-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden, insbesondere Hallen, im Wesentlichen bestehend aus einem deckenseitig angeordneten, aus von Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlelementen bestehenden Luftkühler, an dem bodenseitig ein Fallschacht befestigt ist, durch den die gekühlte Luft zum Boden geführt wird.
-
Derartige, wie aus der
DE 38 04 232 C2 bekannte Vorrichtungen zur Kühlung von Gebäuden beruhen auf dem Prinzip der Schwerkraftkühlung, also auf dem Naturgesetz der unterschiedlichen Luftdichte von kalter und warmer Luft. Die erwärmte Raumluft durchströmt großvolumige, langgestreckte, von Kaltwasser durchflossene Luftkühler, die an Wänden deckenseitig angeordnet sind. Dort wird die Luft abgekühlt, wobei anfallende Kondensattröpfchen durch eine Wanne unterhalb des Luftkühlers aufgefangen werden. Über einen flächigen Fallschacht unterhalb des Luftkühlers strömt die kühlere und damit dichtere (schwerere) Luft zum Boden des Raums und gelangt dort über einen Luftdurchlass wieder in den Raum. Die am Boden entlangströmende gekühlte Luft wird durch unterschiedliche Wärmequellen, wie z.B. Personen, Beleuchtung, Sonneneinstrahlung, aber auch durch elektrische Geräte/Maschinen erwärmt, wodurch sie dann wieder eine geringere Dichte aufweist und zur Decke aufsteigt sowie durch den im Luftkühler entstehenden Unterdruck wieder angesaugt wird.
-
So ist aus der
EP 0 308 856 A2 ein demgemäßes Verfahren zur Kühlung von Räumen bekannt.
-
Der Vorteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass bei der Kühlung des Raums nur sehr geringe Luftbewegungen entstehen, wodurch eine große thermische Behaglichkeit bei minimalen Temperaturgradienten im Aufenthaltsbereich hervorgerufen wird. Auch wird hiermit eine Kühlung ohne jeglichen Einsatz von Ventilatoren erreicht, so dass der Energieeinsatz und die Geräuschbelastung gering ist.
-
Der grundsätzliche Nachteil einer derartigen Anlage ist jedoch die Tatsache, dass man leistungsbedingt für eine derartige Anlage sehr viel Fläche an den Wänden benötigt und dass bei einer solchen Kühlanlage ohne Einsatz eines Ventilators auch keine Leistungsvergrößerung durch eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft möglich ist.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine neue Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden zu schaffen, die deutlich kompakter ist und darüber hinaus auch tendenziell eine etwas größere Strömungsgeschwindigkeit und damit auch eine größere Leistung aufweist.
-
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1:
- Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden, insbesondere Hallen, bestehend aus einem deckenseitig angeordneten, aus von Kühlmedium durchströmten Kühlelementen bestehenden Luftkühler an dem bodenseitig ein Fallschacht befestigt ist, durch den die gekühlte Luft zum Boden geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler eine kompakte, zylinderförmige Kontur aufweist und unterhalb des Luftkühlers ein zur Luftführung vorgesehener, als Fallrohr ausgebildeter Fallschacht angeordnet ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung weist den wesentlichen Vorteil auf, dass sie viel kompakter aufgebaut ist und aufgrund der Kombination des kompakten, zylinderförmigen Luftkühlers mit einem Fallrohr eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der Luft ohne zusätzlichen Antrieb möglich wird. Dies ergibt sich aufgrund eines umgekehrten „Schornsteineffekts“, weil in einem Fallrohr die gekühlte und damit schwerere Luft sich mit einer größeren Geschwindigkeit Richtung Boden bewegt als in einem flächigen Fallschacht nach dem Stand der Technik.
