DE10036079A1

DE10036079A1 - Gerät für Wärmerückgewinnung und Feuchtigkeitsregulierung aus der Abluft von Gebäuden

Info

Publication number: DE10036079A1
Application number: DE10036079A
Authority: DE
Inventors: Guenther Geyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-07

Abstract

Eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung und Feuchtigkeitsregulierung in Gebäuden ist versehen mit DOLLAR A - einer Frischluft-Zuführung (4) in das Gebäude, DOLLAR A - einer Abluft-Abführung (5) aus dem Gebäude, DOLLAR A - einem Tauscherbehälter (3), der über getrennte Kammern (13, 14) von der eintretenden Frischluft bzw. der austretenden Abluft durchströmt wird, DOLLAR A - einem Tauschermedium (20) zur zyklischen Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Wärme und Feuchtigkeit, das in einer beide Kammern (13, 14) durchsetzenden Wechseleinheit (16) im Tauscherbehälter (3) angeordnet ist, und DOLLAR A - einer Antriebsanordnung (19) für die Wechseleinheit (16), die den in der Abluftkammer (14) liegenden Teil des Tauschermediums (20), der im Betrieb der Vorrichtung mit Feuchtigkeit und Wärme beladbar ist, in die Frischluftkammer (13) zur Abgabe der gespeicherten Wärme und Feuchtigkeit überführt und umgekehrt.

Description

Durch die Energiesparverordnung ESVO 2000 wird der Heizbedarf neu errichteter Wohneinheiten in Zukunft weiter abnehmen. Die Isolierung der Außenhülle eines Hauses wird immer besser, so daß der Transmissionswärmebedarf durch den Wärmeverlust durch die Hülle erheblich reduziert wird. Auch die Dichtheit der einzelnen Gebäudeteile führt zu erheblichen Einsparungen, was aber zur Folge hat, daß der Lüftungswärmebedarf einen höheren Anteil am Gesamtwärmebedarf eines Gebäudes einnimmt.

Aus vorgenannten Verhältnissen ist ein ordentlicher Luftaustausch gemäß den Vorschriften nicht mehr gewährleistet, indem man denselben durch Öffnen von Türen oder Fenster herbeiführen will. Eine stark schwankende Luftdruckqualität sowie ein angenehmes Wohnraumklima kann nur durch eine kontrollier te Gebäudelüftung herbeigeführt werden. Ein weiterer Nachteil ist, daß durch das Lüften mit Fenstern unnötig Wärme verloren geht, was wiederum zu einem unkontrollierten Verbrauch führt.

Um ein angenehmes Wohnraumklima auch in kalten Zeiten zu gewährleisten, muß für eine Luftfeuchtig keit von ca. 50% relativer Feuchte gesorgt werden. Dazu ist zu beachten, daß außer der Wärmerück gewinnung auch die Feuchtigkeit innerhalb eines Gebäudes zurückgehalten wird. Die bisher verwen deten kontrollierten Lüftungsanlagen weisen Wirkungsgrade um 50% bis 60% aus. Wenn man die bis herigen Kosten dieser Lüftungsanlagen den Kosten der tatsächlichen Gewinnung gegenüber stellt, wird ein finanzielles Patt erzielt, was für die Zukunft nicht wirtschaftlich sein kann. Die bisher bekannten Wärmerückgewinnungsgeräte waren mit einem Kreuzstromwärmeaustauscher versehen, dessen Rück gewinnung wirkungsgradmäßig sehr schlecht war. Außerdem wurde keinerlei Feuchtigkeitsregulierung erzielt.

Die Zielsetzung bei unserer Entwicklung des neuen Gerätes war:

a) den Wirkungsgrad zu erhöhen;
b) ein besseres Wohnraumklima zu schaffen;
c) die Kosten zu minimieren

Lösungsidee und Marktpotential

Nachdem die neue Energiesparverordnung eingeführt wird, ist mit einer weiteren Absenkung des maxi malen Heizenergiebedarfs von Wohnbauten zwischen 25% und 30% zu rechnen. Das von uns geplante Passivhaus wird anstatt der 100 KWh/m² beheizter Nutzfläche nur noch ca. 20 KWh/m² beheizter Nutz fläche betragen. Durch die Schüttpackung eines Materials, das Feuchtigkeit und Wärme gleichzeitig auf nimmt, wird garantiert, daß man Wirkungsgrade von ca. 90% erzielt. Durch Filter und einer öfteren Auf heizung bis zu 100 Grad des Schüttgutes sowie der darüber geführten Luft wird eine hygienische Unbe denklichkeit sichergestellt. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades des Schüttgutwärmeaustauschers wird die Wärme fast vollständig zurückgewonnen. Durch die Filterung und Erhitzung sind die Geräte auch gut für den Einbau bei Allergikern.

