DE102011108090A1 - Cooling system for cooling ceiling in e.g. group office, has thermostat-controlled fan for guiding hot air of room to be cooled over surface of cooling mass storage, and insulator and/or partial insulator arranged opposite to mass storage - Google Patents

Cooling system for cooling ceiling in e.g. group office, has thermostat-controlled fan for guiding hot air of room to be cooled over surface of cooling mass storage, and insulator and/or partial insulator arranged opposite to mass storage Download PDF

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Abstract

The system has a thermostat-controlled fan (4) for guiding hot air of a room to be cooled over a surface of a cooling mass storage, where the mass storage is partially or completely covered by an insulation layer (2). An insulator and/or a partial insulator is arranged opposite to the mass storage, where air flow cooled by the mass storage runs to a hollow space (3) between the mass storage and the insulator. A heat exchanger comprises a closed cooling device, and a free air system is integrated into a circuit of the system.

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Kühlsystem für Verwaltung und Industrie welches die Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Kühldecken (z. B. aus Beton, Metall, Gipskarton etc.) erheblich steigert.The invention relates to a novel cooling system for administration and industry which significantly increases the efficiency and economy of cooling ceilings (eg concrete, metal, plasterboard, etc.).

Stand der TechnikState of the art

Die fortschreitende Verdichtung von Arbeitsplätzen in Team- und Gruppenbüros, auch Open-Space-Landschaften genannt, mit immer mehr Arbeitsplätzen auf immer geringeren Grundflächen, ermöglicht für den Betreiber eine attraktive Senkung der Investitions- und Betriebskosten. Kennzahlen von 15–30 m2 Grundfläche pro Arbeitsplatz weichen den Trends mit 5–10 m2 je Arbeitsplatz. Jeder zusätzliche Arbeitsplatz erhöht durch den Faktor Mensch und Gerät, wie Bildschirm, Beleuchtung, Drucker etc., die innere Kühllast um den Faktor n: Anteilmäßige innere Wärmelast pro Arbeitsplatz = (WM + WG + WL)·n wobei,

WM
= Wärmekermzahl Mensch
WG
= Wärmekennzahl Gerät
WL
= Wärmekennzahl Licht
The increasing concentration of workplaces in team and group offices, also known as open-space landscapes, with more and more jobs on ever smaller footprints, allows the operator an attractive reduction in investment and operating costs. Key figures of 15-30 m 2 of floor space per workplace give way to the trends with 5-10 m 2 per workplace. Each additional workstation increases the internal cooling load by the factor n by the factor human and device, such as screen, lighting, printer, etc. Proportional internal heat load per workstation = (W M + W G + W L ) · n in which,
W M
= Heat emmission number human
W G
= Heat code device
W L
= Heat index light

Die thermische Aktivierung der Gebäudemasse hat sich in den letzten Jahren zu einem Bautrend entwickelt. Das Einbringen von Kühlschlangen in die Betonmasse ist sowohl in der Erstellung, als auch im Unterhalt günstig. der Energieverbrauch im Verhältnis aufgewendete Energie zu tatsächlich im Raum realisierte Kälte ist sehr ökonomisch. Bei all diesen Vorteilen geraten diese Systeme jedoch schnell an ihre Grenzen. Sie sind sehr träge und somit sehr schlecht an individuelle Anforderungen anpassbar. Die mit diesem System mögliche Kühlleistung ist sehr gering (20–40 Watt/m2) und reicht in der Regel bei modernen, raumhohen Glasfassaden und hoher Flächenbelegung, z. B. 7 m2 pro Mensch, nicht aus, um bei warmen Tagen 6°C Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, wie nach Arbeitsstättenverordnung gefordert, zu garantieren.The thermal activation of the building mass has developed into a building trend in recent years. The introduction of cooling coils in the concrete mass is favorable both in the creation, as well as in the maintenance. the energy consumption in the ratio of energy used to cold actually realized in space is very economical. With all these advantages, however, these systems quickly reach their limits. They are very sluggish and therefore very poorly adaptable to individual requirements. The possible cooling capacity with this system is very low (20-40 watts / m 2 ) and is usually enough for modern, floor to ceiling glass facades and high surface occupancy, eg. B. 7 m 2 per person, not enough to guarantee warm days 6 ° C temperature difference between inside and outside, as required by workplace regulations.