-
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es insbesondere in Hallen möglich, auch an kleineren Wandbereichen jeweils erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Kühlung von Gebäuden anzubringen und eine größere Anzahl von derartigen Vorrichtungen verteilt anzuordnen. Auch ist es denkbar, dass derartige kompakte Vorrichtungen innerhalb von Hallen an Stützen oder dergleichen angeordnet werden. Die Versorgung der Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden erfolgt über ein Rohrleitungssystem, in dem das Kühlmedium die Wärme zu einem Kälteaggregat transportiert, welches außerhalb des zu kühlenden Raums bzw. der zu kühlenden Halle angeordnet ist.
-
Grundsätzlich bleibt für alle Ausführungsformen der Erfindung festzuhalten, dass ein Fallrohr nicht nur einen kreiszylindrischen Querschnitt, sondern auch andere Querschnitte, wie z.B. einen quadratischen, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen kann.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden, insbesondere Hallen, im Wesentlichen bestehend aus einem deckenseitig angeordneten, aus von Kühlmedium durchströmten Kühlelementen bestehenden Luftkühler an dem bodenseitig ein Fallschacht befestigt ist, durch den die gekühlte Luft zum Boden geführt wird.
-
Ausgehend von dem oben bereits dargelegten Stand der Technik sowie den Vorteilen und den Nachteilen dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung ebenfalls darin, eine neue Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden zu schaffen, die deutlich kompakter ist und darüber hinaus auch tendenziell eine etwas größere Strömungsgeschwindigkeit aufweist.
-
Die Lösung ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2:
- Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden, insbesondere Hallen, bestehend aus einem deckenseitig angeordneten, aus von Kühlmedium durchströmten Kühlelementen bestehenden Luftkühler und einem Fallschacht, durch den die gekühlte Luft zum Boden geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler in einem als Fallrohr ausgebildeten Fallschacht angeordnet ist.
-
Die erfindungsgemäße Lösung weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden aufgrund der Anordnung des Luftkühlers in einem als Fallrohr ausgebildeten Fallschacht noch wesentlich kompakter ausgebildet ist, so dass aufgrund des geringeren Platzbedarfs die Einsatzmöglichkeiten sich deutlich vergrößern. Hinzu kommt die Tatsache, dass eine derartige Vorrichtung auch mit einem geringeren Aufwand herzustellen und zu montieren ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist darüber hinaus unterhalb des Fallrohrs eine tellerförmige Auffangeinrichtung für Kondenswasser angeordnet, wodurch vermieden wird, dass sich Kondenswasser unkontrolliert am Boden verteilt. Auch ist es möglich, dass der kompakte, zylindrische Luftkühler zum Fallrohr weisend mit einem nach innen ragenden Basisteil zum Auffangen des Kondenswassers versehen ist.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühler aus Kühlelementen in Form von Aluminium-Strangpressprofilen gebildet wird. Hierbei besteht dann der Luftkühler jeweils aus mehreren, miteinander verbundenen Aluminium-Strangpressprofilen, die endseitig wiederum Verbindungsbereiche aufweisen, wodurch ein durchgehender Strömungsweg bzw. verschiedene Strömungswege entstehen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Herstellung und Montage eines Luftkühlers deutlich kostengünstiger möglich ist, bei gleichzeitig hoher Kühlleistung aufgrund einer großen Kühlfläche.
