DD256241A3 - Verfahren zum lueften und heizen von gebaeuderaeumen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Landwirtschaft und hat die Senkung des Fremdenergieverbrauchs beim Heizen von Gebaeuderaeumen zum Ziel. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Lueften und Heizen unter Einsatz von Anlagen zur Gewinnung von Waermeenergie aus Anfallenergie zu schaffen, bei dem die einem Gehaeuse- bzw. Stallraum zugefuehrte Zuluft aus Aussenluft besteht, die von jedem Auftreffen auf Waermeuebertragungsflaechen von eingesetzten Waermerueckgewinnungsanlagen durch Anfallenergie vorgewaermt worden ist, wurde geloest, indem eine zuzufuehrende Mindest-Aussenluftmenge in mehrere Teilstroeme aufgeteilt und die infolge Abfuehrung aequivalenter Fortluftmengen in den Gebaeuderaum gesaugt wird, wobei oberhalb eines Sollwertes der Raumlufttemperatur eine Erwaermung der Aussenluftteilstroeme ueber Erdreich-Waerme oder Transmissionswaerme erfolgt und unterhalb eines Sollwertes der Raumlufttemperatur eine in mehreren Stufen ueber Erdreich-Waerme, Abluft-Waerme und gegebenenfalls zusaetzliche Fremdenergie ablaufende Erwaermung der zugefuehrten Aussenluft erfolgt, bevor diese in den Gebaeuderaum gelangt. Die Erfindung ist insbesondere in Gebaeuden der industriellen Tierproduktion anwendbar.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist zur Regulierung der Temperatur und der Zusammensetzung der Raumluft in geschlossenen Gebäuderäumen, insbesondere Stallräumen der industriemäßigen Tierproduktion vorgesehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Verfahren zum Heizen und Lüften von Gebäuderäumen unter Nutzung von Anfallenergie aus Abluft dieser Räume über Wärmerückgewinnungsanlagen bekannt, die als regenerative oder rekuperative Wärmeübertrager in unterschiedlichen Varianten ausgeführt sind. Diesen Verfahren, die einen Einsatz von Wärmerückgewinnungsanlagen voraussetzen, haftet der Nachteil an, daß sich jeweils auf der kalten Fläche des entsprechenden Wärmeübertragers eine Reif- bzw. Eisschicht aus dem Kondenswasser bildet, das aus der durch die kalte Außenluft stark abgekühlten Abluft ausgeschieden wird. Diese Reif- bzw. Eisbildung führt zu einer Vereisung der Durchtrittsöffnungen des Wärmeübertragers, die bis zu einem vollständigen Öffnungsverschluß fortschreiten kann, wobei die erzielbare Wärmerückgewinnung entsprechend absinkt und sogar aufhört. Zur Vermeidung dieses Mangels sind Verfahren bekannt, bei denen die Leistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung nur so hoch gewählt wird, daß kein Einfrieren der abluftseitigen Strömungswege auftreten kann. Die restliche Heizleistung muß durch eine Zusatzheizung erbracht werden, die mit Fremdenergie arbeitet. Dabei wird der Wärmeübertrager für die Zusatzheizung derart geschaltet, daß die kalte Außenluft entsprechend vorgewärmt und der Eispunkt auf der Abluftseite nicht unterschritten wird. Nachteilig hierbei ist der Fremdenergieverbrauch der Zusatzheizung, der bei Auslegungsbedingungen für Gebäude größerer Ausmaße etwa einen Anteil von 50% der Heizlast bzw. der erforderlichen Heizleistung beträgt.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird ein Teil der Außenluft, die bereits in der Wärmerückgewinnungseinrichtung erwärmtworden ist, in einem Beipaß von der Abströmseite zurZuströmseite zurückgeführt, wodurch die Eintrittstemperatur der Außenluft insgesamt angehoben und das Auftreten des Eispunktes vermieden wird. Der Beipaß erfördert aber einen erheblichen Material- und Energieaufwand sowie Aufwand der Regeltechnik, was letztlich keine wesentlich größere Leistung der Wärmerückgewinnung ermöglicht und den Einsatz einer Zusatzheizung mit großer Wärmeleistung erforderlich werden läßt.

