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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belüftung und Temperierung eines
Raumes, bei dem mittels eines Primärluftstromes Sekundärluft induziert wird
und aus Primärluftstrom
und Sekundärluftstrom ein
erster Mischluftstrom gebildet wird, wobei mindestens einer der
vorgenannten Luftströme
mittels eines Wärmetauschers
temperiert und ein Luftstrom über
einen Mischluftauslass in den Raum geführt wird.
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Des
Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Belüftung und
Temperierung eines Raumes, mit einem Primärluftanschluss, einer ersten
Induktionszone, in der von einem Primärluftstrom ein Sekundärluftstrom
induzierbar ist, und einem Mischluftauslass, aus dem ein aus dem
Primärluftstrom und
dem Sekundärluftstrom
gebildeter erster Mischluftstrom austritt, sowie einem Wärmetauscher
zur Temperierung mindestens eines der vorgenannten Luftströme.
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Derartige
Induktionssysteme sind allgemein bekannt. Sie haben insbesondere
den Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringen Primärluft-Volumenstrom
im Ergebnis ein mengenmäßig deutlich vergrößerter Mischluft-Volumenstrom
erzeugt werden kann. Es ist möglich,
Mischluft-Volumenströme zu
erzeugen, die betragsmäßig bis
zu drei mal so groß wie
die Primärluftvolumenströme sind.
Der weiteren Vergrößerung sind
in der Praxis jedoch Grenzen gesetzt, da die Luftgeschwindigkeiten
in der Induktionszone nicht beliebig groß gewählt werden können.
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In
der Klimatechnik besteht stets das Bestreben, die Primärluft-Volumenströme so klein
wie möglich
zu halten, da hierdurch insbesondere auch die Herstellungskosten
raumlufttechnischer Anlagen begrenzt werden können. So machen große Primärluftvolumenströme grundsätzlich auch
größere Leitungsquerschnitte
und damit einen erhöhten
Raum- sowie Investitionsbedarf erforderlich. Auch wenn bei Induktionsverfahren
prinzipbedingt die Primärluft
mit einem etwas größeren Überdruck
gefördert
werden muss, als dies beispielsweise bei reinen Quellluftverfahren
der Fall ist, so wird dieser Nachteil des geringfügig erhöhten Druckniveaus
der Primärluft
durch die bei Induktionssystemen deutlich reduzierte Primärluftmenge
mehr als überkompensiert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur Belüftung und
Temperierung eines Raumes unter Anwendung des Induktionsprinzips
vorzuschlagen, bei dem die insgesamt erzielte Mischluftmenge vergrößert werden
kann.
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Ausgehend
von dem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mittels des ersten Mischluftstroms vor dem Mischluftauslass
Tertiärluft
induziert wird und ein aus dem ersten Mischluftstrom und der Tertiärluft gebildeter
zweiter Mischluftstrom dem Mischluftauslass zugeführt wird.
Durch die zweifache Induktion kann der im Ergebnis erzielte zweite
Mischluftvolumenstrom wesentlich größer sein, als dies bei der
bekannten einfachen Induktion der Fall ist. So findet eine erste
deutliche Volumenstromvergrößerung im
Bereich der ersten Induktionszone statt und eine zweite nochmalige
Vergrößerung des
Gesamtvolumenstromes tritt ein, wenn mittels des bereits gegenüber dem
Primärluftstrom
beträchtlich
vergrößerten ersten
Mischluftstrom, ein Tertiärluftstrom
induziert und dadurch der zweite Mischluftstrom gebildet wird. Insgesamt
können
beispielsweise bei einer zweistufigen Induktion Faktoren der Volumenstromvervielfachung
von etwa vier bis sechs erzielt werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass dem ersten Mischluftstrom in der zweiten Induktionszone
mindestens ein Hilfsluftstrom zur Erhöhung der Menge der induzierten
Tertiärluft
zugeführt wird.