Das zentrale Problem von bauteilaktivierten Betonkühldecken besteht darin, dass die mit Kälte aufgeladene Masse ihre Energie konstant und proportional zur Temperaturdifferenz des Raumes und den entsprechenden Wärmequellen abgibt. Daraus resultiert, dass Büroräume am Morgen über ihre gesamte Fläche gekühlt sind. Zu dieser Zeit benötigt der Mensch in der Regel jedoch keine zusätzliche Kühlung. Kälteempfinden ist zudem ein sehr individueller Aspekt. Erhöhen sich die Kühllasten mit zunehmender Erwärmung über den Tag, so hat die Kühldecke bereits einen Großteil ihrer Energie abgegeben und kann den Anforderungen an den gestellten klimatischen und individuellen Raumkomfort oft nicht mehr gerecht werden.The central problem of component-activated concrete cooling ceilings is that the mass charged with cold gives off its energy constant and proportional to the temperature difference of the room and the corresponding heat sources. As a result, offices are cooled in the morning over their entire area. At this time, however, humans usually do not need additional cooling. Cooling sensation is also a very individual aspect. If the cooling loads increase with increasing warmth during the day, the cooling ceiling has already given off a large part of its energy and can often no longer meet the requirements for the given climatic and individual room comfort.

Die Problemstellungen einer bauteilaktivierten Betonkühldecke werden nachfolgend stichpunktartig aufgelistet.

  • – Kälteenergie wird großflächig in allen Bereichen der aktivierten Decke abgegeben, auch dort, wo keine Kühlung benötigt wird, z. B. in Fluren, in unbesetzten Büros oder Besprechungsräumen.
  • – Die Energieabgabe erfolgt zu Zeiten, zu denen keine Kühlung notwendig ist, z. B. morgens.
  • – In der Regel wird am Nachmittag die meiste Kälteenergie benötigt, da die höchste Außentemperatur herrscht, die Kühldecke hat zu diesem Zeitpunkt jedoch bereits den Großteil ihrer Energie abgegeben.
  • – Spontanität bezüglich der Raumkühlung kann mit einer Betonkühldecke in der Regel nicht gewährleistet werden, z. B. kurzfristige Kühlung eines Besprechungsraumes, auf Unterbelegung der Büros durch Krankheit oder Auswärtstermine der Mitarbeiter kann nicht kurzfristig mit entsprechend niedrigerer Kühlung reagiert werden. Ebenso verhält es sich bei hoher Belegung und entsprechend hohem Anspruch an wärmeerzeugende Geräte (z. B. Drucker, PC, Kopierer etc.), wenn mit entsprechend höherer Kühlung reagiert werden muss.
  • – Räume mit Südwest-/Südostausrichtung sind ganztägiger Sonneneinstrahlung ausgesetzt. Kühllasten dort sind oft drei- bis viermal so hoch als in den übrigen Büros. Diese erhöhte Kühlleistung kann eine Betonkühldecke in der Regel nicht erbringen.
  • – Ist eine Betonkühldecke am Vortag aufgeladen worden und wird am Folgetag keine Kühlung benötigt, kommt dies einer 100%igen Energieverschwendung gleich, da die aktivierte Decke trotzdem kühlt, obwohl dies nicht nötig ist.
The problems of a component-activated concrete cooling ceiling are listed below in a nutshell.
  • - Cooling energy is released over a large area in all areas of the activated ceiling, even where no cooling is needed, eg. In hallways, in unoccupied offices or meeting rooms.
  • - The energy is released at times when no cooling is necessary, eg. B. in the morning.
  • - Most of the cold energy is usually needed in the afternoon, since the highest outside temperature prevails, but the cooling ceiling has already released most of its energy at this time.
  • - Spontaneity in terms of room cooling can not be guaranteed with a concrete cooling ceiling in the rule, z. For example, short-term cooling of a meeting room, on under occupancy of the offices due to illness or Auswärtstermine the employee can not be reacted in the short term with correspondingly lower cooling. The same applies to high occupancy and correspondingly high demands on heat-generating devices (eg printer, PC, copier, etc.), if it is necessary to react with correspondingly higher cooling.
  • - Rooms with southwest / southeast exposure are exposed to full sunshine. Cooling loads there are often three to four times higher than in the other offices. This increased cooling capacity can not provide a concrete cooling ceiling in the rule.
  • - If a concrete cooling ceiling has been charged the previous day and cooling is not required the next day, this equates to a 100% energy waste, since the activated ceiling still cools, although this is not necessary.

