DE10019543A1

DE10019543A1 - Zuluftelement

Info

Publication number: DE10019543A1
Application number: DE2000119543
Authority: DE
Inventors: Philip Leistner; Michael Leistner; Stefan Zimmermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019543C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zuluftelement, bestehend aus einem nach unten offenen quaderförmigen Gehäuse, in dessen Oberseite eine runde Ansaugöffnung zentral angeordnet ist, durch die ein Ventilator Luft fördert, und die zentral angesaugte Luft durch zwei Kanäle zu diagonal gegenüberliegenden Strömungsöffnungen in einem ersten Zwischenboden unter dem Ventilator strömt, wobei die Kanäle von Wandflächen des Gehäuses vom Zwischenboden sowie von strömungsführenden Flächengebilden begrenzt werden, und die Luft durch die Strömungsöffnungen in zwei weitere, unter dem ersten Zwischenboden verlaufende Kanäle gelangt, die von strömungsführenden Flächengebilden vor einem zweiten Zwischenboden sowie von einer senkrechten Trennwand und den Seitenflächen des Gehäuses begrenzt werden und die zwei Ausblasöffnungen auf der offenen Unterseite des Gehäuses münden, und die strömungsführenden Flächengebilde zusammen mit den angrenzenden durchströmten oder nichtdurchströmten Volumina und als Schallabsorber ausgeführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zuluftelement, bestehend aus einem nach unten offenen quaderförmigen Gehäuse (1), in dessen Oberseite eine runde Ansaugöffnung (2) zentral angeordnet ist, durch die ein Ventilator (3) Luft fördert, die durch zwei Kanäle zu diagonal gegenüberliegenden Strö mungsöffnungen (4) in einem ersten Zwischenboden (5) unter dem Ventilator (3) strömt, wobei die Kanäle von Wandflächen des Gehäuses (1), vom Zwischenboden (5) sowie von strömungsführenden Flächengebilden (6) begrenzt werden, und die geförderte Luft anschließend durch die Strömungsöffnungen (4) in zwei weitere, unter dem ersten Zwischenboden (5) verlaufende Kanäle gelangt, die von strömungsführenden Flächengebilden (8) vor einem zweiten Zwischenboden (10) sowie von einer senkrechten Trennwand (11) und den Seitenflächen des Gehäuses (1) begrenzt werden und in zwei Ausblasöffnungen (12) auf der offenen Unterseite des Gehäuses (1) münden, wobei die strömungsführenden Flächengebilde (6) und (8) zusammen mit den angrenzenden durchströmten oder nichtdurchströmten Volumina (7) und (9) als Schallabsorber ausgeführt sind.

Stand der Technik

Bei der intensiven Belüftung von Räumen, z. B. Reinräumen zur Herstellung mikroelektronischer und pharmazeutischer Produkte, kommen großflächige Lüftungssysteme, vorzugsweise Lüftungsdecken zum Einsatz, die aus quaderförmigen Lüftungselementen zusammengesetzt sind. Diese Lüftungselemente müssen bezüglich ihrer Grundfläche in ein gegebenes Rastermaß passen und strömungstechnischen Anforderungen (Volumenfluß, Druckdifferenz) genügen. Darüber hinaus ist die erzeugte Schallemission im belüfteten Raum reglementiert und damit ein wesentliches Qualitätsmerkmal.

