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Die Erfindung betrifft allgemein raumlufttechnische Vorrichtungen, wie Klimageräte und Ventilatoren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lüftungsvorrichtung für Gebäude zum Einbau in Gebäudewände.
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Bei heutigen energieeffizienten Wohnhäusern, wie etwa von Passivhäusern kommt der Belüftung eine besonders wichtige Rolle zu. Da ein ausreichender Luftaustausch bei geschlossenen Fenstern hier nicht möglich ist und eine Fensterlüftung andererseits die Energieeffizienz erheblich herabsetzen würde, wird bei solchen Häusern eine Zwangslüftung mit Gebläsen und Wärmerückgewinnung eingesetzt.
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Ein weiteres System basiert darauf, dass ein Wärmespeicher rotiert wird, so dass die Abschnitte des Wärmespeichers abwechselnd den Zuluft- und den Abluftstrom durchqueren. Solche Lüftungen mit Wärmerückgewinnung werden unter anderem in der
US 6,328,095 B1 und der
WO 2008/058211 A2 beschrieben. Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, in einer Lüftungseinrichtung die Strömungsrichtung umzukehren, um die Wärme eines im Luftstrom angeordneten Wärmespeichers zurückzugewinnen. Derartige Systeme werden in der
WO 2004/072559 A1 und der
WO 01/25695 A1 beschrieben.
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Ein besonderes Problem bei Lüftungen stellt die Geräuschentwicklung dar. Gerade in Wohnräumen sollte eine Lüftung möglichst geräuschlos arbeiten. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine raumlufttechnische Lüftung bereitzustellen, welche eine effiziente Wärmerückgewinnung mit einer geringen bis nicht mehr wahrnehmbaren Geräuschabgabe und einer einfachen Handhabung kombiniert. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Sowohl für die Effizienz, als auch für die Geräuschentwicklung ist es günstig, wenn bei gegebenem Durchmesser der Wandöffnung der luftführende Kanal der Lüftungseinrichtung einen möglichst großen Durchmesser aufweist und das Strömungsprofil möglichst verwirbelungsfrei ist. Eine Grundlage der Erfindung ist die konsequente Minimierung der Druckverluste durch Optimierung der Strömungsführung.
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Die Erfindung sieht eine Lüftungsvorrichtung zur Lüftung von Räumen in Gebäuden, hier speziell zum Einbau in eine Öffnung in einer Gebäudewand vor, die insbesondere einer Außenwand sein kann. Die Lüftungsvorrichtung weist eine innenseitige Düse, sowie einen Ventilator und einen Lüftermotor zum Antrieb des Ventilators auf, um Luft durch die Öffnung hindurch zu transportieren. Die innenseitige Düse weist einen außen umlaufenden Kragen zur Anlage an die Gebäudewand auf, so dass der Rand der Öffnung in der Gebäudewand durch den Kragen der innenseitige Düse abgedeckt wird.
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Zur Wärmerückgewinnung ist ein Regenerator in Form eines Wärmezwischenspeichers vorgesehen. Dieser ist vorzugsweise im Bereich der Wandöffnung, beziehungsweise innerhalb der Wand angeordnet und wird vom Luftstrom, der vom Ventilator erzeugt wird, durchflossen. Der Regenerator weist typischerweise eine große Oberfläche auf, um die Wärme schnell aufnehmen und abgeben zu können. Beispielsweise kann der Regenerator eine Vielzahl dünner Kanäle aufweisen, die von der Luft durchströmt werden. Ein anderes Beispiel ist ein Fasermaterial, etwa mit Metallfasern, die als Gewebe, Geflecht oder Vlies vorliegen.
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Die innenseitige Düse weist eine Strömungsoberfläche auf, welche sich von der Innenseite der Düsenöffnung bis über den Kragen erstreckt und von einer in axialer Richtung auswärts gerichteten Neigung an der Innenseite in eine rückwärts gerichtete Neigung am Kragen übergeht. Weiterhin ist eine Blende vorgesehen, welche in einem Abstand zur Strömungsoberfläche der innenseitige Düse angeordnet ist und die Düsenöffnung abdeckt, so dass zwischen der Strömungsoberfläche und der Blende ein Spalt vorhanden ist, durch welchen die vom Ventilator geförderte Luft seitlich, insbesondere ringsum radial ein- oder austreten kann. Die Umkehrung der Neigung der Strömungsoberfläche wird dadurch erreicht, dass die Strömungsoberfläche die Gestalt eines ringförmigen Wulstes hat. Vorzugsweise ist der Spalt umlaufend, beziehungsweise ringförmig, wobei die Spaltöffnung gegebenenfalls durch Befestigungsmittel unterbrochen sein kann. Die Luft kann auf diese Weise radial wandparallel aus- und einströmen und die Wand stellt eine strömungstechnisch relevante Fortsetzung der strömungsführenden Oberfläche der Düse dar.