Erfindungsgemäß werden diese Probleme einer bauteilaktivierten Kühldecke nach Anspruch 1 beseitigt und das System durch die Erfindung in seiner Wirtschaftlichkeit und Effizienz, sowie in seinem individuellem Komfort um ein vielfaches gesteigert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, these problems of a component-activated cooling ceiling according to claim 1 are eliminated and the system is increased by the invention in its cost-effectiveness and efficiency, as well as in his individual comfort by a multiple. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Das betreffende Kühlsystem gemäß Anspruch 1 ist eine Kombination aus Strahlungskühlsystem, Massenspeicher und Isolator bzw. Teilisolator. Das System kann zeitlich und temperaturabhängig geregelt werden.The relevant cooling system according to claim 1 is a combination of radiation cooling system, mass storage and insulator or partial insulator. The system can be regulated in terms of time and temperature.

Eine Isolationsschicht, welche auch akustisch wirksam sein kann, wird in einem Abstand unter einer bauteilaktivierten Kühldecke angebracht. Im Hohlraum von Kühldecke und Isolationsschicht werden Aktivkomponenten installiert. Ist der Abstand zwischen Kühldecke und Isolationsschicht groß genug, können diese Komponenten überall im Zwischenraum von Kühldecke und Isolationsschicht angebracht werden, ansonsten in einem tiefer gelegten Bereich.An insulating layer, which may also be acoustically effective, is mounted at a distance below a component-activated cooling ceiling. In the cavity of cooling ceiling and insulation layer Active components are installed. If the distance between the cooling ceiling and the insulation layer is large enough, these components can be installed anywhere in the gap between the cooling ceiling and the insulation layer, otherwise in a lower area.

Die Aktivkomponente ermöglicht eine gesteuerte Luftumwälzung. Dies kann mit thermostatischer Regelung erfolgen. Die Raumluft wird gezielt zwischen Kühldecke und Isolationsschicht geführt und über Kanäle und daran angeschlossene Auslässe individuell und nach Bedarf im Raum verteilt. Dabei kann die Umluftkomponente entweder nur Umwälzen oder Umwälzen und mittels Wärmetauscher nachkühlen, sofern die Kühldecke zu wenig Kälte liefert.The active component allows a controlled air circulation. This can be done with thermostatic control. The air in the room is directed between the cooling ceiling and the insulation layer and distributed through channels and outlets connected to it individually and as required in the room. In this case, the recirculation component either only circulating or circulating and cool by means of a heat exchanger, if the cooling ceiling provides too little cold.

Die aufgelisteten Probleme einer bauteilaktivierten Kühldecke werden durch die Erfindung gelöst:

  • – Kälteenergie kann entsprechend der individuellen Anforderung aus dem Massenspeicher entzogen und über Luftauslässe dem zu kühlenden Raum zugeführt werden.
  • – Die Energieabgabe kann zeitgenau gesteuert werden, da der Massenspeicher durch die Isolationsschicht nicht mehr unkontrolliert Energie abgibt.
  • – Die zur Verfügung-Stellung der notwendigen Kälteenergie ist zu jedem Zeitpunkt gewährleistet, da zum Einen die Kälteenergie durch die Isolationsschicht im Massenspeicher bis zur Anforderung verbleibt und zum Anderen ein zusätzlicher Wärmetauscher im System ergänzende Kühlleistung ermöglicht.
  • – Die Isolationsschicht erhält über einen langen Zeitraum hinweg die Kälteenergie des Massenspeichers. Somit wird keine Energie verschwendet, auch wenn bei einer aufgeladenen Decke über einen Zeitraum keine Kühlung benötigt wird.
The listed problems of a component-activated cooling ceiling are solved by the invention:
  • - Cooling energy can be withdrawn from the mass storage according to the individual requirement and fed via air outlets to the room to be cooled.
  • - The energy output can be controlled in a timely manner, since the mass storage no longer gives off uncontrolled energy through the insulation layer.
  • - The provision of the necessary cooling energy is guaranteed at any time, since on the one hand the cold energy remains through the insulation layer in the mass storage to the requirement and on the other hand, an additional heat exchanger in the system allows additional cooling capacity.
  • - The insulation layer receives over a long period of time, the cooling energy of the mass storage. Thus, no energy is wasted, even if no cooling is required for a charged ceiling over a period of time.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1–11 erläutert:Embodiments of the invention will be described with reference to FIGS 1 - 11 explains:

1: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit Ansaug- bzw. Ausblasvorrichtung 1 : Embodiment of the cooling system with suction or blow-out

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aktivierte Kühldecke (z. B. Beton, Metall, Gipskarton, etc.)Activated cooling ceiling (eg concrete, metal, plasterboard, etc.)
22
Abgehängte Isolationsschicht (je nach Anforderung alle Materialien denkbar)Suspended insulation layer (all materials conceivable depending on the requirements)
33
Gekühlter Hohlraum zwischen Kühldecke und IsolationsschichtChilled cavity between cooling ceiling and insulation layer
44
Thermostatisch gesteuerter Umluftventilator/KonvektorThermostatically controlled circulating fan / convector
55
Kaltluftführende Kanäle (zur gezielten Führung der Kaltluft von der Umluftkomponente zu den Luftauslässen)Cold air ducts (for targeted routing of cold air from the recirculation component to the air outlets)
66
Luftauslass, z. B. Schlitzauslass, Drallauslass (11), manuell oder elektronisch regelbarAir outlet, z. B. slot outlet, twist outlet ( 11 ), manually or electronically controllable
77
Luftbewegung schematisch durch Pfeile dargestelltAir movement shown schematically by arrows

2: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit direkter Ausblasvorrichtung an der Umluftkomponente 2 Embodiment of the cooling system with direct blow-out at the circulating air component

3: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit gerichteter Ausblasvorrichtung parallel zur Isolationsschicht 3 Embodiment of the cooling system with directed blow-out device parallel to the insulation layer

4: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems bei mittlerem Abstand (ca. 15 cm) von Kühldecke und Isolationsschicht mit kleiner Umluftkomponente (z. B. Höhe der Umluftkomponente ca. 12 cm, Volumenstrom 300–500 m3/h) im Hohlraum 4 15 cm) of the cooling ceiling and insulation layer with a small circulating air component (eg height of the circulating air component about 12 cm, volume flow 300-500 m 3 / h) in the cavity

5: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems bei großem Abstand (ca. 30 cm) von Kühldecke und Isolationsschicht mit großer Umluftkomponente (z. B. Höhe der Umluftkomponente ca. 20 cm, Volumenstrom > 1000 m3/h) im Hohlraum 5 : Embodiment of the cooling system at a large distance (about 30 cm) of cooling ceiling and insulation layer with a large circulating air component (eg, height of the circulating air component about 20 cm, volume flow> 1000 m 3 / h) in the cavity

6: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems bei kleinem Abstand (ca. 8 cm) von Kühldecke und Isolationsschicht und tiefer gelegtem Deckenteilstück (12) für die Umluftkomponente (z. B. mittlere Größe der Umluftkomponente, Höhe der Umluftkomponente ca. 15 cm, Volumenstrom 500–1000 m3) 6 Embodiment of the cooling system at a small distance (about 8 cm) of the cooling ceiling and insulation layer and lowered ceiling section ( 12 ) for the recirculating air component (eg mean size of the recirculated-air component, height of the circulating-air component approx. 15 cm, volume flow 500-1000 m 3 )

7: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit hochwirksamer Akustikdecke (z. B. aus Mineralfasern), oder teilisolierenden Akustikplatten (z. B. zementgebundene Leichtbauplatten), mit jeweils stark reduziertem Kälte-Strahlungsdurchgang 7 : Embodiment of the cooling system with highly effective acoustic ceiling (eg made of mineral fibers), or partially insulating acoustic panels (eg cement-bonded lightweight panels), each with greatly reduced cold radiation passage