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Durch
den Hilfsluftstrom wird die Ausbildung der zweiten Induktionszone
stabilisiert und die Menge der induzierten Tertiärluft, das heißt auch
die Menge der insgesamt gebildeten zweiten Mischluft, vergrößert. Hierdurch
wird auch insgesamt das Verhältnis
des Primärluft-Volumenstromes zu
dem im Ergebnis erhaltenen zweiten Mischluft-Volumenstrom vergrößert. Diese
Ausgestaltung trägt
somit dazu bei, bei einer bestimmten Menge der zu liefernden zweiten
Mischluft die Menge der zu deren Erzeugung erforderlichen Primärluft zu
senken. Hierdurch werden die Kosten bei der Erstellung aber auch
beim Betrieb von raumlufttechnischen Anlagen weiter gesenkt. Insbesondere
ist es möglich,
den Primärluft-Volumenstrom soweit
abzusenken, dass gerade noch der für den zu belüftenden
beziehungsweise temperierenden Raum geforderte Frischluftstrom geliefert wird.
Bei der induzierten Sekundärluft
und Tertiärluft handelt
es sich typischer Weise um Raumluft, die zwar nicht zur Frischluftversorgung
beitragen kann, die jedoch den insgesamt gelieferten Volumenstrom vergrößert und
somit insbesondere auch bei einer Zufuhr der dem Raum zugeführten Zuluft
mit einem geringen Temperaturunterschied zur Raumluft die Einbringung
größerer Energiemengen
in den Raum ermöglicht.
Die Volumenstromvergrößerung und
Verwendung kleinerer Temperaturdifferenzen ist dabei unter Komfortgesichtspunkten
wesentlich vorteilhafter und wird von den im Raum befindlichen Personen als
wesentlich angenehmer empfunden, als wenn kleinere Zuluftmengen
mit einer größeren Temperaturdifferenz
zugeführt
würden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine
Hilfsluftstrom aus dem Primärluftstrom
vor der ersten Induktionszone abgezweigt und ist somit ein Bypassluftstrom.
Der apparative Aufwand kann hierdurch sehr gering gehalten werden,
da insbesondere keine Hilfsenergie zur Erzeugung des Hilfsluftstromes
erforderlich ist. Grundsätzlich
könnte
der Hilfsluftstrom aber auch durch eine geeignete Luftfördereinrichtung
erzeugt werden und beispielsweise aus Raumluft bestehen.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, dass der erste
Mischluftstrom mittels des Wärmetauschers
temperiert, das heißt
erwärmt
oder abgekühlt
wird. Grundsätzlich
wäre es
jedoch auch möglich,
bereits den Primärluftstrom
zu temperieren, wobei hier auf Grund der noch sehr kleinen Volumenströme eine
sehr große
Temperaturdifferenz im Wärmetauscher
erzeugt werden müsste
und der in einem derartigen Wärmetauscher
dann auftretende Druckverlust sich negativ sowohl auf das Induktionsergebnis
in der ersten Induktionsstufe als auch in der zweiten Induktionsstufe
auswirken würde.
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Ferner
bestünde
grundsätzlich
nach der Erfindung auch die Möglichkeit,
den zweiten Mischluftstrom mittels des Wärmetauschers zu temperieren. Auf
Grund des nach der zweiten Induktionsstufe vorliegenden sehr geringen
Drucks müsste
hierbei jedoch ein Wärmetauscher
mit äußerst geringem Druckverlust
verwendet werden, um nicht eine negative Rückwirkung auf die zweite Induktionsstufe
zu erzeugen. Des Weiteren wäre
der Volumenstrom, der zu temperieren wäre, hier bereits sehr groß, so dass auch
ein Wärmetauscher
entsprechend groß bauen müsste. Die
Temperierung des ersten Mischluftstromes mittels des Wärmetauschers
hat sich daher als die zu bevorzugende Variante herausgestellt.