Die Lüftungselemente bestehen aus den Hauptkomponenten Gehäuse, Ventilator und Komponenten zur Strömungsführung und Schalldämpfung. Die überwiegend verwendeten Radialventilatoren werden so eingebaut, daß die Ansaugöffnung in Richtung Deckenhohlraum weist und der Ventilator horizontal (senkrecht zur Drehachse) ausbläst. Diese Anordnung gewährleistet eine geringe Bauhöhe der Lüftungssysteme. Bezüglich der Grundfläche der Lüftungselemente werden die Radialventilatoren entweder mittig (z. B. US 4560395, US 5876279, US 5297990) oder im Randbereich (US 5462484, DE 42 38 595) positioniert. Dementsprechend kann sich die ausgeblasene Luft zunächst allseitig verteilen oder wird sofort in einen Kanal geleitet. Auf der Ausblasseite der Radialventilatoren sind entweder das Gehäusevolumen zur Luftverteilung oder der Kanal mit schalldämpfendem porösen oder faserigen Material ausgekleidet. Nach dem die Luft horizontal geführt wurde, folgen seitlich entweder Ausblasöff nungen mit Leitschaufeln (US 5462484) und andere Vorrichtungen (z. B. US 4560395) zur Luftverteilung oder vertikale, ebenfalls mit porösem oder faserigem Material schalldämpfend ausgekleidete Kanalabschnitte (US 5876279, US 5297990) mit anschließenden Ausblasöffnungen. Auf der Unterseite der Lüftungselemente befindet sich vollflächig ein Filter, durch das die Luft in den Raum gelangt.

Erfindungsbeschreibung

Das erfindungsgemäße Zuluftelement, Fig. 1, ist in einem quaderförmigen Gehäuse (1) untergebracht, dessen Grundfläche dem vorgegebenen bauli chen Rastermaß z. B. einer Lüftungsdecke entspricht. Die Luft wird durch eine runde Ansaugöffnung (2) in der Oberseite des Gehäuses (1) mit einem Ventilator (3) angesaugt, der sich mittig und unmittelbar unter der Oberseite des Gehäuses (1) befindet. Unter dem Ventilator (3) und parallel zur Oberseite des Gehäuses (1) ist ein erster Zwischenboden (5) angeordnet, der in zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken Strömungsöffnungen (4) frei läßt. Der erste Zwischenboden (5) und der obere Teil der Gehäuses (1) bilden ein quaderförmiges Volumen, in dem die vom mittig angeordneten Ventilator (3) ausgeblasene Luft in zwei diagonale kanalartige Bereiche zu den Strömungsöffnungen (4) strömt. Die diagonale Positionierung der Strömungsöffnungen (4) im Zwischenboden (5) ist von besonderer Bedeutung, da sie das sich einstellende Geschwindigkeitsprofil der Luftströmung in einem solchen Volumen zur Luftverteilung berücksichtigt. Dieses Profil ist dadurch gekennzeichnet, daß die höchsten Geschwindigkeitswerte in zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken des Volumens auftreten. Die Drehrichtung des Ventilators (3) bestimmt, in welchen diagonal gegenüberliegenden Ecken die Strömungsöffnungen (4) vorzusehen sind. Trifft die Luftströmung ausschließlich in diesen Ecken auf Öffnungen zum Ausströmen, ist erstens ein minimaler Druckverlust zu erwarten. Zweitens werden andere Bereiche des Volumens, wie die verbleibenden Ecken, für schallabsorbierende Einbauten nutzbar, z. B. Flächengebilde (6) in Form mikroperforierter Blech- oder Kunststoffplatten mit rückseitig luftgefüllten Volumina (7), die insbesondere bei tiefen Frequenzen in Raumecken besonders wirksam sind. Drittens dienen die Flächengebilde (6) bei entsprechender Gestaltung der optimalen Strömungsführung zu den Strömungsöffnungen (4). Darüber hinaus bieten die zwei diagonal an den Ventilator (3) angeschlossenen Strömungskanäle durch die Wahl des Abstandes zwischen Laufrad und den Flächengebilden (6) sowie dessen Formgebung neuartige Möglichkeiten zur Optimierung der Aerodynamik und Minimierung der Ge räuscherzeugung im erfindungsgemäßen Zuluftelement.