Das von uns gebaute Wärmerückgewinnungsgerät wird einfach und mit wenigen Komponenten aufge baut, so daß ein Gerät mit einem besonders guten Preis-/Leistungsverhältnis entsteht. Wenn man be denkt, daß vermutlich in Zukunft Kosten für Strom, Öl und Gas besteuert werden, außerdem der Wärme bedarf um ca. 80% zurückgeführt werden kann und die Forderungen der Wärmeschutzverordnung 1995 eingehalten werden, ist mit einem großen Marktpotential zu rechnen.

Die Anlagen werden in den kommenden Monaten in Musterhäuser eingebaut und erprobt, so daß voll ständige Ergebnisse noch vor der Einführung der Energiesparverordnung ESVO 2000 vorliegen.

Aufbau und Lösungsidee

Das Gerät ist, wie aus beiliegender Zeichnung ersichtlich ist, wie folgt aufgebaut:

Über jeweils einen Kompaktventilator wird

a) Frischluft zugeführt;
b) die Abluft abgeführt.

Der Schüttgutwärmeaustauscher ist in runder Form, die genau mittig geteilt ist mti einer Fläche von ge samt ca. 400 cm² und einer Stärke zwischen 8 cm und 10 cm aufgebaut und angeordnet. Jeweils die Hälfte des Rundells wird mit Außenluft bzw. Abluft durchflossen. In der Hälfte der Abluftzuführung wird Wärme und Feuchtigkeit zurückgehalten. Im Bereich der Zuluft wird die eingespeicherte Feuch tigkeit und Wärme den Räumen wieder zugeführt. Durchnässungen an den Seiten der Schüttungen werden Speicherung und Entladung aufgezeichnet. Je nach diesen Aufzeichnungen wird der Schüttgutwärmeaustauscher um 180 Grad verändert. Die dabei eingebauten Filter halten

a) den Hausstaub;
b) den Schutz aus der Frischluft

zurück. Das Gerät wird je nach den Erfordernissen des Rauminhaltes durch eine Drehzahlregelung optimal auf die Wirschaftlichkeit eingestellt. Das Gerät selbst ist für Wohngebäude bis 400 m³

be wohntem Luftraum erstellt. Über ein kleines Kanalsystem kann man die Luftzuführung stockhaftweise anordnen. Durch den Aufbau der Geräte sind keinerlei Geräuschbelästigungen oder Zugerscheinungen vorhanden. Die Ventilatoren können mit 220 Volt jedoch auch mit 24 Volt geliefert werden, wobei man letztere vollkommen ökologisch betreiben kann, indem man Strom aus Photovoltalik verwendet. Der ge mäß vom Gesetz vorgeschriebene 0,8fache Luftwechsel kann durch die elektronische Regelung gewähr leistet werden. Eine Betriebszeit des Gerätes kann man an die Heizzeit koppeln.

Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung und Feuchtigkeitsregulierung ist als Ganzes mit "1" bezeichnet. Sie kann entweder im Dachgeschoß oder im Keller montiert werden. Herzstück der Vorrichtung ist eine Tauscherscheibe (3), der mittig eines Ansaugerstückes bzw. Ausblasstückes angeordnet ist. Das Gerätegehäuse besteht aus drei Teilen - dem Ansauggehäuse mit jeweils zwei Öffnungen (5), dem Mittelstück (6) sowie dem Ausblasgehäuse (7) mit zwei Öffnungen. Im geteil ten Luftansauggehäuse (5) sind die Ansaugöffnungen (5a) für die Frischluft und für die Umluft (5b) erkennbar. Die Frischluft (5a) wird entweder über dem Dach bei einer Dachmontage, bzw. im Kel ler aus dem Freien über ein Kunststoffrohr Durchm. 150 mm unterhalb der Gebäudesohle geführt und zum Anschluß (5a) des Gerätes verlegt. Die Umluft (5b) wird aus dem Treppenhaus dem Gerät über Rohrleitungen zugeführt. Im Mittelstück (6) befindet sich das Herzstück der Anlage - der Wär meaustauscher (8). Im Ausblasteil (9) mit den Rundanschlüssen (9a) als Fortluft, die ins Freie führt sowie als Zuluft (9b), die durch Rohrleitungen in die einzelnen Stockwerke bzw. Wohnräume führt.