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Ausgehend
von der Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe
nach der Erfindung gelöst
durch eine vor dem Mischluftauslass angeordnete zweite Induktionszone,
in der von dem ersten Mischluftstrom einen Tertiärluftstrom induzierbar ist,
der mit dem ersten Mischluftstrom zu einem zweiten Mischluftstrom
mischbar ist, der aus dem Mischluftauslass austritt.
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Mit
einer derartigen Vorrichtung lässt
sich das erfindungsgemäße Verfahren
auf besonders einfache Weise durchführen.
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Um
den Induktionsvorgang in der zweiten Induktionszone zu stabilisieren
und dem insgesamt mittels der Vorrichtung erzeugbaren zweiten Mischluftstrom
weiter zu vergrößern, ist
nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass
der zweiten Induktionszone ein Hilfsluftstrom zuführbar ist,
mit dem der induzierte Tertiärluftstrom vergrößerbar ist.
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Die
Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass der Hilfsluftstrom
ein aus dem Primärluftstrom
vor der ersten Induktionszone abgezweigter Bypassluftstrom ist.
Ohne auf andere Weise mittels Hilfsenergie den Hilfsluftstrom zu
erzeugen, kann dieser einfach aus dem ohnehin zur Verfügung stehenden
und ein gewisses Druckniveau aufweisenden Primärluftstrom abgezweigt werden.
Im Hinblick auf den zu temperierenden Volumenstrom sowie den zur Verfügung stehenden
Druck ist es zu bevorzugen, wenn der Wärmetauscher zwischen der ersten
Induktionszone und der zweiten Induktionszone angeordnet ist.
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Gemäß einer
Weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Bypassleitung
vorgesehen, die vor der ersten Induktionszone abzweigt und sich
mit einem Mündungsbereich
in die zweite Induktionszone erstreckt.
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Für die Ausbildung
einer besonders stabilen zweiten Induktionszone ist es vorteilhaft,
wenn mehrere Bypassleitungen in Umfangsrichtung um den Querschnitt
der zweiten Induktionszone herum verteilt angeordnet sind. Insbesondere
ca. drei bis fünf Bypassleitungen
haben sich aus Aspekten der Kosteneffizienz und Ausbildung einer
stabilen zweiten Induktionszone als optimal erwiesen.
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Gemäß einer
Variante zu Bypassleitungen mit parallel zum ersten Mischluftstrom
verlaufenden Endabschnitten kann es vorteilhaft sein, die Endabschnitte
der Bypassleitungen schräg
auf die Mittelachse in der zweiten Induktionszone zulaufen zu lassen.
Hierdurch kann eine gewisse Einschnürung des Luftstromes in der
zweiten Induktionszone und daher eine verbesserte Induktionswirkung
bei gleichzeitig stabilerem Strahlbild erreicht werden.
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Um
den für
die erfindungsgemäße Vorrichtung
benötigten
Bauraum zu minimieren, ist es sinnvoll die Bypassleitungen im Querschnitt
flach zu gestalten. Diese flachen Querschnitte sollten vorzugsweise
jeweils tangential zu dem Querschnitt der zweiten Induktionszone
verlaufen, und zwar vorzugsweise äquidistant verteilt zueinander.
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Vorzugsweise
ist der Wärmetauscher
im Querschnitt zylindrisch gestaltet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung besteht darin, eine Mehrzahl von Düsen vorzusehen,
mit denen die Primärluft
in die erste Induktionszone einleitbar ist. Der Induktionseffekt,
insbesondere die Menge der induzierten Sekundärluft, kann auf diese Weise
gesteigert werden, da die Austrittsgeschwindigkeit durch die Düsen gegenüber der
Primärluftströmung im
vorangehenden Kanalsystem erhöht
werden kann.