-
Grundsätzlich bleibt festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur zur Klimatisierung von Hallen und Gebäuden, sondern auch zur Kühlung von Kühlhäusern und Kühlzellen im Zusammenhang mit der Aufbewahrung von Lebensmitteln einsetzbar ist.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
- 1 Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden nach dem Stand der Technik,
- 2 erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden einschließlich Kaltwassersatz,
- 3 perspektivische Teilansicht eines Raumes mit zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Kühlung der ersten Ausführungsform gemäß 2,
- 4 Teilansicht einer ersten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden,
- 5 Teilansicht der ersten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden gemäß 4 mit teilweise weggebrochenem Luftkühler,
- 6 Ansichtszeichnung einer zweiten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden,
- 7 Teilansicht der zweiten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 6 mit im Bereich des Luftkühlers weggebrochener Mantelfläche des Fallrohrs,
- 8 Einzeldarstellung des im Rollbond-Verfahren hergestellten Luftkühlers gemäß der zweiten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung (6 und 7),
- 9 Teilansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden mit teilweiser weggebrochener Mantelfläche des Fallrohrs im Bereich des Luftkühlers,
- 10 perspektivische Einzeldarstellung des Luftkühlers der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 9,
- 11 Draufsicht auf die Stirnseite mehrerer, einen Luftkühler einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 9 bildenden Strangpressprofile,
- 12 Teilansicht einer dritten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden,
- 13 perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 12 mit teilweise weggebrochenem Luftkühler,
- 14 Darstellung derdritten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden einschließlich einer Ausschnittsvergrößerung im Bereich der Zu- und Abführung des Kühlmediums und
- 15 Darstellung des Luftkühlers gemäß dritter Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung mit teilweise weggebrochenem Luftkühler mit bereichsweiser Vergrößerung der Luftkühlerstruktur.
-
In der 1 ist eine Vorrichtung A aus dem Stand der Technik zur Kühlung eines Raums B in einem Gebäude dargestellt, wobei in der Darstellung die Leitung zur Zuführung und Abführung des Kühlmediums sowie die Einrichtung zur Kühlung des Kühlmediums weggelassen worden sind. Die großflächigen Vorrichtungen A sind beabstandet an einer Wand C angeordnet. Sie werden gebildet aus einem nahe der nicht dargestellten Decke des Raums B jeweils angeordneten Luftkühler D, der ein Lufteintrittsgitter E aufweist. Unterhalb des Luftkühlers D wird durch eine parallel zur Wand C verlaufende zusätzliche Wand F sowie zwei Seitenwände G ein Fallschacht H ausgebildet, der bodenseitig ein Luftaustrittsgitter I aufweist.
-
Die erwärmte Raumluft steigt aufgrund ihrer geringen Dichte auf (s. Pfeile) und tritt über das Lufteintrittsgitter E in den Luftkühler D ein. Dort wird die Luft abgekühlt und sinkt aufgrund der nun vorhandenen größeren Dichte im Fallschacht H Richtung Boden, wobei dann die gekühlte Luft bodenseitig austritt. Durch die erneute Erwärmung dieser bodenseitigen Kaltluft wird diese im Kreislauf dann wieder zum oberen Lufteintrittsgitter H geführt.
-
In der 2 ist insgesamt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Kühlung von Gebäuden dargestellt, welche grundsätzlich aus einem Luftkühler 11 und einem darunter angeordneten Fallrohr 12 gebildet wird. Der Luftkühler 11 weist einen deutlich größeren Durchmesser als das Fallrohr 12 auf. Das für den Luftkühler 11 benötigte Kühlmedium (z.B. Wasser) wird in einer Kühlanlage 13 erzeugt.
-
Die Kühlanlage 13 weist einen Kaltwassersatz 14 auf, bei dem in einem Kühlkreislauf ein Verdichter 15, ein Verflüssiger 16, ein Sammler 17, ein Magnetventil 18, ein Einspritzventil 19 und ein Plattenwärmeübertrager 20 angeordnet sind. Der Plattenwärmeübertrager 20 wird im Gegenstromprinzip betrieben. Eine Primärpumpe 21 befördert das Wasser durch den Plattenwärmeübertrager 20 und anschließend gekühlt in einen Pufferspeicher 22, der dazu dient, die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Sekundärkreislaufs möglichst konstant zu erhalten. Eine Sekundärpumpe 23 holt das Wasser aus dem Pufferspeicher 22 und fördert es durch den als Lamellenkühler ausgebildeten Luftkühler 11. Zur Einregulierung des Wassermassenstroms ist hinter der Sekundärpumpe 23 ein Hand-Absperrhahn 24 zur Drosselung angeordnet.
