in the surface area of the ceiling element. This improves the efficiency of the heat exchanger 6.
The fresh air led from the fresh air duct 1 via the volume controller 3 into the inlet ducts 5A of the heat exchanger 5 loses part of its temperature gradient with respect to the ambient air via the ceiling elements of the heat exchanger, which are preferably made of a metal or another good heat-conducting material. When they return via the return channels SB, additional heat potential is released from the fresh air via the heat exchanger to the room air. At the exit of the return channels 5B, the fresh air, which is almost warmed to room air in the manner described above, is introduced into the room via the diffuser 6. The fresh air entering the room from the diffuser may differ by a maximum of 1 degree C from the room temperature in the lounge area.
The exit velocity of the fresh air emerging from the diffuser is of the order of 0.15 m / sec. It is therefore significantly lower than the exit speed of the fresh air introduced into the room in conventional air conditioning systems, which is approximately 1 to 3 m / sec.
The fresh air flowing out of the diffuser 6 flows down into the room, where it forms a supply of fresh air.
Caused by the diffuse heat sources distributed over the room, the fresh air flows horizontally to the heat sources and warms them vertically to the ceiling, where it flows along the ceiling elements to an outlet 10 which merges into the exhaust air duct 2.
A warm air flow directed upward results in a supply air flow which is branched off directly to the side from the fresh air flowing in from the diffuser 6. Larger flow rolls are formed which, however, cause practically no turbulence, but rather develop their own dynamics in the room, so that main flows in the room are supported. Such main flows are the fresh air flowing down from the diffuser 6, branches to diffuse heat sources, further the flow of the fresh air directed towards the facade, finally the upward flow supported in the facade area by natural heating via the windows and the backflow in the ceiling area along the heat exchanger 5 to the room air outlet 10. Despite the laminar fresh air intake into the room, there is a very good air exchange within the entire room.
This is primarily due to the measures described with regard to an optimal use of the room's own dynamic.
The combination of static cooling surfaces on the heat exchanger 5 with laminar air inlet via the diffuser 6 and the use of the dynamics for the fresh air supply to the room result in a low room air speed comparable to the non-air-conditioned room and a uniform room air temperature distribution in the lounge area. The system works extremely quietly and can also be used at high heat loads, especially if the heat exchanger elements are provided with the aforementioned micro-openings 9 to improve the heat exchange. No additional ducts or installation lines are required inside the room. In the typical example, the height of the heat exchanger elements is approximately 15 cm, so that the normal room height for non-air-conditioned rooms can be kept practically unchanged.
So there is no need for double ceilings, which require additional room height in conventional air conditioning systems. Due to the intrinsically dynamic room air flow, which essentially runs from bottom to top, and by largely avoiding a cross flow with contaminated air, the pollution in the room air is kept extremely low.
The regulation of the fresh air supply via the volume controller 3 takes place with regard to a constant outlet temperature in the diffuser 6. In a preferred exemplary embodiment, the temperature of the primary air, that is to say the fresh air supplied in the fresh air duct 1, is + 12 degrees Celsius, and the exhaust air in the exhaust air duct 2 has a temperature of + 27 degrees Celsius, while the room temperature is + 24 degrees Celsius. The temperature difference between the primary air and the exhaust air is 15 degrees Celsius here.
In contrast, currently used air conditioning systems with direct introduction of the cooled fresh air into the room with a differential temperature of max. 8-10 degrees worked, which results in greater air turbulence and thus a higher flow velocity in the lounge area and thus the unpleasant disturbing side effects.
In detail, the desired outlet temperature and thus room temperature is determined by an automatic volume flow adjustment, i. H. achieved by a temperature-volume cascade control. The temperature sensor leading the system, possibly with a measuring transducer, is integrated in the laminar flow diffuser 6. The control system works on the principle of a variable volume flow system WS.
By direct arrangement of the heat exchanger 5 on the on-site ceiling 8, for. B. with the aid of mounting rails 13 according to Figure 3, the ceiling with its heat storage capacity can be included directly in the heat exchange system. This has an additional stabilizing effect on the overall system and its control system and increases the efficiency of the heat exchange.
In a modification of the described preferred embodiment, the heat exchanger can also be arranged in other suitable areas of the room. It is also important in this case that the fresh air supplied via the fresh air duct 1 first passes through the heat exchanger and is only introduced into the room after it has warmed up to almost room temperature.
Although the material for the heat exchanger 5 is a good heat-conducting material, e.g. B. offers a metal, it can also be made of other materials, e.g. B. made of plastic.
The use of such air conditioning is not limited to the office or business premises mentioned above.
The described device can also be used with advantage in test, laboratory or production rooms in which a balanced climate, in particular constant temperatures, is required.