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In
Weiterbildung der Idee einer Mehrzahl von Düsen wird vorgeschlagen, ein
kombiniertes Düsen- und
Verteilstück
zu verwenden, an dem die Düsen zur
Beaufschlagung der ersten Induktionsstufe mit Primärluft und
an dem Abzweige der Bypassleitungen angeordnet sind. Das Düsen- und
Verteilstück sollte
des Weiteren einen Anschlussstutzen aufweisen mit dem es an ein
herkömmliches
Kanalsystem für
Primärluft
anschließbar
ist. Das Düsen-
und Verteilstück übernimmt
daher die Aufgabe der Abzweigung der Hilfsluft für die zweite Induktionsstufe
sowie der Düsenluftbeaufschlagung
für die
erste Induktionsstufe.
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Schließlich sieht
eine Ausgestaltung der Erfidung noch ein Sammelstück vor,
mit dem der zweite Mischluftstrom sammelbar und über einen Austrittsstutzen
an einen Luftauslass abgebbar ist. Auf diese Weise erlaubt die erfidungsgemäße Vorrichtung
eine Kombination ihrer selbst mit allen geeigneten handelsüblichen
Luftauslässen,
insbesondere solcher mit einem geringen Druckverlustbeiwert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der
Zeichnung dargestellt ist, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der verschiedenen Luftströme,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfidung,
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3 eine
Seitenansicht der Vorrichtung nach 2,
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4a bis 4c eine
Seitenansicht, eine Draufsicht und eine Vorderansicht einer Vorrichtung mit
einer zusätzlichen
Aufhängung
sowie einem sich zuluftseitig anschließenden Wirbelmodulsystem,
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5 eine
schematische Darstellung der Einbausituation einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem Zwischendeckenbereich und
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6 eine
Unteransicht der Zwischendecke entsprechend der Einbausituation
gemäß 5.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens:
Über eine
Primärluftleitung 1 wird
ein Primärluftstrom 2 zugeführt. Im
Bereich einer ersten Induktionsstufe 3 induziert dieser
Primärluftstrom 2 einen
Sekundärluftstrom 4.
In einem nicht näher
dargestellten und sich stromabwärts
an den ersten Induktionsbereich 3 anschließenden Mischbereich
mischen sich der Primärluftstrom 2 und
der induzierte Sekundärluftstrom 4 zu
einem ersten Mischluftstrom 5. Dieser wird anschließend einem
Wärmetauscher 6 zugeführt und dort
temperiert. Der Wärmetauscher 6 ist über eine Zulaufleitung 7 mit
einem Medium (Wasser oder Kältemittel)
versorgt. Das Medium verlässt
den Wärmetauscher 6 über eine
Rücklaufleitung 8.
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Der
temperierte erste Mischluftstrom 5 induziert anschließend in
einer zweiten Induktionszone 9 einen Tertiärluftstrom 10,
bei dem es sich gleichfalls in der Regel um Raumluft handelt. In
einer wiederum stromabwärts
der zweiten Induktionszone 10 gelegenen zweiten Mischbereich
mischt sich der erste Mischluftstrom 5 mit der Tertiärluft 10 zu
einem zweiten Mischluftstrom 11. Dieser wird schließlich einem Luftauslass 12 zugeführt, um
dort als Zuluft 13 an einen zu belüftenden und temperierenden
Raum abgegeben zu werden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Luftauslass 12 um einen hochinduktiven
Zuluftauslass, um den letztlich im Raum bewegten Luftstrom weiter zu
erhöhen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist des Weiteren eine Bypassleitung 14 auf, durch die
ein Bypass-Volumenstrom 15 führbar ist. Die Bypassleitung zweigt
an einem Abzweig 16, der sich vor der ersten Induktionszone 3 befindet,
von der Primärluftleitung 1 ab.
An dem gegenüberliegenden
Ende mündet
die Bypassleitung 14 in die zweite Induktionszone 9.
Dort verlässt
der Bypass-Volumenstrom 15 die Bypassleitung 14 als
Hilfsluftstrom 17, um die Induktion von Tertiärluft 10 durch
die temperierte erste Mischluft 5 zu unterstützen und
insbesondere den Tertiärluftstrom 10 mengenmäßig zu vergrößern.