Es sind auch Verfahren bekannt, deren zur Erwärmung von Außenluft genutzte Wärmerückgewinnungseinrichtung über spezielle Abtauschaltungen mit Heizgas von Reif- bzw. Eisansatz befreit werden. Ebenfalls eingesetzt wird eine bewegliche Platte, die beim Plattenrekuperator jeweils mehrere Plattenzwischenräurne außenluftseitig kontinuierlich zeitweise verschließt, damit in diesem Bereich die Kühlwirkung unterbricht und eine Abtauung des gebildeten Eisansatzes ermöglicht. Diese Arten der Abtauung erfordern erheblichen Energie- und Materialaufwand und entsprechende Vorrichtungen. Außerdem muß das auf der Abluftseite gebildete Eis mittels Wärmezufuhr abgetaut werden. Die hierfür erforderliche Energiezufuhr verringert innerhalb der Wärmebilanzrechnung die zurückgewonnene Wärmemenge oder/und muß als Fremdenergie zusätzlich aufgewendet werden.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat die Senkung des Fremdenergieverbrauches bei der Lüftung und Heizung von Gebäuderäumen, insbesondere von Tierställen zum Ziel, wobei gleichzeitig die zu Funktionsstörungen führenden Vereisungserscheinungen an den zum Einsatz kommenden Wärmerückgewinnungsanlagen vermieden werden sollen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Schaffung eines Verfahrens zum Heizen und Lüften eines Gebäuderaumes, insbesondere eines Tierstalles unter Einsatz von Anlagen zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Anfallenergie zugrunde, bei dem die dem Stallraum zugeführte Zuluft vollständig aus Außenluft besteht, die unter Nutzung von Anfallenergie soweit erwärmt worden ist, daß sich im Stallraum eine den jeweiligen Produktionsbedingungen und -anforderungen entsprechende Raumtemperatur und Raumluftzusammensetzung einstellt, wobei die Wärmeübertragungsflächen der eingesetzten Wärmerückgewinnungsanlagen, an denen eine Übertragung von Wärmeenergie aus der Abluft auf die Außenluft stattfindet, ausschließlich mit Außenluft beaufschlagt werden sollen, die mittels Anfallenergie vorgewärmt worden ist. Diese Aufgabe wurde durch die Entwicklung eines Verfahrens zum Heizen und Lüften von Gebäuderäumen, insbesondere Stallräumen, denen ständig Außenluft zugeführt werden muß, die auf eine von den jeweiligen Produktionsbedingungen im Stallraum abhängige Temperatur erwärmt worden ist, gelöst, bei dem eine dem Gebäuderaum zuzuführende Mindest-Außenluftmenge in mehrere Teilströme aufgeteilt und eine äquivalente Fortluftmenge aus dem Gebäuderaum abgeführt wird, wobei, solange die Raumlufttemperatur Werte aufweist, die oberhalb eines einstellbaren Sollwertes liegen, durch infolge zwangsweiser Fortluftabführung in Kombination mit freier Lüftung im Gebäuderaum entstehenden Unterdruckes Außenluftteilströme angesaugt und teilweise durch Übertragung von Transmissionswärme aus den Umfassungswänden des Gebäuderaumes und teilweise durch im Erdreich gespeicherte Energie erwärmt.werden, bevor sie in den Gebäuderaum gelangen und, sobald die Raumlufttemperatur infolge absinkender Außentemperatur einen Wert erreicht, der unterhalb eines Sollwertes liegt, eine Umschaltung erfolgt, wonach ein die Minimal-Außenluftmenge bildender Teilstrom zwangsweise über einen Ventilator angesaugt, mittels Erdreich-Wärme auf eine erste Temperaturstufe vorgewärmt, dann durch Wärme der Abluft des Stallraumes auf eine zweite Temperaturstufe weitererwärmt und danach entweder unmittelbar dem Gebäude- bzw. Stallraum zugeführt wird oder erst nachdem eine nochmalige Erwärmung auf eine dritte Temperaturstufe durch Übertragung von Wärme aus Fremdenergie und aus dabei anfallenden Abgasen stattgefunden hat, in den Gebäuderaum gefördert wird, wobei gleichzeitig ein durch eine bestimmte Abluftmenge gebildeter Teilstrom zwangsweise aus dem Gebäuderaum abgeführt und der Wärmeinhalt dieses Teilstromes