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Mit der besonderen Form der Strömungsoberfläche wird also die direkt an der Strömungsoberfläche entlangströmende Luft um mehr als 90° umgelenkt. Im Speziellen strömt die Luft in der Öffnung zunächst noch in axialer Richtung und wird dann radial auswärts so weit umgelenkt, dass auch eine zurück zur Wand gerichtete Bewegungskomponente vorhanden ist. Eine derartige große Umlenkung erscheint auf den ersten Blick vielleicht nachteilig, da starke Umlenkungen in Strömungen die Neigung zu Turbulenzen erhöhen. In der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konfiguration in Verbindung mit der die Lüfteröffung abdeckenden Blende ergibt sich aber eine hohe Effizienz und auch eine sehr gute Unterdrückung von Betriebsgeräuschen. Durch die Neigung der Strömungsoberfläche zur Wand hin erweitert sich entlang der radialen Richtung die Breite des Spaltes. Entsprechend verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit in radialer Richtung im Austrittsbereich stark. Damit werden Turbulenzen vermieden. Dabei wirkt auch die Blende schalldämmend, indem aus der Lüftungsöffnung austretender Schall zurückreflektiert wird.
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Um die Effizienz weiter zu verbessern, ist es besonders vorteilhaft, auch eine außenseitige Düse vorzusehen, welche wie die innenseitige Düse einen außen umlaufenden Kragen zur Anlage an die Gebäudewand aufweist, so dass der Rand der Öffnung durch den Kragen der außenseitigen Düse abgedeckt wird. Vorzugsweise sind die innenseitige Düse und die außenseitige Düse getrennte und miteinander verbindbare Elemente der Lüftungsvorrichtung. Dies gestattet unter anderem eine einfache Anpassung an verschiedene Wanddicken.
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Eine weitere Zielsetzung ist, bei gegebenem Durchmesser der Öffnung in der Gebäudewand einen möglichst großen Innendurchmesser des Rohrlüfters bereitzustellen. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, indem möglichst platzsparende Befestigungsmittel für den Rohrlüfter verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist dazu vorgesehen, dass die innenseitige und die außenseitige Düse gegeneinander verspannt und auf diese Weise mit deren Kragen gegen die Wandoberflächen gepresst und so verankert werden.
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Es ist auf diese Weise nicht notwendig, weitere Verbindungsmittel, wie etwa Dübel in der Wand anzubringen. Diese Form der Befestigung ist auch unabhängig von der Form der Düsen, also auch unabhängig davon, ob die Strömungsoberfläche der Düse den oben beschriebenen Wulst aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist daher allgemein eine raumlufttechnische Lüftungsvorrichtung zur Lüftung von Räumen in Gebäuden zum Einbau in eine Öffnung in einer Gebäudewand vorgesehen wobei die Lüftungsvorrichtung eine innenseitige Düse und eine außenseitige Düse, sowie einen Ventilator mit Lüftermotor umfasst, um Luft durch die Öffnung hindurch zu transportieren, wobei eine Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die innenseitige und die außenseitige Düse miteinander verbunden und in axialer Richtung der Öffnung gegeneinander verspannbar sind, so dass die Kragen beim Verspannen aufeinander zu bewegt werden und sich an die Ränder der Öffnung anpressen und so die Lüftungsvorrichtung in der Öffnung verankern.
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Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung bildet der Ventilator mit Lüftermotor eine Einheit mit einer der Düsen. Damit kann die gesamte Technik in einer oder beiden Düsen integriert werden. Damit steht der Zwischenraum zwischen den beiden Düsen in der Wand voll als Strömungsquerschnitt zur Verfügung.
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Der Strömungsquerschnitt wird besonders vorteilhaft auch dadurch optimiert, indem elektrische oder elektronische Komponenten zum Betrieb und zur Steuerung der Lüftungsvorrichtung in einem oder beiden Kragen der Düsen angeordnet sind. Besonders vorteilhaft wird hierbei auch durch den Wulst ausnutzbarer Bauraum geschaffen.
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Um aus der Düsenöffnung austretenden Schall weiter zu dämpfen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, dass die Blende auf der Seite, welche der Düsenöffnung zugewandt ist, eine profilierte Oberfläche aufweist. Durch Mehrfachreflexion des Schalls an den Strukturen der Profilierung kann sich der Schall totlaufen. Insbesondere ist eine profilierte Oberfläche mit radial auswärts verlaufenden, offenen Kanälen geeignet. Diese Kanäle bieten wenig Strömungswiderstand, da auch die Luftströmung an der Blende entlang radial auswärts und damit entlang der Längsrichtung der Kanäle erfolgt.
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Für die Wärmerückgewinnung wird mittels einer geeigneten Steuerung der Lüftungsvorrichtung die Strömungsrichtung der geförderten Luft in zeitlichen Abständen umgekehrt. Auf diese Weise wird der Regenerator erst durch beispielsweise wärmere Luft der Innenräume aufgewärmt, indem der Ventilator Luft aus dem Gebäude nach außen fördert. Dann wird die Strömungsrichtung umgekehrt, so dass der erwärmte Regenerator nun die von außen einströmende Luft auf nahezu Zimmertemperatur rückerwärmt. Generell, ohne Beschränkung auf spezielle Ausführungsformen der Erfindung ist es daher günstig, wenn ein Ventilator mit umkehrbarer Förderrichtung vorgesehen wird. Dies kann bei einem Axiallüfter durch Umschalten der Laufrichtung oder auch durch eine Blattverstellung bewirkt werden.