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Aus
den 2 und 3 lässt sich der Aufbau einer Vorrichtung 20 wie
auf dem in 1 gezeigten prinzipiellen Verschaltungsbild
genauer erkennen:
Die Vorrichtung 20 besitzt einen
Primärluftstutzen 18, an
den die von einer nicht dargestellten Klimazentrale stammende Primärluftleitung 1 anschließbar ist.
Im Anschluss an den Primärluftstutzen 18 befindet
sich ein kombiniertes Düsen-
und Verteilstück 19,
das zum einen die Funktion des Abzweigs 16 der Bypassleitungen 14 übernimmt
und zum anderen den Übergang
der Primärluftleitung 1 in
die erste Induktionszone 3 bildet. Das Düsen- und
Verteilstück 19 besitzt
an seinem der ersten Induktionszone 3 zugewandten Ende
eine Mehrzahl von Düsen 21,
durch die ein Teilvolumenstrom des Primärluftstromes 2 austritt
und vor denen sich die erste Induktionszone 3 ausbildet. Die
insgesamt sechs Düsensätze 21 mit
jeweils zwei Düsen
sind auf einem Kreis um eine Längsachse 22 durch
die Vorrichtung 20 angeordnet und durch schräg nach außen verlaufende
Versorgungsabschnitte 23 mit Primärluft versorgt. Ein Sekundärluftstrom,
angedeutet durch die Pfeile 24, tritt im Bereich zwischen
benachbarten Bypassleitungen 14 und einem sich an die erste
Induktionszone 3 anschließenden Blechmantel 25 aus
einem Blechmaterial in die Vorrichtung 20 ein. Der Blechmantel 25 beinhaltet
einen zylindrischen Wärmetauscher 26,
der von einer diesen umgebenden Wärmedämmschicht 27 ummantelt
ist, die innerhalb des Blechmantels 25 angeordnet ist.
Die Bypassleitungen 14 laufen gleichfalls in dem Zwischenraum
zwischen dem Blechmantel 25 und dem Wärmetauscher 26 parallel
zu der Längsachse 22 und
verlassen den Blechmantel 25 an dessen in axialer Richtung
gegenüberliegenden
Ende.
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Im
Anschluss an den Wärmetauscher 26 tritt der
in der ersten Induktionszone 3 beziehungsweise unmittelbar
im Anschluss daran gebildete erste Mischluftstrom 5 in
temperiertem Zustand in eine sich stromabwärts an den Wärmetauscher 26 anschließende großvolumige
Düse 28 ein.
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Im
Anschluss an die Düse 28 befindet
sich die zweite Induktionszone 9. Endabschnitte 29 der Bypassleitungen 14 enden
gleichfalls auf der Höhe des
Austritts der Düse 28.
In der zweiten Induktionszone 9 wird durch die aus den
Bypassleitungen 14 austretenden Hilfsluftströme 17 die
Menge der induzierten Tertiärluft – verdeutlicht
durch den Pfeil 10 – deutlich
erhöht
und die Stabilität
der Tertiärluftinduktion
vergrößert.
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Aus
den 4a–4c ergibt
sich, dass im Anschluss an die zweite Induktionszone 9 ein
Sammelstück 30 angeschlossen
ist, mit dem der zweite Mischluftstrom 11/gebildet aus
temperiertem erstem Mischluftstrom 5, den Hilfsluftströmen 17 und
dem Tertiärluftstrom 10 gesammelt
und über
einen sich an dessen verjüngten
Ende befindlichen Austrittsstützen 31 an
einen Luftauslass 32 in Form eines Wirbelmodulsystems übergeben
wird. Das Sammelstück 30 besteht
aus einem ersten zylindrischen Abschnitt 33 und einem sich
daran anschließenden
Fächerteil 34, das
sich in vertikale Richtung (4a) verjüngt, sich jedoch
in horizontale Richtung (4b) verbreitert, wodurch
die gesamte Querschnittsfläche
und damit auch der Strömungswiederstand
im Wesentlichen konstant bleibt.