Der Tauscherbehälter ist ein Schüttgutbehälter, der mit einem Material aufgefüllt ist, das gut wär mespeichernd und feuchtigkeitsaufnehmend ist. Der Speicherbehälter selbst ist eine runde Scheibe, die je nach Größe einen Durchmesser ab 600 mm und 120 mm hoch ist. Der Austauscher ist mittels einer Achse mit einem Getriebe verbunden. Dieses wird wiederum vom Motor des Radiallüfters an getrieben. Die Austauscherscheibe, die luftdurchlässige Boden- und Deckenfläche aufweist, ist praktisch vollständig ausgefüllt. Das Tauschermedium, das Feuchtigkeit und Wärme aufnehmen kann, wird mit einem Radiallüfter halbseitig je mit Umluft und Außenluft durchströmt. Durch die Rotation der Scheibe wird sie einmal mit Wärme beladen und einmal durch die Außehluft entladen. Die Drehzahl des Lüfters sowie des Austauschers ist abhängig von der Außentemperatur - je niedri ger die Außentemperatur ist, desto niedriger ist auch die Drehzahl. Steigt die Außentemperatur an, erhöht sich auch die Drehzahl des Lüfters. Durch die Aufteilung des Ventilatorrades wird die Luft ansaugleistung in zwei genaue Teile geteilt. Einmals als Frischluftanteil und einmal als Umluftanteil aus dem Gebäude. Der Umlauftanteil der Luft ist gleich der Luft mit der vorhandenen Raumtem peratur. Der aufgewärmten Luft wird durch unseren Schüttgutwärmeaustauscher Wärme und Feuch tigkeit entzogen. Durch das Verdrehen der Scheibe wird diese aufgespeicherte Wärme und Flüs sigkeit durch den Zuluftteil wieder den Räumen über einen Raumluftfilter zugeführt. Dadurch ent steht eine Zwangsbelüftung auf der Frischluftseite bzw. eine Zwangsentlüftung auf der Abluftseite. Der Ventilatormotor kann mit üblicher Netzspannung, aber auch mit Niedervolt mittels einer Pho tovoltalik-Anlage mit elektrischer Energie versorgt werden. Im Bereich des Anschlußstutzens der Frischluftkammer ist der genannte Luftfilter eingebaut. Im Bereich der Zuluft kann ein Wärmeaus tauscher, der aus den Sonnenkollektoren mit Wärmeenergie versorgt wird, dazwischen geschalten werden. Die Funktion der Vorrichtung stellt sich wie folgt dar:

In einer Ausgangsposition wie sie in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, liegt ein halbkreis förmiger Querschnitt des Wärmeaustauschers oberhalb der Trennwand zwischen Frisch- und Ab luftkammer, sowie der andere halbkreisförmige Querschnitt entgegengesetzt. Mit Hilfe des Ven tilators wird Luft aus den beheizten Gebäudeteilen abgesaugt, die das Tauschermedium auf Seite des Umluftanschlusses durchströmt. Die in der Umluft enthaltene Wärme und Feuchtigkeit wird vom Tauschermedium aufgenommen, das erwärmt und befeuchtet wird. Eine zunehmende Feuch tigkeitsbeladung des Tauschermediums in der Abluftkammer wird durch Feuchtigkeitsindikatioren sichtbar gemacht. Die beispielsweise eine Nässebildung an den Seiten des Austauschers fissuali sieren. So bald eine entspr. Feuchtigkeitsbeladung und Aufheizung des Tauschermediums erreicht sind, wird der Elektromotor in Betrieb gesetzt und die Kartusche um 180° gedreht. Damit gerät der mit Feuchtigkeit und Wärme beladene Teil des Tauschermediums in die Frischluftkammer, wo Wärme und Feuchtigkeit an die mit Hilfe des Ventilators hereinbeförderte Frischluft suggesive abgegeben werden. Durch die über Abzweigleitungen im Gebäude verteilte Luft wird also be feuchtet und vorgewärmt, so daß mit Hilfe des Wärmeaustauschers eine erhöhte Raumtemperatur und damit ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht wird. Der vorher aus der Frischluftkammer in die Abluftkammer beförderte Teil der Luft wird im übrigen in der Zwischenzeit wieder mit Wärme und Feuchtigkeit belegt, so daß ein zyklischer Betrieb möglich ist.