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Oftmals sind moderne Häuser nun so weit abgedichtet, dass kein hinreichender Druckausgleich bei Betrieb einer Lüftungseinrichtung mehr erzielt werden kann. Damit würde sich ein Druckgefälle entgegen der Förderrichtung der Lüftungseinrichtung aufbauen. Um dem zu begegnen, sieht die Erfindung ein Lüftungssystem mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtungen und einer Steuerung vor. Mittels der Steuerung werden die Lüftungsvorrichtungen abwechselnd mit umgekehrten Förderrichtungen betrieben. Fördert die eine Lüftungsvorrichtung also Außenluft in das Gebäude, wird von der anderen Lüftungsvorrichtung gleichzeitig Raumluft nach außen gefördert. Die Steuerung kann dabei auch in den Lüftungsvorrichtungen selbst enthalten sein. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtungen liegt auch darin, dass diese zum Aufbau eines Lüftungssystems räumlich getrennt voneinander, beispielsweise sogar in verschiedenen Räumen angeordnet werden können. Dies ist vorteilhaft einerseits, um einen sehr effektiven Luftaustausch zu erzielen, da der Luftstrom zwischen den Lüftungsvorrichtungen einen entsprechend weiten Weg zurücklegt. Gleichzeitig werden auch raumlufttechnische Kurzschlüsse vermieden, bei denen ein Teil der zugeführten Frischluft durch einen nahen Abluftkanal sofort wieder nach draußen abgeführt wird.
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Die Lüftungsvorrichtungen können auch jeweils Drahtlos-Kommunikationseinrichtungen aufweisen. Das Lüftungssystem kann dann eingerichtet sein, über eine Drahtlos-Kommunikation mittels der Drahtlos-Kommunikationseinrichtungen die Lüftungsvorrichtungen gleichzeitig mit entgegengesetzten Förderrichtungen und zyklischer Umschaltung der Förderrichtungen zu betreiben.
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Weiterhin kann auch ein elektrischer Energiespeicher zum Antrieb des Lüftermotors vorgesehen werden. Der Energiespeicher kann beispielsweise im Wulst eines Kragens der innen- oder außenseitigen Düse eingebaut sein. Außenseitig können ein oder mehrere Solarzellen vorhanden sein, um den Energiespeicher aufzuladen. Damit kann die Lüftungsvorrichtung unabhängig vom Stromnetz betrieben werden. Wenn dann auch noch die Kommunikation drahtlos erfolgt, sind die Lüftungsvorrichtungen vollständig autark. Es reicht dann im Wesentlichen, die Öffnungen in den Wänden vorzusehen und die Lüftungsvorrichtungen einzusetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand der beigeschlossenen Figuren erläutert. In den Figuren verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße, in eine Wand eingesetzte Lüftungsvorrichtung,
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2 eine Ausführungsform einer innenseitigen Blende,
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3 eine Ausführungsform eines Regenerators,
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4 eine Einheit mit Regenerator,
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5 Wohnräume mit einem Lüftungssystem.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Lüftungsvorrichtung 1 wird in einer Öffnung 20 in einer Wand 2 montiert. Aufgrund des rohr- oder tunnelförmigen luftführenden Kanals durch die Wand kann die Lüftungsvorrichtung 1 auch als Rohrlüfter bezeichnet werden. Besonders geeignet ist die Lüftungsvorrichtung 1 für den Luftaustausch mit dem Außenbereich. Die Wand 2 ist daher vorzugsweise eine Außenwand eines Gebäudes.
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Die erfindungsgemäße raumlufttechnische Lüftungsvorrichtung 1 umfasst mindestens eine innenseitige Düse 5, sowie einen Ventilator 11 mit einem Lüftermotor 9. Der Ventilator 11 zum Fördern der Luft durch die Öffnung 20 ist besonders bevorzugt als Axiallüfter ausgebildet.
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Die Lüftungsvorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Regenerator 17 in Form eines Wärmezwischenspeichers zur Wärmerückgewinnung. Der Regenerator 17 ist bevorzugt innerhalb der Wand 2 angeordnet, um eine platzsparende Bauweise zu erhalten.
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Die innenseitige Düse 5 weist einen außen umlaufenden Kragen 50 zur Anlage an die Gebäudewand 2 auf. Der Kragen 50 deckt dabei den Rand 20 der Öffnung 2 ab. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise Unsauberkeiten, die beim Bohren der Öffnung 20 schnell an deren Rand entstehen können, abgedeckt werden und nicht mehr sichtbar sind.
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Die Strömungsoberfläche 49 der innenseitigen Düse 5 wird durch die Oberfläche gebildet, an welcher der vom Ventilator 11 erzeugte Luftstrom vorbeistreicht. Diese erstreckt sich von der Innenseite 52 der Düsenöffnung 51 bis über den Kragen 50 bis zur Wandoberfläche. Diese Strömungsfläche hat die Form eines ringförmigen Wulstes 54. Die Strömungsoberfläche 49 weist an der Innenseite 52 der Öffnung 51 eine axial auswärts gerichtet Neigung auf, die über den Wulst 54 hinweg in eine Neigung übergeht, die eine rückwärts, also zur Wand 2 zu gerichtete Komponente aufweist. Mit anderen Worten weist die Strömungsoberfläche am Kragen einen äußeren Bereich 56 auf, entlang welchem die Oberfläche in Strömungsrichtung zur Wand 2 hin geneigt ist. Um die Bildung von Wirbeln zu vermeiden, weist das Profil der Strömungsoberfläche eine stetig gekrümmte Form auf. Es sind demgemäß keine Kanten vorhanden, an welchen die Strömung abreißen kann. Die gesamte strömungsführende umschließende Oberfläche weist keine signifikanten Querschnittssprünge auf, die im wandnahen Geschwindigkeitsprofil Totwasser-Zonen und Verwirbelungen induzieren würden.