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

88th
Akustikdeckeacoustic ceiling
99
Strahlungskälte, schematisch durch Wellenpfeile dargestellt (lange Linien entsprechen hoher Strahlungskälte, kurze Linien entsprechen geringer Strahlungskälte)Radiant cooling, schematically represented by wave arrows (long lines correspond to high radiation coldness, short lines correspond to low radiation coldness)

8: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit Blech-Kassettendecke (13) als Teilisolator mit reduziertem Kälte-Strahlungsdurchgang 8th : Embodiment of the cooling system with sheet metal cassette ceiling ( 13 ) as a partial insulator with reduced cold radiation passage

9: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit mehreren Umluftkomponenten, mehreren kaltluftführenden Kanälen und den dazugehörigen Ausblasvorrichtungen 9 Embodiment of the cooling system with multiple air recirculation components, multiple cold air ducts and the associated Ausblasvorrichtungen

10: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit zusätzlichem Wärmetauscher (14) 10 : Exemplary embodiment of the cooling system with additional heat exchanger ( 14 )

11: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit zusätzlichem Filtersystem (15) 11 : Embodiment of the cooling system with additional filter system ( 15 )

12: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit zusätzlicher Frischluftzufuhr (16) 12 : Embodiment of the cooling system with additional fresh air supply ( 16 )

13: Detail: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit Schlitzauslass (6), z. B. Schlitzbreite 10–30 mm, Volumenstrom 60–500 m3/h 13 : Detail: Exemplary embodiment of the cooling system with slot outlet ( 6 ), z. B. slit width 10-30 mm, volume flow 60-500 m 3 / h

14: Detail: Ausführungsbeispiel des Kühlsystems mit Drallauslass (11) 14 : Detail: exemplary embodiment of the cooling system with twist outlet ( 11 )

Claims (7)

Kühlsystem für Kühldecken dadurch gekennzeichnet, dass die warme Luft eines zu kühlenden Raumes mittels eines Ventilators über die Oberfläche eines Kältemassenspeichers (Nr. 1 1) geführt wird, welcher zum Raum ganz oder teilweise durch ein Medium (Nr. 2 1) abgedeckt ist, welches die übliche Abgabe der Kälteenergie ganz oder teilweise verhindert und somit einen Isolator bzw. Teilisolator gegenüber dem Kältemassenspeicher bildet.Cooling system for cooling ceilings, characterized in that the warm air of a space to be cooled by means of a fan over the surface of a cold storage tank (no. 1 1 ), which leads to the room completely or partially through a medium (no. 2 1 ) is covered, which completely or partially prevents the usual delivery of cooling energy and thus forms an insulator or partial insulator against the cold mass memory. Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der Luft, welche durch den Massenspeichers gekühlt wird, hierbei in dem Hohlraum (Nr. 3 1) zwischen Massenspeicher und Isolator verläuft, wobei der Impuls für die Strömung hierbei durch einen aktiven Ventilator (Nr. 4 1) kommt, welcher sich im Hohlraum zwischen Massenspeicher und Isolator/Teilisolator, oder in einem dafür tiefer gelegten Deckenteil im Raum befindet.Cooling system according to claim 1, characterized in that the flow of air, which is cooled by the mass storage, in this case in the cavity (no. 3 1 ) runs between mass storage and insulator, wherein the impulse for the flow in this case by an active fan (no. 4 1 ), which is located in the cavity between the mass storage and insulator / partial insulator, or in a deeper lying ceiling part in the room. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Systems ein Wärmetauscher (Nr. 14 10) mit angeschlossener Kühleinrichtung integriert ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that in the circulation of the system, a heat exchanger (no. 14 10 ) is integrated with connected cooling device. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Systems ein Filtersystem (Nr. 15 11) integriert ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that in the circulation of the system, a filter system (no. 15 11 ) is integrated. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf des Systems ein Frischluftsystem (Nr. 16 12) integriert ist und/oder die Frischluft auch Energieträger ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that a fresh air system (No. 16 12 ) is integrated and / or the fresh air is also an energy source. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Strahlungskälte des Massenspeichers durch das Isolationsmedium übertragen wird.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the radiation cooling of the mass storage device is transmitted through the insulating medium. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht akustisch wirksam ist.Cooling system according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating layer is acoustically effective.
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