teilweise auf den Teilstrom der Minimal-Außenluftmenge übertragen wird, sowie Teilluftströme, die sich als Differenz zwischen Mindest- und Minimal-Außenluftmenge ergeben, in den Gebäuderaum gesaugt werden, die durch Erdreich-Wärme bzw. Transmissionswärme vorgewärmt worden sind. Dabei kann die Erwärmung des die Minimal-Außenluftmenge bildenden Teilstromes von Außenluft in Abhängigkeit von der jeweiligen Witterungs- und Temperaturbedingung außerhalb des Stallraumes anstelle durch Wärmeenergie aus dem Erdreich, aus Abluft und gegebenenfalls aus Fremdenergie auch durch Wärmeenergie erfolgen, die in Form von Strahlungsenergie der durch Sonneneinstrahlung erwärmten Dachfläche des Stallraumes auf die Außenluft übertragen wird, die in den Bereich unterhalb des Daches des Stallraumes mittels Unterdruck eingesaugt und dann in erwärmten Zustand in das Stallrauminnere einströmt und dort gleichmäßig verteilt wird. Außerdem können durch Fortluftabführung weitere Teilströme in den Stallraum gesaugt und dort verteilt werden, die je nach den herrschenden Außentemperaturen zuvor über Erdreich-Wärmeenergie erwärmt oder gekühlt worden sind. Die Luftmengen der Abluft- bzw. Fortluftströme werden erfindungsgemäß an die jeweiligen Produktionsbedingungen des Gebäude- bzw. Stallraumes angepaßt und das Verhältnis von der Zuluftmenge bzw. Außenluftmenge des Teilstromes, der durch Wärmeenergie aus der Abluft erwärmt wird, zu der zugehörigen Menge des Abluftstromes wird kleiner 1, vorzugsweise mit einem Wert von ca. 0,5 eingestellt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird realisiert, indem eine Mindestaußenluftmenge, deren Zuführung zu einem geschlossenen Stall raum auch bei tiefen Außen- bzw. Umgebungstemperaturen von ca. — 15 bis —25°C notwendig ist, damit die zulässige maximale Schadstoffkonzentration nicht überschritten und gleichzeitig die erforderliche Wärmeenergiemenge zum Ausgleich der Wärmebilanz des Stallraumes auf einen Mindestwert eingestellt wird, aus der Umgebung angesaugt, in mehrere Teilströme aufgeteilt, im wesentlichen durch Anfallenergie auf die erforderliche Temperatur gebracht und dem Stall- oder Gebäuderaum in gleichmäßiger Verteilung zugeführt wird, während gleichzeitig aus diesem Raum eine äquivalente Fortluftmenge abgeführt wird. Solange die Raumlufttemperatur Werte aufweist, die oberhalb eines an einem Thermostat einstellbaren Sollwertes liegen, wird hierbei die Fortluft vorzugsweise über Dachschächte mit zugeordneten Ventilatoren und in Kombination mit Auftriebs- und Windkräften abgeführt, und es werden infolge des dadurch innerhalb des Gebäuderaumes entstehenden Unterdruckes Außenluftteilströme, zum Teil über Poren und Fugen der Umfassungswände des Gebäuderaumes und außerdem über Erdreich-Wärmeübertrager angesaugt und dabei durch Übertragung von Transmissionswärme aus diesen

Umfassungswänden sowie durch im Erdreich gespeicherte Energie erwärmt, bevor sie in den Gebäuderaum gelangen. Sobald die Raumlufttemperatur infolge absinkender Außentemperatur einen entsprechenden Sollwert erreicht, der an einem Thermostat eingestellt ist, wird eine Umschaltung vorgenommen, wodurch nun ein die Minimal-Außenluftmenge bildender Teilstrom zwangsweise über einen Ventilator angesaugt, mittels Erdreich-Wärme auf eine erste Temperaturstufe vorgewärmt, dann durch Wärme der Abluft des Gebäuderaumes mittels eines Abluft-Rekuperators auf eine zweite Temperaturstufe gebracht und danach, in Abhängigkeit von der durch die jeweiligen Außentemperaturen bestimmten Temperatur der Außenluft entweder unmittelbar dem Stallraum in gleichmäßiger Verteilung zugeführt wird oder erst nachdem eine nochmalige Erwärmung auf eine dritte Temperaturstufe durch Übertragung von Wärmeenergie stattgefunden hat, die teilweise aus Fremdenergie gewonnen und teilweise den Abgasen des hierbei durchgeführten Verbrennungsprozesses entnommen worden ist. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß ein die Minimal-Außenluftmenge zu der erforderlichen Mindest-Außenluftmenge ergänzender Teilstrom von Außenluft durch ein Zusammenwirken von Zwangslüftung und freier Lüftung, die infolge thermischen Auftriebs und/oder Windeinfluß hervorgerufener Unterdruckkräfte im Stallraum entsteht, angesaugt, durch Poren oder Schlitze der Stallraumwände hindurchgeführt und unter Übertragung von Transmissionswärmeenergie des Wandmaterials als vorgewärmte Zuluft in den Stallraum eingeleitet. Zusätzlich können erfindungsgemäß weitere Teilströme von vorgewärmter Zuluft bzw. Außenluft dem Stallraum zugeführt werden, indem über eine entsprechende Fortluftabführung und geeignete Wanddurchführungen Teilströme von Außenluft angesaugt werden, die vor ihrem Einströmen in den Stallraum durch Übertragung von Erdreich-Wärmeenergie bzw. Abgabe von Wärmeenergie an das Erdreich eines Erdreich-Wärmeübertragers, je nach den gegebenen Erfordernissen, erwärmt oder gekühlt worden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ferner vor, daß der die Minimal-Außenluftmenge bildende Teilstrom anstelle einer stufenweisen Erwärmung durch Erdreich-Wärmeenergie, Abluftwärmeenergie und Fremdenergie einschließlich zugehöriger Abgasenergie lediglich eine Erwärmung durch Wärmemenge erfährt, die von Sonneneinstrahlung in der Form abgeleitet ist, daß hierzu die Sonneneinstrahlung auf die Dachfläche des Stallraumes genutzt wird. Die Abluft- bzw. Fortluftmenge, die zur Erwärmung des die Minimal-Außenluftmenge bildenden Teilstromes herangezogen wird sowie die zum Ausgleich der Luftmengenbilanz des Stallraumes dienenden weiteren Teilströme von Außenluft werden den jeweiligen Produktionsbedingungen angepaßt, die innerhalb des Stallraumes hergestellt werden sollen. Das Verhältnis der Zuluftmenge des erstgenannten Teilstromes zur zugehörigen, Wärmeenergie abgebenen Abluftmenge wird kleiner als 1, vorzugsweise auf einen Wert von ca. 0,5 eingestellt.

Durch diese mehrstufige Wärmerückgewinnung und Anfallenergienutzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Verbindung mit einem Luftmengenverhältnis am eingesetzten Abluft-Rekuperator von Abluft zu Außenluft m_AB:m_AN wie 2:1 erreicht, daß eine Funktionsstörung infolge Reif- und Eisbildung am Abluft-Rekuperator auch bei tiefen Außenlufttemperaturen bis zu ca. -25°C vermieden wird.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Aufteilung der im Winterbetrieb erforderlichen Mindest-Außenluftmenge auf mehrere Teilströme kann der Teilstrom, der die Minimal-Außenluftmenge bildet, in seiner Menge so einjustiert werden, daß dessen Erwärmung mittels Erdreich-Wärmeenergie so hoch wird, daß mit Sicherheit kein Einfrieren des Abluft-Rekuperators auftreten kann, wobei die Investitionskosten für den Erdreich-Wärmeübertrager und den Abluft-Rekuperator vergleichsweise niedrig sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Abluftstrom, der aus dem Stallraum abgesaugt und zur Vorwärmung von Außenluft genutzt wird, ohne negative Auswirkungen auf die Wärmebilanz des Stallraumes größer als die Minimal-Außenluftmenge gewählt werden kann. Dadurch wird im zugehörigen Abluft-Rekuperator ein hoher Wärmerückgewinnungsgrad erreicht, d. h., daß der Teilstrom der Minimal-Außenluftmenge mit Hilfe der Abluft auf eine vergleichsweise hohe Temperatur erwärmt und die noch einzusetzende Fremdenergiemenge niedrig gehalten werden kann. Diese Erwärmung der Außenluft bzw. Zuluft mittels Fremdenergie ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise lediglich für den Ausnahmefall auftretender extremer Bedingungen vorgesehen, die u.a. hinsichtlich der geforderten