-
In der 3 ist zu erkennen, dass beispielsweise zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen der ersten Ausführungsform jeweils mit einem oben angeordneten Luftkühler 11 und einem Fallrohr 12 beabstandet an einer Wand 25 eines zu kühlenden Raums 26 angeordnet sind. Auf nicht dargestellte Weise werden die Vorrichtungen über Zulauf- und Ablaufleitungen mit einem von einer Kühlanlage temperierten Kühlmedium versorgt.
-
Des Weiteren ist dargestellt, dass die erwärmte Luft (s. Strömungspfeile) im oberen Bereich des Raums 26 beiderseitig in den Luftkühler 11 einströmt, wodurch die Luft gekühlt wird und dann aufgrund ihrer größeren Dichte und dem umgekehrten „Schornsteineffekt“ zum Boden geführt wird und dort bodennah austritt und sich dort im Raum verteilt.
-
Die Schwerkraftkühlung hat den Vorteil, dass sie ohne zusätzliche Ventilatoren, also ohne zusätzlichen Energieverbrauch und ohne Lärmbelästigung, eine kontinuierliche Kühlung herbeiführt. Aufgrund der geringen Luftgeschwindigkeit kommt es zudem nicht zu als unangenehm empfundenen Zugerscheinungen. Hinzu kommt, dass die kompakte Bauform es ermöglicht, eine Einheit aus Luftkühler 11 und Fallrohr 12 auch zwischen Fenstern oder an Säulen zu montieren, die nur wenig Platz zur Verfügung stellen.
-
In den 4 und 5 ist eine erste Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt, bei der Luftkühler 11 ebenfalls auf dem Fallrohr 12 aufgesetzt ist, jedoch einen im Wesentlichen dem Fallrohr 12 entsprechenden Durchmesser aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird der Luftkühler 11 durch eine Vielzahl von jeweils paarweise horizontal verlaufenden, voneinander beabstandeten Kühlrohren 27 gebildet, an denen zahlreiche, ebenfalls beabstandete Kühllamellen 28 angeordnet sind, wobei warme Luft allseitig in den Luftkühler 11 einströmt. Ergänzend ist ein ringförmiges, eine Vertiefung aufweisendes Basisteil 29 des Luftkühlers 11 dargestellt, in dem während des Kühlprozesses Kondenswasser gesammelt wird, welches auf nicht dargestellte Weise kontrolliert abgeführt wird. Auch hier sind die Zulauf- und Ablaufleitungen für das Kühlmedium nicht dargestellt.
-
In der 6 erkennt man die Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, bei der der Luftkühler 11 innerhalb des Fallrohrs 12 angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sie deutlich kompakter ausgebildet ist und somit aufgrund eines kleineren Platzbedarfs flexibler einsetzbar ist. Zusätzlich zeigt die 6 eine Einrichtung zum Auffangen von Kondenswasser 30, die unterhalb des Fallrohrs 12 angeordnet ist. Auch hierbei wird das gesammelte Kondenswasser auf nicht dargestellte Weise kontrolliert abgeführt.
-
In den 7 und 8 ist dargestellt, dass bei der zweiten Ausführungsform der nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß 6 der Luftkühler 11 aus einem gebogenen (aufgerollten) Rollbond-Wärmetauscherelement 31 gebildet wird. Das Rollbond-Wärmetauscherelement 31 weist zahlreiche waagerecht umlaufende Strömungskanäle 32 für das Kühlmedium auf. Die Strömungskanäle 32 sowie eine Zuflussleitung 33 sowie eine Abflussleitung 34 bilden ein geschlossenes System für das Kühlmedium.
-
Während die erwärmte Luft grundsätzlich über die Vorrichtung 10 einströmt und dann nach unten zum Boden geführt wird, fließt das Kühlmedium im Gegenstrom von unten nach oben.