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Weiterhin ist eine Blende 14 vorgesehen, welche in einem Abstand zur Strömungsoberfläche 49 der innenseitigen Düse 5 angeordnet ist und die Düsenöffnung 51 abdeckt. Zwischen der Blende 14 und der innenseitigen Düse 5, insbesondere deren Kragen 50 entsteht damit ein ringförmiger Spalt 55. Dieser Spalt 55 dient als Luftaustritt oder Lufteintritt, je nach Strömungsrichtung. Die Blende 14 kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung an der Seite, welche der Düse 5 zugewandt ist, schalldämpfend ausgebildet sein. Die Schalldämpfung kann durch eine besondere Profilierung der Oberfläche, alternativ oder zusätzlich auch durch ein innenseitiges schalldämpfendes Material erzielt werden. Eine bevorzugte Profilierung mit radial auswärts verlaufenden Kanälen wird noch genauer mit Bezug zu 2 beschrieben.
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Die Düsenform mit Wulst, Blende und ringförmigem Spalt erweist sich als besonders vorteilhaft, um eine hohe Effizienz und niedrige Geräuschentwicklung zu schaffen. Die Blende reflektiert aus der Düsenöffnung 51 austretenden Schall zurück. Die zur Wand hin geneigten Strömungsoberfläche führt außerdem zu einer starken Erweiterung des Strömungsquerschnitts. Der Strömungsquerschnitt wird bereits durch die Umlenkung des Luftstroms in radiale Richtung entsprechend dem radial anwachsenden Kreisumfang größer. Zusätzlich erweitert sich durch die Form der Strömungsoberfläche im Bereich 56 der Abstand zwischen Blende und Kragen. Auch dies bremst den Luftstrom. Beides zusammengenommen führt zu einer sehr effektiven Unterdrückung von Turbulenzen.
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Für eine hohe Effizienz und geringe Schallemission ist es außerdem günstig, auch die Außenseite der Lüftungsvorrichtung 1 wie die Innenseite mit einer Kombination aus Düse und Blende auszubilden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist daher eine außenseitige Düse 7 vorgesehen, welche wie die innenseitige Düse 5 einen außen umlaufenden Kragen 70 zur Anlage an die Gebäudewand 2 aufweist, so dass der Rand 20 der Öffnung 2 durch den Kragen 70 der außenseitigen Düse 7 abgedeckt wird. Insbesondere kann auch die außenseitige Düse 7 einen Wulst 74 und einen zur Wand 2 hin geneigten Abschnitt 76 der Strömungsoberfläche 69 der Düse 7 aufweisen.
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Unabhängig von der speziellen Form der Düsen 5, 7 ist es besonders vorteilhaft, wenn die innenseitige Düse 5 und die außenseitige Düse 7 getrennte und miteinander verbindbare Elemente der Lüftungsvorrichtung 1 sind. Insbesondere kann eine Verbindungseinrichtung 13 vorgesehen sein, mit welcher die innenseitige und die außenseitige Düse 5, 7 miteinander verbunden und in axialer Richtung der Öffnung 20 gegeneinander verspannbar sind. Durch das Verspannen werden die Kragen 50, 70 der Düsen aufeinander bewegt, so dass diese sich an die Ränder der Öffnung 20 anpressen. Anders gesagt werden durch die Verbindungseinrichtung 13 die Kragen 50, 70 beidseitig gegen die Wand geklemmt. Geeignet ist beispielsweise, wie in 1 dargestellt, ein Schraubmechanismus. Eine Gewindestange an einem Flansch wird durch eine Öffnung im anderen Flansch durchgesteckt. Durch Aufschrauben einer Mutter werden dann beide Düsen 5, 7 aufeinander zu bewegt, so dass sich die Flansche an die Wand pressen und die Anordnung in der Öffnung 20 verankern.
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Anders als in 1 gezeigt, können auch am Umfang, beziehungsweise an der Innenwand der Öffnung 20 verlaufende Gewindespann-Einrichtungen verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Regenerator 17 zugänglich bleibt und herausgenommen werden kann, ohne die Verspannung zu lösen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Bänder verwendet, die mit einem Schneckengewinde-Spannmechanismus ähnlich dem einer Schlauchschelle spannbar sind. Die Bänder sind sehr flach und engen den Strömungsquerschnitt nicht oder nicht wesentlich ein.
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Diese Art der Befestigung erfordert keine weiteren Arbeiten und baulichen Maßnahmen, um die Lüftungseinrichtung 1 in der Wand zu fixieren. Auch gestattet dies einen größtmöglichen Strömungsquerschnitt in der Wand, da zwischen den endseitigen Düsen kein Schachtgehäuse notwendig und vorgesehen ist.