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Aus
den 4a und 4b lässt sich
noch entnehmen, dass die Vorrichtung 20 auf einem Traggestell 35 bestehend
aus Längsstreben 36 und
Querstreben 37 tragend angeordnet ist. Des Weiteren erkennt
man in 4b eine Vorlaufleitung 38 und
eine Rücklaufleitung 39 für den im
Gegenstrom betriebenen zylindrischen Wärmetauscher 6. Ferner
ist noch eine Kondensatleitung 40 zu erkennen, mit der
im Wärmetauscher 6 eventuell
anfallendes Kondensat abführbar
ist.
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4c lässt sich
ferner noch entnehmen, dass das Wirbelmodulsystem 32 mit
einer Mehrzahl von äquidistant
nebeneinander angeordneten Auslassöffnungen 41 versehen
ist, die optional auch mit schräg
gestellten Leitblechen 42 (4b) versehen sein
können,
um eine besonders großräumige Luftverteilung
zu ermöglichen.
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Den 5 und 6 lässt sich
schließlich noch
die Einbausituation der in 5 nur schematisch
dargestellten Vorrichtung 20 entnehmen. Beispielsweise
kann die Vorrichtung 20 innerhalb eines Zwischenraumes
zwischen einer abgehängten
Zwischendecke 43 und einer darüber angeordneten, jedoch nicht
dargestellten tragenden Gebäudedecke angeordnet
werden. Derartige Zwischenräume
befinden sich in der Regel in Hotelzimmern oberhalb des Eingangsbereiches,
von dem typischer Weise auch das Bad/WC abgeht. Die Luftauslassöffnungen 41 des
Wirbelmodulsystems 32 befinden sich hinter einer Einströmöffnung 43' in einer vertikal
ausgerichteten Trennwand 44, die den Zwischenraum zwischen der
tragenden Decke und der Zwischendecke 43 zum Raum hin verschließt. Durch
Pfeile 11 ist in 5 der zweite
Mischluftstrom dargestellt, wie er in den zu belüftenden und temperierenden
Raum, beispielsweise ein Hotelzimmer, eintritt. Der durch den Pfeil 2 verdeutlichte
Primärluftstrom
wird der Vorrichtung 20 über eine nicht dargestellte,
sich gleichfalls im Zwischenraum befindliche Primärluftleitung
zugeführt.
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Der
Eintritt der Sekundärluft
(Pfeile 4) und Tertiärluft
(Pfeile 10) ist in 6 verdeutlicht.
Die vorgenannten Luftströme
treten durch schlitzförmige Öffnungen
seitlich neben und unterhalb der Vorrichtung 20 aus dem
Raum in den Zwischenraum ein. Die Induktion erfolgt innerhalb des
Deckenzwischenraumes jeweils über
den gesamten Umfang der Vorrichtung 20, sowohl in der ersten
als auch in der zweiten Induktionszone.
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Im
vorliegenden Fall beträgt
der der Vorrichtung zugeführte
Primärluftvolumenstrom 2 beispielsweise
80 m3/h. Dieser wird aufgeteilt in einen
der ersten Induktionszone 3 zugeführten Volumenstrom von 50 m3/h und einen Bypassvolumenstrom 15,
das heißt
Hilfsluftvolumenstrom 17, von 30 m3/h.
Mit dem ersten Teil des Primärluftvolumenstromes 3 werden in
der ersten Induktionszone 3 ca. 180 m3/h
an Sekundärluft
induziert. Der erste Mischluftvolumenstrom 5 induziert
in der zweiten Induktionszone 9 anschließend nochmals
einen Tertiärluftstrom
von 90 m3/h bis 140 m3/h,
wobei der Hilfsluftstrom hierbei unterstützend wirkt. Insgesamt beträgt daher
der zweite Mischluftvolumenstrom 11 ca. 350 m3/h
bis 450 m3/h, das heißt mehr als das vierfache bis
das fünffache des
Primärluftvolumenstromes 2.