-
Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist in den 9 - 11 dargestellt. Hierbei ist der Luftkühler 11 aus ineinander gefügten Strangpressprofilen 35 gebildet, die jeweils einen Strömungskanal 36 für das Kühlmedium sowie zahlreiche Kühlflächen 37 aufweisen. Die Strangpressprofile 35 werden form- bzw. kraftschlüssig miteinander verrastet. Hierzu weisen diese über den Umfang verteilt jeweils Rippen mit endseitig knollenförmigen Verdickungen 38 bzw. sichelförmigen Endstücken 40 auf, in denen knollenartige Verdickungen 38 benachbarter Strangpressprofile 35 verrastet werden können.
-
Insbesondere in den 9 und 10 erkennt man, dass die Strangpressprofile 35 über eine Zuleitung 41, die sich kurz vor dem Luftkühler 11 verzweigt, und zahlreiche Teilleitungen 42 mit den Strömungskanälen 36 unterseitig verbunden sind, wobei oberseitig ebenfalls jeder Strömungskanal 36 eines Strangpressprofils 35 über eine Teilleitung 42 mit der Abflussleitung 43 verbunden ist.
-
Während die erwärmte Luft grundsätzlich über die Vorrichtung 10 einströmt und dann nach unten zum Boden geführt wird, fließt das Kühlmedium im Gegenstrom von unten nach oben.
-
Letztlich ist in den 12 bis 15 eine dritte Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt, bei der der Luftkühler 11 aus so genannten Micro-Channel-Kühlelementen gebildet wird. Der Luftkühler 11 ist wieder in einem auf dem Fallrohr 12 befestigten Basisteil 29 angeordnet, so dass anfallendes Kondenswasser gesammelt und kontrolliert abgeführt werden kann. In den Zeichnungen erkennt man zum einen als Strangpress-Kastenprofile ausgebildete Kühlrohre 44 für das Kühlmedium, die ringförmig und beabstandet voneinander angeordnet sind, die zahlreiche kleine Strömungskanäle 48 aufweisen. Zwischen den Kühlrohren 44 sind zick-zack-förmige bzw. faltenbalgartige Kühlflächen 45 angeordnet. Die Kühlrohre 44 sind auch bei dieser dritten Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zusammen mit einer Zuflussleitung 46 und einer Abflussleitung 47 zu einem geschlossenen System für das Kühlmedium zusammengeschlossen.
-
Bezugszeichenliste
-
- A
- Vorrichtung
- B
- Raum
- C
- Wand
- D
- Luftkühler
- E
- Lufteintrittsgitter
- G
- Seitenwände
- H
- Fallschacht
- I
- Luftaustrittsgitter
- 10
- Vorrichtung zur Kühlung von Gebäuden
- 11
- Luftkühler
- 12
- Fallrohr
- 13
- Kühlanlage
- 14
- Kaltwassersatz
- 15
- Verdichter
- 16
- Verflüssiger
- 17
- Sammler
- 18
- Magnetventil
- 19
- Einspritzventil
- 20
- Plattenwärmeübertrager
- 21
- Primärpumpe
- 22
- Pufferspeicher
- 23
- Sekundärpumpe
- 24
- Hand-Absperrhahn
- 25
- Wand
- 26
- Raum
- 27
- Kühlrohr oder Kühlelement
- 28
- Kühllamellen
- 29
- Basisteil von 11
- 30
- Einrichtung zum Auffangen von Kondenswasser
- 31
- Rollbond-Wärmetauscherelement oder Kühlelement
- 32
- Strömungskanal von 31
- 33
- Zuflussleitung
- 34
- Abflussleitung
- 35
- Strangpressprofil oder Kühlelement
- 36
- Strömungskanal
- 37
- Kühlflächen
- 38
- Verdickungen
- 40
- sichelförmige Endstücke
- 41
- Zuflussleitung
- 42
- Teilleitung
- 43
- Abflussleitung
- 44
- Kühlrohre
- 45
- Kühlflächen
- 46
- Zuflussleitung
- 47
- Abflussleitung
- 48
- Strömungskanäle von 44