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Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel sind die Düsen 5, 7 vorzugsweise als Kunststoff-Formteile ausgebildet. Die Düsen 5, 7 können dabei auch mehrteilig sein. Dies bietet sich an, wenn die Düsen 5, 7 gleichzeitig auch als Gehäuse für Komponenten der Lüftungseinrichtung dienen.
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Zur Vermeidung der Übertragung von Körperschall können die Wandanlageflächen 60 eines oder beider Flansche 50, 70 mit einem vibrationsdämpfenden Material 61 versehen sein. Als vibrationsdämpfendes Material sind Elastomere und/oder Schaumstoffe besonders geeignet.
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Besonders bevorzugt ist auch die Öffnung 20 zwischen den beiden Düsen 5, 7 mit einem Dämm-Material 62 ausgekleidet. Besonders bevorzugt ist wiederum ein Schaumstoff. Das Dämm-Material 62 dient sowohl zur Vermeidung der Übertragung von Vibrationen, als auch zur Dämpfung von Schall. Wie dargestellt, ist es zur Dämpfung der Übertragung von Körperschall besonders günstig, wenn das Dämm-Material 62 jeweils zwischen den Düsen 5, 7 und der Innenseite der Öffnung 20 angeordnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass Vibrationen von den Düsen auf die Wand übertragen werden.
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Um einerseits einen möglichst großen Strömungsquerschnitt innerhalb der Öffnung 20 in der Wand zu erhalten und auch zweitens die Übertragung von Körperschall zu minimieren, bilden der Ventilator 11 mit Lüftermotor 9 gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Einheit mit einer der Düsen 5, 7. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilator 11 in der wandaussenseitigen Düse 7 integriert. Diese Konfiguration wird bevorzugt, da auf diese Weise der Regenerator 17 schalldämmend zwischen Ventilator 11 und Innenraum angeordnet ist. Auch kann die außenseitige Düse 7 vom Ventilator übertragene Vibrationen nicht direkt als Schallemission in den Innenraum abstrahlen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können in die außenseitige Blende 15 ein oder mehrere Solarzellen 22 integriert werden. Diese liefern elektrische Energie zum Betrieb der Lüftungsvorrichtung 1. Dazu sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem der Kragen, vorzugsweise im Kragen 50 der innenseitigen Düse 7 ein oder mehrere Energiespeicher 19 vorgesehen, welche von den Solarzellen 22 aufgeladen werden. Die innenseitige Düse als Aufnahme für den oder die Energiespeicher bietet sich aufgrund der konstanten höheren und damit für das Speichervermögen und Langlebigkeit günstigen Temperatur im Gebäudeinneren an.
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Generell ist es besonders bevorzugt, wenn elektrische oder elektronische Komponenten 24 zum Betrieb und zur Steuerng der Lüftungsvorrichtung in einer oder beiden Kragen 50, 70 der Düsen 5, 7 angeordnet sind. Dies ist eine besonders wirkungsvolle Maßnahme, um den verfügbaren Strömungsquerschnitt in der Öffnung 20 möglichst groß auslegen zu können. Allgemein ist es dabei auch günstig, wenn die Düse 5, 7, welche die elektronischen Komponenten enthält, als Gehäuseteil ausgebildet ist. Wie in 1 gezeigt, kann dazu die Düse 5, 7 zweiteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Wulst des Kragens 50, 70 ein Gehäuse mit einem Hohlraum 53 bilden. Ohne Beschränkung auf die spezielle Form der Düsen im dargestellten Ausführungsbeispiel kann also der Wulst 54, 74 eines Kragens 50, 70 der innen- und/oder außenseitigen Düse 5, 7 einen ringförmigen Hohlraum 53 bilden, in welchem elektrische oder elektronische Komponenten 24 aufgenommen sind.
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Diese Ausführungsform der Erfindung kann unabhängig von der speziellen Formgebung der Düsen mit den Wulsten realisiert werden. Allgemein, ohne Beschränkung auf das spezielle abgebildete Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung daher auch eine raumlufttechnische Lüftungsvorrichtung 1 zur Lüftung von Räumen in Gebäuden vor, welche zum Einbau in eine Öffnung 20 in einer Gebäudewand 2 ausgebildet ist, wobei die Lüftungsvorrichtung 1 eine erste, vorzugsweise innenseitige Düse 5, eine zweite, vorzugsweise außenseitige Düse 7, einen Ventilator 11 mit Lüftermotor 9 zum Antrieb des Ventilators 11, sowie einen vom Luftstrom des Ventilators erzeugten Luftstroms durchströmten Regenerator 17 in Form eines Wärmezwischenspeichers zur Wärmerückgewinnung umfasst, wobei die erste und zweite Düse 5, 7 jeweils einen äußeren Kragen 50, 70 zur Anlage an die Gebäudewand 2 aufweisen, wobei die Lüftungsvorrichtung elektronische Komponenten 24 zum Betrieb und zur Steuerung aufweist, welche im Kragen 50, 70 einer der Düsen 5, 7 angeordnet sind. In Aufsicht auf die Öffnung 20 in der Wand betrachtet sind damit die elektronischen Komponenten 24 neben der Öffnung 20 angeordnet.