Diese neue Einstellmöglichkeit erinnert an Radialventilatoren in Spiralgehäusen, d. h. mit nur einem Abströmkanal, bei denen der Abstand zwischen Laufrad und Austrittszunge des Spiralgehäuses den aerodynamischen Betriebspunkt und die aerodynamische Schallerzeugung mitbestimmt. Unterhalb des ersten Zwischenbodens (5) schließt sich an jede Strömungsöffnung (4) je ein Kanal an, der unter dem Zwischenboden (5) entlang einer Seitenfläche der Gehäusehaube (1) verläuft. Diese beiden Kanäle sind durch eine Trennwand (11) voneinander getrennt und mit Flächengebilden (8) ausgekleidet, die, jeweils zusammen mit ihrem rückseitigen Volumen (9) bis zum zweiten Zwischenboden (10), als Schalldämpfer ausgeführt sind. Durch diese gerade Kanalführung, deren Länge nahezu einer Seitenlänge - vorteilhaft ist die größte seitliche Ab messung - des Gehäuses (1) entspricht, wird mit geringem Druckverlust die maximal mögliche Dämpferlänge genutzt. Die Kanäle münden schließlich in Ausblasöffnungen (12) auf der offenen Unterseite des Gehäuses (1). Die sich ergebende ebenfalls diagonale Anordnung der Ausblasöffnungen (12) unterstützt eine gleichmäßige Luftverteilung vor einem anschließenden Filter an der Unterseite des Gehäuses (1).

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zuluftelementes sind:

- strömungsführende Flächengebilde (6) und (8) in Form mikroperforierter Folien oder Platten vor luftgefüllten Volumina (7) und (9) als schalldämpfende Resonanzsysteme (DE 197 30 355, DE 43 15 759, DE 44 37 196, EP 0697051),
- strömungsführende Flächengebilde (6) und (8) in Form perforierter Folien oder Platten vor mit Luft oder schallabsorbierendem Material gefüllten Volumina (7) und (9),
- strömungsführende Flächengebilde (6) und (8) in Form geschlossener Folien oder Platten vor mit Luft oder schallabsorbierendem Material gefüllten Volumina (7) und (9),
- die Kombination ebener Plattenabsorber (DE 195 06 511), reaktiver Schalldämpfer (z. B. DE 35 04 208) oder aktiver Schalldämpfer (EP 0898774) mit breitbandig hoher Dämpfung hinter den Flächengebilden (8),
- die Verwendung schallundurchlässiger Flächengebilde (6) und statt dessen Mikroperforation des Zwischenbodens (5) unter dem luftgefüllten Volumen (7) zur weiteren Schalldämpfung im Bereich der Ausblasöffnungen (12),
- zusätzliche abgerundete Formkörper aus faserfreien, schallabsorbierenden Bauteilen in Umlenkungen und Ecken zur Verbesserung der Strömungsführung und Schalldämpfung,
- Wandflächen (Gehäusehaube (1), Zwischenböden (5) und (10), Trenn wand (11)) mit ausreichender Schalldämmung, um die Schallausbrei tung durch diese Flächen zu verhindern.

Vorteile gegenüber dem Stand der Technik

Der Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Zuluftelementes ist eine kon struktiv besonders einfache Bauweise, die sich durch wenige und teilweise gleichförmige Komponenten auszeichnet. Die Zwischenböden (4) und (10) sind z. B. von gleicher Form und lediglich um 180 Grad gedreht eingebaut. Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Zuluftelementes gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich aus einer räumlichen Aufteilung, die das spezifische Strömungsprofil berücksichtigt, das ein mittig angeordneter Ventilator in einem quaderförmigen Gehäuse erzeugt. Dadurch läßt sich mit geringem Druckverlust im Verlauf der Strömungsführung ein Maximum an gerader Schalldämpferstrecke realisieren. Diese gerade Dämpferstrecke vereinfacht den Einsatz bzw. die Kombination von schallabsorbierenden Materialien und Bauteilen. Weiterhin werden räumliche Bereiche (Ecken im Luftverteilungsvolumen) für schallabsorbierende Bauteile frei, in denen diese Bauteile besonders wirksam sind. Die Nutzung dieser Volumina für Hohlraumresonatoren, die sich im Frequenzbereich gezielt auch auf tiefe Frequenzen abstimmen lassen, führt zusammen mit den übrigen Schalldämpfern zu einem Opti mierungspotential mit dem Ziel eines besonders geräuscharmen Zuluftele mentes, das völlig ohne faserige Materialien auskommt. Zugleich strömt die transportierte Luft über mehrere, in der Austrittsebene symmetrisch verteilte Öffnungen aus, so daß bei einem nachfolgenden vollflächigen Filter in diesem Bereich keine konstruktiv aufwendigen Maßnahmen zur Luftverteilung benötigt werden.