Raumtemperaturen, derTemperaturen der Außenluft, der Größe der Heizlast und derTechnologie innerhalb des Gebäude- oder Stallraumes (z. B. Aufzucht von Jungtieren mit geringer Wärmeproduktion und sehr hohe Stallufttemperaturen) bestehen können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Verringerung der erforderlichen Fremdenergiemenge zur Erwärmung der einem Stall- oder Gebäuderaum auch im Winterbetrieb ständig zuzuführenden Außenluftmenge gegenüber den herkömmlichen Verfahren, wobei eine vorrichtungsmäßig einfache, funktionsstörungsfreie Nutzung von Anfallenergie zur Erwärmung von Teil-Außenluftströmen stattfindet, die durch Rückgewinnung eines Teiles der Transmissionswärmeverluste der zugehörigen Gebäudehüllkonstruktion ergänzt wird. Hierdurch kann der Fremdenergiebedarf für das Beheizen und Belüften von Gebäude- und Stallräumen erheblich gesenkt werden. _x

Claims (3)

1. Verfahren zum Heizen und Lüften von Gebäuderäumen, insbesondere Stallräumen, denen ständig Außenluft zuzuführen ist, gekennzeichnet dadurch, daß eine dem Gebäuderaum zuzuführende Mindest-Außenluftmenge in mehrere Teilströme aufgeteilt und eine äquivalente Fortluftmenge aus dem Gebäuderaum abgeführt wird, wobei, solange die Raumlufttemperatur Werte aufweist, die oberhalb eines einstellbaren Sollwertes liegen, durch Unterdruck, der im Gebäuderaum durch zwangsweise erfolgende Fortluftführung in Kombination mit Fortluftabführung über Auftriebs- und Windkräfte entsteht, Außenluftteilströme angesaugt und teilweise durch Übertragung von Transmissionswärme aus den Umfassungswänden des Gebäuderaumes und teilweise durch im Erdreich gespeicherte Energie erwärmt werden, bevor sie in den Gebäuderaum gelangen und sobald die Raumlufttemperatur infolge absinkender Außentemperaturen einen Wert erreicht, der unterhalb eines Sollwertes liegt, eine Umschaltung erfolgt, wonach ein die Minimal-Außenluftmenge bildender Teilstrom zwangsweise angesaugt, mittels Erdreich-Wärme auf eine erste Temperaturstufe vorgewärmt, dann durch Wärme der Abluft des Gebäude- bzw. Stallraumes auf eine zweite Temperaturstufe weitererwärmt und danach entweder unmittelbar dem Gebäudeoder Stallraum zugeführt wird oder erst nachdem eine nochmalige Erwärmung auf eine dritte Temperaturstufe durch Übertragung von Wärme aus Fremdenergie und aus den dabei anfallenden Abgasen stattgefunden hat, in den Gebäuderaum gefördert wird, wobei gleichzeitig ein, durch eine bestimmte Abluftmenge gebildeter Teilstrom zwangsweise aus dem Gebäuderaum abgeführt und der Wärmeinhalt dieses Teilstromes teilweise auf den Teilstrom der Minimal-Außenluftmenge übertragen wird, sowie Teilluftströme, die sich als Differenz zwischen Mindest- und Minimal-Außenluftmenge ergeben, in den Gebäuderaum gesaugt werden, die durch Erdreich-Wärme und/ oder Transmissionswärme vorgewärmt worden sind.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Erwärmung des Teilstromes, der die Minimal-Außenluftmenge bildet, anstelle durch Wärme aus dem Erdreich, aus Abluft und aus Fremdenergie durch Strahlungsenergie der durch Sonneneinstrahlung erwärmten Dachfläche des Stallraumes auf die Außenluft erfolgt, wobei ein Teilstrom in den Bereich unterhalb des Daches des Gebäude- oder Stallraumes mittels Unterdruck gesaugt wird und dann in erwärmtem Zustand in das Innere des Gebäude- oder Stallraumes eintritt und gleichmäßig verteilt wird.

3. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Luftmengen der Abluft- bzw. Fortluftströme an die jeweiligen Produktionsbedingungen des Gebäude- bzw. Stallraumes angepaßt werden und das Verhältnis von der Zuluftmenge des Teilstromes, der durch Wärmeenergie aus der Abluft erwärmt werden soll, zu der zugehörigen Menge des Abluftstromes kleiner 1, vorzugsweise mit einem Wert von ca. 0,5 eingestellt wird.