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Die elektronischen Komponenten können eine Steuereinrichtung, Kommunikationseinrichtungen und Sensoren umfassen. Beispielsweise kann die Fördermenge und/oder Zykluszeit zwischen zwei Umschaltungen der Luftförderrichtung anhand des Feuchtegehalts, der Temperatur und/oder der Tageszeit gesteuert werden.
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Zusätzlich zum Regenerator 17 können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform auch Luftfilter vorgesehen werden, um die einströmende Luft zu filtern. Bevorzugt wird eine Filterung sowohl mit einem Grob-, als auch mit einem Feinfilter. Der Feinfilter kann als Gewebe- oder Feststofffilter ausgebildet sein. Dabei wird als Gewebefilter auch ein Filter mit einem Vlies verstanden. Der Filter ist besonders bevorzugt als Taschenfilter ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Feinfilter 18 weiterhin in Richtung von der außenseitigen Düse 7 zur innenseitigen Düse 5 betrachtet der Luftfilter 18 hinter dem Regenerator angeordnet. Der Feinfilter 18 ist dem Regenerator 17 also bei in das Gebäude einströmender Luft nachgeordnet. Diese Konfiguration ist von Vorteil, um die Standzeit des Filters zu erhöhen. Dies wird erreicht, da der Regenerator 17 selbst bereits eine gewisse Filterwirkung hat.
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Gemäß einer Ausfürhungsform der Erfindung weist die Lüftungsvorrichtung 1 einen vorzugsweise an der außenseitigen Düse 7 angebrachten Grobfilter 16 in Gestalt eines Gitters auf. Mit diesem Grobfilter wird verhindert, dass größere Partikel, Insekten oder Gegenstände in die Lüftungsvorrichtung eindringen. Der Grobfilter kann gleichzeitig auch als Elektrode eines elektrostatischen Staubfilters verwendet werden. Ebenso kann auch der Regenerator besonders vorteilhaft eine Elektrode eines solchen Staubfilters sein. Eine Kombination dieser beiden Ausführungsformen, also ein elektrostatischer Partikelfilter, bei welchem ein gitterförmiger Grobfilter 16 eine erste Elektrode und der Regenerator 17, oder zumindest ein Teil des Regenerators 17 eine zweite Elektrode bilden, ist besonders vorteilhaft, da diese Anordnung sehr platzsparend ist und auch die große Fläche des Regenerators 17 den elektrostatisch angesaugten Staub gut aufnehmen kann. Ein besonderer Vorteil ist auch der geringe Druckverlust, der mit einem elektrostatischen Filter erzielt werden kann. Ein niedriger Druckverlust senkt die erforderliche Leistung des Ventilators und steigert die Effienz der Vorrichtung, während gleichzeitig die Schallemission reduziert wird.
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2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform einer innenseitigen Blende 14. Die Blende 14 hat hier als Beispiel eine ebene Grundform. Möglich sind aber auch etwa in einer oder zwei Richtungen gewölbte Blenden. Die der Düsenöffnung zugewandte Seite 140 der Blende 14 ist profiliert, also nicht glatt. Durch die Profilierung wird aus der Düsenöffnung austretender Schall in unterschiedliche Richtungen reflektiert und läuft sich ähnlich wie bei einem Kulissenschalldämpfer tot. Besonders bevorzugt ist wie dargestellt eine Oberfläche mit radial auswärts verlaufenden, offenen Kanälen 142. Die Kanäle 142 folgen damit der Richtung des Luftstroms, so dass der Strömungswiderstand niedrig bleibt. Die Kanäle weisen im dargestellten Beispiel ein halbkreisförmiges, in eine ebene Innenseite eingesenktes Profil auf. Möglich und strömungsmechanisch besonders günstig ist auch ein wellenförmiges Profil, bei welchem also konkav gekrümmte Abschnitte des Profils der Kanäle mit konvex gekrümmten Abschnitten verbunden sind.
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Wünschenswert sowohl für die Effizienz, als auch zur Vermeidung von Geräuschen wäre ein möglichst großes Wärmespeichervermögen des Regenerators. Je größer das Wärmespeichervermögen, desto geringer sind die Verluste bei der Wärmerückgewinnung und desto seltener muss die Strömungsrichtung gewechselt werden. Ohne Beschränkung auf die speziellen Merkmale der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele ist zu diesem Zweck gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Regenerator optional wenigstens ein Latentwärmespeicher-Material enthält, welches Wärme durch einen Phasenübergang im Temperaturbereich zwischen der Außen- und Innentemperatur des zu belüftenden Gebäudes speichert. Typischerweise liegt dazu die Temperatur des Phasenübergangs zwischen 0 °C und 22 °C.