Beschreibung der Bilder

Fig. 1: Perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zuluftelementes

Fig. 2: Schnittzeichnung (in der Ebene über dem Zwischenboden (5)) einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zuluftelementes

Fig. 3: Schnittzeichnung (in der Ebene unter dem Zwischenboden (5)) einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zuluftelementes

Fig. 4: Schnittzeichnung (entlang der längeren Seitenabmessung des Gehäuses (1)) einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zuluftelementes

Fig. 5: Schnittzeichnung (entlang der kürzeren Seitenabmessung des Gehäuses (1)) einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zuluftelementes

Claims

1. Zuluftelement, bestehend aus einem nach unten offenen quaderförmigen Gehäuse (1), in dessen Oberseite eine runde Ansaugöff nung (2) zentral angeordnet ist, durch die ein Ventilator (3) Luft fördert, dadurch gekennzeichnet, daß
die zentral angesaugte Luft durch zwei Kanäle zu diagonal gegenüberliegenden Strömungsöffnungen (4) in einem ersten Zwi schenboden (5) unter dem Ventilator (3) strömt, wobei die Kanäle von Wandflächen des Gehäuses (1), vom Zwischenboden (5) sowie von strömungsführenden Flächengebilden (6) begrenzt werden,
die Luft durch die Strömungsöffnungen (4) in zwei weitere, unter dem ersten Zwischenboden (5) verlaufende Kanäle gelangt, die von strömungsführenden Flächengebilden (8) vor einem zweiten Zwischenboden (10) sowie von einer senkrechten Trennwand (11) und den Seitenflächen des Gehäuses (1) begrenzt werden und in zwei Ausblasöffnungen (12) auf der offenen Unterseite des Gehäuses (1) münden,
die strömungsführenden Flächengebilde (6) und (8) zusammen mit den angrenzenden durchströmten oder nichtdurchströmten Volumina (7) und (9) als Schallabsorber ausgeführt sind.

2. Zuluftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsführenden Flächengebilde (6) und (8) aus mikroperforierten Blechen oder Kunststoffen bestehen.

3. Zuluftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsführenden Flächengebilde (6) und (8) aus schalldurchlässig perforierten Blechen oder Kunststoffen bestehen und mit einem gewebeartigen Stoff oder Vlies bespannt sind.

4. Zuluftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsführenden Flächengebilde (6) und (8) aus geschlossenen dünnen Schichten, z. B. Folien oder Platten, aus Metall oder Kunststoff bestehen.

5. Zuluftelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Volumina (7) und (9) hinter den strömungsführenden Flächengebilden (6) und (8) schallabsorbierendes Material, z. B. offenporiger Schaum, angeordnet ist.

6. Zuluftelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Volumen (9) hinter den strömungsführenden Flächengebilden (8) reaktive Schalldämpfer angeordnet sind.

7. Zuluftelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Volumen (9) hinter den strömungsführenden Flächengebilden (8) aktive Schalldämpfer angeordnet sind.

8. Zuluftelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Zwischenbodens (5) im Bereich des Volumens (7) hinter dem strömungsführenden Flächengebilde (6) analog zu den übrigen strömungsführenden Flächengebilden (6) ausgeführt ist.

9. Zuluftelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß abgerundete Formkörper aus schallabsorbierenden Bauteilen in Umlenkungen und Ecken angeordnet sind.