Da gleichzeitig bei Betrieb Umweltstäube durch den Luftfilter absorbiert werden, ist eine gute Raumluftkonditionierung mit Hilfe der Vorrichtung erreichbar. Aus hygienischen Gründen kann der Wärmeaustauscher durch eine nicht näher gezeigte Heizung bis auf 100°C kurzzeitig aufgeheizt werden.

Als Beispiel für die Dimensionierung des Wärmeaustauschers ist eine Fläche von ca. 400 cm² bei einer Dicke der Schicht des Tauschermediums von 10-12 cm zu nennen.

Zusammenfassend kann die Vorrichtung je nach Größe des damit konditionierten Gebäudes durch eine Einstellung der Drehzahl des Ventilators, der Rhytmus der Wärmeaustauscherdrehung auf optimale Wirtschaftlichkeit eingestellt werden. Als repräsentativer Volumenwert für die Größe der mit der Vorrichtung (1) konditionierbarer Wohngebäude sind etwas 400 m³ anzugeben. Schließlich ist es von Vorteil, daß die Vorrichtung ohne jegliche Geräuschbelästigung oder Zugerscheinungen für eine Raumbelüftung und Klimatisierung sorgen. Dabei kann der gem. einschlägig gesetzlicher Bestimmungen vorgeschriebene 0,8fache Luftwechsel durch eine elektronische Regelung des Ge rätes gewährleistet werden. Die Betriebszeit des Gerätes kann an die Heizzeit gekoppelt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung und Feuchtigkeitsregulierung in Gebäuden mit
einer Zulufzuführung in das Gebäude
eine Abluftabführung aus dem Gebäude
einen Tauscherbehälter, der über getrennte Kammern von der eintretenden Frischluft bzw. austretenden Abluft durchströmt wird,
einem Tauschermedium zur zyklischen Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Wärme und Feuchtigkeit, das in beiden Kammern durchsetzten Wechseleinheit in der Tauscher scheibe angeordnet ist und eine Antriebsanordnung für die Wechseleinheit, die den in der Abluftkammer liegenden Teil des Tauschermediums, der im Betrieb der Vorrichtung mit Feuchtigkeit und Wärme beladbar ist, in die Frischluftkammer zur Abgabe der gespeicher ten Wärme und Feuchtigkeit überführt und umgekehrt.

2. Vorrichtung nach 1, dadurch gekennzeichnet, das der Wärmeauschtauscher einen im wesent lichen tellerförmigen Zentraleinheit aufweist, der entlang der Mittelachse in die Frischluft- und Abluftkammer geteilt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, das die Wechseleinheit eine flache Scheibe mit luftdurchlässiger Boden- und Deckelfläche darstellt. Die im zentralen Teil unter Ausfüllung dessen freiem Innenquerschnitt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Tauschermedium ein Schüttgut, in Form von hygroskopischer Speichermasse z. B. Silicager.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichet, das die Wechseltauscher einheit von einem Elektromotor mit Getriebe drehbar angetrieben ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, das in der Frischluftzu führung oder der Abluftabführung ein Radialventilator zur gesteuerten Zwangsbe- und/oder entlüftung des Gebäudes angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, das die Wechseleinheit mit Feuchtigkeitsindikatoren zur Sichtbarmachung der Feuchtigkeitsbeladung des Tauscher mediums versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichent, das in der Frischluftzu führung ein Luftfilter eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, das mit der Warmluftzu führung ein mit einer Sonnenkollektorenanlage in Verbindung stehender Wärmeaustauscher eingesetzt ist, der dem Tauschermedium nachgeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, das gegenseitig die Frisch- und Abluftkammern mit Abzweigleitungen zu den einzelnen Stockwerken und Räu men des Gebäudes verbunden sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß das Tauscher medium kurzzeitig bis zu einer Temperatur von ca. 100°C beheizbar ist.