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Die Effizienz der Wärmerückgewinnung kann noch weiter verbessert werden, indem zwei oder mehr verschiedene Latentwärmespeichermaterialien im Regenerator 17 kombiniert werden. 3 zeigt hierzu ein Beispiel. Die Latentwärmespeichermaterialien 171, 172, 173 sind in Luftförderrichtung gesehen hintereinander angeordnet, so dass die vom Ventilator geförderte Luft die Latentwärmespeichermaterialien 171, 172, 173 nacheinander durchströmt. Die Latentwärmespeichermaterialien 171, 172, 173 unterscheiden sich dabei hinsichtlich der jeweiligen Temperatur des Phasenübergangs. Insbesondere kann es auch sinnvoll sein, die Abfolge der zwei oder mehr Latentspeichermaterialien 171, 172, 173 so zu wählen, dass die Phasenübergangstemperaturen sukzessive in Richtung von innen nach außen, beziehungsweise in Richtung von der innenseitigen Düse 5 zur außenseitigen Düse 7 abnehmen. Geht man von einem typischen Einsatz der Lüftungsvorrichtung 1 in gemäßigten Breiten aus, so ist die mittlere Außentemperatur geringer als die mittlere Wohnraumtemperatur. Die Phasenübergangstemperaturen folgen bei einer solchen Abfolge mithin dem mittleren Temperaturgradienten.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann auch ein metallisches Wärmespeichermaterial 174 als Bestandteil des Regenerators vorgesehen werden. Beispielsweise kann das metallische Wärmespeichermaterial 174 als Körper mit offenen, luftleitende Kanälen, als Anordnung von Stäben oder als Metallwolle in loser, geflochtener, gewebter oder gewirkter Form vorliegen. Das metallische Wärmespeichermaterial 174 kann, wie schematisch in 3 dargestellt, auch mit Latentwärmespeicher-Materialien kombiniert werden.
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Neben einer hohen Effizienz und möglichst geringen Schallemissionen ist auch eine einfache Wartung wünschenswert. Der größte Wartungsaufwand entsteht dabei durch die Reinigung. Durch den ständigen Luftstrom kommt es in der Ventilationseinrichtung 1 insbesondere dort schnell zu Schmutzablagerungen, wo der Strömungsquerschnittt eng ist. Dies ist besonders im Regenerator 17 der Fall. Um das Reinigen möglichst einfach zu machen, ist eine aus der Lüftungsvorrichtung herausnehmbare Einheit 169 mit dem Regenerator 17 vorgesehen, wobei die Einheit mit Regenerator 17 spülmaschinenfest und in einer Haushalts-Spülmaschine reinigbar ist. Dies stellt unter anderem Anforderungen an die Abmessungen der Einheit. Vorzugsweise ist die Einheit 169 kürzer als 30 cm. Die Einheit 169 mit Regenerator 17, wie sie in der in 1 gezeigten Lüftungsvorrichtung 1 eingesetzt ist, ist in 4 nochmals gesondert gezeichnet. Um die Einheit 169 leicht herausnehmen zu können, kann ein Griff 170 vorgesehen sein. Die Einheit 169 enthält vorzugsweise auch den Luftfilter 18. Wird die Einheit zum Reinigen herausgenommen, kann bei dieser Gelegenheit auch der Luftfilter 18 leicht und schnell ausgetauscht werden. Alternativ kann auch der Luftfilter 18 spülmaschinenfest sein und in der Spülmaschine mit gereinigt werden.
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Die Düsen sind bevorzugt rotationssymmetrisch ausgeführt. Mit einer rotationssymmetrischen Düse kann ein wie in 1 gezeigter Verschlussdeckel 12 durch axiale Verstellung, die Lüftungsvorrichtung komplett verschließen. Auch kann bei anliegendem Winddruck oder Sog durch Verminderung des Öffnungsquerschnitts der Luftstrom mit dem Verschlussdeckel 12, geregelt werden. Der Verschlussdeckel 12 kann vorteilhaft in seiner Form an die außenseitige Blende 15 angepasst sein, so dass sich der Verschlussdeckel 12 in geöffnetem Zustand an die außenseitige Blende 15 anlegt. Damit wird der Luftstrom in vollständig geöffneter Position des Verschlussdeckels nicht oder zumindest nicht wesentlich behindert.
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Anhand von 5 wird nachfolgend ein Lüftungssystem 100 beschrieben, welches auf der Grundlage mehrerer erfindungsgemäßer Lüftungsvorrichtungen 1, 3 aufgebaut ist. 5 zeigt eine Wohnung 30 mit mehreren Räumen 31, 32, 33. In die Wand 2, welche die Außenwand bildet, sind zwei erfindungsgemäße Lüftungsvorrichtungen 1, 3 eingesetzt. Beide verfügen über Drahtlos-Kommunikationseinrichtungen 25. Ebenfalls vorgesehen ist eine Steuerung 101, beispielsweise ausgestattet mit einer graphischen Bedienoberfläche. Die Steuerung ist gemäß einer Ausführungsform separat von den Lüftungsvorrichtungen 1, 3 angeordnet. Ebenso möglich ist aber auch, dass die Steuerung 101 in einer der Lüftungsvorrichtungen 1, 3 integriert ist.
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Die Lüftungsvorrichtungen 1, 3 sind räumlich getrennt voneinander, jede in einer eigenen Öffnung in der Wand 2 angeordnet. Wie dargestellt können die Lüftungsvorrichtungen 1, 3 insbesondere auch in verschiedenen Wänden integriert sein.
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Mittels der Steuerung 101 werden die Lüftungsvorrichtungen 1, 3 nun abwechselnd mit umgekehrten Förderrichtungen betrieben. Dies bedeutet, dass eine Lüftungsvorrichtung Luft zuführt, während die andere Luft abführt und dann abgewechselt wird, indem beide Lüftungsvorrichtungen 1, 3 die Förderrichtungen umkehren. Die Länge der Zyklen richtet sich vor allem danach, wie lange die Regeneratoren Wärme austauschen können.
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Dieser Betrieb der Lüftungsvorrichtungen 1, 3, bei welchem die Lüftungsvorrichtungen 1, 3 mit entgegengesetzten Förderrichtungen laufen und zyklische die Förderrichtung umgeschaltet wird, wird von der Steuerungseinrichtung 101 über einen Datenaustausch mittels der Drahtlos-Kommunikationseinrichtungen 25 gesteuert. Die drahtlose Kommunikation ist besonders geeignet, um eine abgestimmte Steuerung der mindestens zwei räumlich voneinander getrennten Lüftungsvorrichtungen 1, 3 in einfacher Weise ohne größeren Aufwand einer Verkabelung zu erreichen.
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Zusätzlich können auch noch weitere Geräte in das Lüftungssystem integriert werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Lüftungssystem 100 auch einen Einzelraumlüfter 21, welcher einen einzelnen Raum, hier das Zimmer 32 lüftet. Beispielsweise kann die Lüftung wie dargestellt über einen Schacht erfolgen. Auch der Einzelraumlüfter 21 kommuniziert mittels einer Drahtlos-Kommunikationseinrichtung 25 mit der Steuerung 101. Wird beispielsweise der Einzelraumlüfter 21, etwa nach der Benutzung eines Badezimmers in Betrieb genommen, ändern sich die Druckverhältnisse. So können dann, wenn der Badlüfter Luft aus dem Zimmer abführt, die erfindungsgemäßen Lüftungsvorrichtungen 1, 3 anders als mit umgekehrten Förderrichtungen betrieben werden. Beispielsweise kann diejenige Lüftungsvorrichtungen 1, 3, welche ebenfalls Luft nach außen fördert, für die Dauer des Betriebs des Einzelraumlüfters 21 angehalten werden, damit beide Geräte nicht gegeneinander arbeiten.
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Gemäß noch einer Weiterbildung kann das System 101 selbstvernetzend ausgebildet sein. Bei einem solchen System finden sich die zugehörigen Geräte, also bei dem in 5 gezeigten Beispiel die Steuerung 101, die Einzelraumlüftung 21 und die beiden Lüftungsvorrichtungen 1, 3 durch Absenden und Empfangen von Initialisierungssignalen. Beispielsweise kann die Kommunikation mit einem Master-Slave-Protokoll erfolgen. Dabei muss die Steuerungseinrichtung 101 nicht zwangsläufig auch den Master darstellen.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern im Rahmen der verschiedenen Ausführungsformen, wie sie auch in den Ansprüchen definiert sind, variiert werden kann. So kann die Verbindungseinrichtung 13 anders als in 1 dargestellt, auch am Rand der Öffnung 20 angeordnet sein, um die Entnahme der Einheit 169 mit dem Regenerator 17 zu erleichtern.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 3
- Lüftungsvorrichtung
- 2
- Gebäudewand
- 5
- Innenseitige Düse
- 7
- Außenseitige Düse
- 9
- Lüftermotor
- 11
- Ventilator
- 12
- Verschlussdeckel
- 13
- Verbindungseinrichtung
- 14, 15
- Blende
- 16
- Grobfilter
- 17
- Regenerator
- 18
- Luftfilter
- 19
- Energiespeicher
- 20
- Öffnung in Gebäudewand 2
- 21
- Einzelraumlüfter
- 22
- Solarzelle
- 24
- elektrische/elektronische Komponenten
- 25
- Drahtlos-Kommunikationseinrichtungen
- 30
- Wohnung
- 31, 32, 33
- Zimmer
- 35
- Lüfter
- 49
- Strömungsoberfläche
- 50, 70
- Kragen
- 51, 71
- Düsenöffnung
- 52
- Innenseite von 51
- 53
- Hohlraum
- 54, 74
- Wulst
- 55
- ringförmiger Spalt
- 56, 76
- zur Wand hin geneigter Bereich der Strömungsoberfläche
- 60
- Wandanlagefläche von 50, 70
- 61
- vibrationsdämpfendes Material
- 62
- Dämm-Material
- 100
- Lüftungssystem
- 101
- Steuerung
- 140
- der Düsenöffnung 51 zugewandte Seite der Blende 14
- 142
- offene Kanäle
- 169
- Einheit mit Regenerator 17
- 170
- Griff
- 171, 172, 173
- Latentwärmespeichermaterial
- 174
- metallisches Wärmespeichermaterial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014003368 U1 [0003]
- EP 2378216 A2 [0003]
- DE 102007041041 A1 [0003]
- EP 1131583 B1 [0003]
- WO 2015/055435 A1 [0003]
- US 6328095 B1 [0004]
- WO 2008/058211 A2 [0004]
- WO 2004/072559 A1 [0004]
- WO 01/25695 A1 [0004]
