DE102017001976A1

DE102017001976A1 - Einkanaliges Wärmetauscher-Modul zum Ein- bzw. Anbau an Rahmen von Fenstern und Türen mit dem Ziel einer Dauerlüftung unter Energieeinsparung

Info

Publication number: DE102017001976A1
Application number: DE102017001976.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Rahmlow; Frank Paulig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: DE102017001976B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung eines Fensterflügels oder -Rahmens mit einem Kleinst-Wärmetauscher mit dem Ziel der permanenten Lüftung von Wohnräumen bis ca. 50 mRauminhalt bei gleichzeitiger Wärme-Rückgewinnung.Die Verwendung von Kleinst-Lüftern mit einer Leistung kleiner als 5W wird dadurch ermöglicht, dass der Strömungswiderstand reduziert wird, indem der Wärmetauscher aus einem einzigen geraden, langgestrecktem Kanal besteht, dessen Querschnitt sehr schmal bemessen ist (kleiner als 3 cm). Damit ist er in einen Fenster- oder Tür-Rahmen bzw. in den Rahmen eines Fensterflügels einbaubar oder an diesen anbaubar, ohne die normalen Funktionen des Fensters/ der Tür zu behindern. Außerdem erlaubt der Aufbau als lediglich ein Modul, schnell den gesamten Kanal auszutauschen.Der wiederum aus einzelnen Modulen bestehende Kanal ermöglicht die leichte Zugänglichkeit des sehr dünnen (Dicke kleiner als 1 mm) und damit preiswerten und gut wärmeleitfähigen Materials zwischen den Wärme austauschenden Medien, so dass insbesondere eine schnelle und unkomplizierte Reinigung durch den Austausch dieses Wärmeleitmaterials durchführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausrüstung eines Fensterflügels oder -Rahmens mit einem Kleinst-Wärmetauscher mit dem Ziel der permanenten Lüftung von Wohnräumen bis ca. 50 m³ Rauminhalt bei gleichzeitiger Wärme-Rückgewinnung.
Bekannte Rekuperatoren lüften mit hohen Volumenströmen, beispielsweise Komfort Ultra D105 von Blauberg (http://blaubergventilatoren.de/catalog/komfort-ultra-d105) mit 57 m³/h auf kleinster Stufe. Damit wird einerseits schnell eine gute Luftqualität erreicht, andererseits wird aber allein durch die unvermeidbaren Verluste beim Wärmetausch (von bis zu ca. 40%) insgesamt ein Netto-Wärmeverlust erzeugt, d.h. dass die Verluste höher sind als bei herkömmlichem ein- bis zweimaligem täglichen Stoß-Lüften. Dies wirkt sich negativ auf die Umweltbilanz wie die Heizkosten aus. Außerdem greifen solche Wärmetauscher in die Gebäudehülle ein, was zu Undichtigkeiten, Schäden durch Kondenswasser etc. führen kann. Zudem bedeutet deren großvolumiger Aufbau einen erheblichen baulichen und damit finanziellen Aufwand.
Bekannt ist auch die Verlegung von Rekuperatoren in den Hohlprofilen von Fenstern (z.B. DE 3347028 A1 ) bzw. deren Versorgung mit elektrischer Energie über Solarzellen und die Verringerung des Einbruchsrisikos durch das damit mögliche Vermeiden der Öffnung der Fenster zum Lüften (z.B. in DE 10 2009 040 107 A1 ). Allerdings sind entweder die Querschnitte zu groß (z.B. WO 2011/087381 ), so dass kein effizienter Wärmeaustausch erfolgen kann, oder Systeme mit vielen Kanälen kleinen Durchmessers fördern die Ablagerung von Dreck und Staub sowie die Schimmelbildung und verteilen die Sporen in der Raumluft.
Filter lassen immer die kleineren Teilchen (für die sie gerade nicht mehr ausgelegt sind) durch und zögern so nur die Notwendigkeit der Reinigung hinaus. Zusätzlich behindern sie den Luftstrom, so dass mehr Energie benötigt wird.
Die hälftige Anordnung zweier Wärmetauscher-Elemente in dem Dichtungsraum zwischen Fensterrahmen und Fensterstock (wie AT 515179 B1 2015-08-15), die beim Öffnen des Fensters der Reinigung zugänglich sind, sind auf Dauer nicht dicht gegen Druckverlust. Gerade dieser nicht gewollte Gas-Austausch verringert empfindlich die Effizienz des Wärmetauschs.
Die Verwendung vieler kleiner Kanäle für eine effektive Wärmeübertragung erschweren die Reinigung erheblich, so dass oft ein dann wieder teurer Austausch erfolgen muss. Zudem sind die Systeme derart komplex, dass nur entsprechende Spezialisten diesen Umbau vornehmen können.
Herzstück kompakterer Wärmetauscher (wie z.B. SmartFan von Solar Info Zentrum SIZ) ist ein Zwischen-Wärmespeicher der nur abwechselnd von jeder Seite nacheinander angesteuert werden kann, also nur maximal bis zur halben Temperaturdifferenz effektiv arbeitet. Bei kleineren Temperaturdifferenzen wird wegen der kurzen Bauweise die dann nur wenig abgekühlte Raumluft nach außen abgegeben und so geht Wärme verloren. Damit steht andererseits auch wieder nur eine kleine Temperaturdifferenz zur Erwärmung der kalten Außenluft zur Verfügung.
Ein streng modularer Aufbau in Form eines geradlinigen Kanals ermöglicht einen einfachen Ein- und Ausbau des Wärmetauschers durch Einlegen und formschlüssige Halterung mittels einrastender Nasen. So soll gewährleistet sein, dass bei nötiger Reinigung bzw. notwendigen Reparaturen ein schneller Umbau erfolgen kann.
Außerdem besteht die Möglichkeit, ein bereits vorhandenes Fenster nachträglich umzubauen, da die schmale Konstruktion einen Einbau in eine Vielzahl von Fenstermodellen ermöglicht. Das wird auch dadurch unterstützt, dass der Aufbau des Wärmetauschers selbst modular erfolgt. Die vereinfachte Bauweise in Form eines einzigen Wärmetauscher-Rohres reduziert die Gerätekosten und ermöglicht dem versierten Laien eine Reinigung bzw. den Austausch in Eigenregie, was die Kosten für Handwerker erspart.
Die Ausführung des Materials, durch das die Wärme fließen soll, als Folie bzw. sehr dünnes Blech, reduziert die Austauschkosten drastisch, so dass dessen Wechsel einer Reinigung vorzuziehen ist. Dabei ist die Ausformung als eine Folie ( ), als zwei Folien mit Zwischenraum ( ) oder Folien-Röhren verschiedener Querschnittsformen (z.B. ) unerheblich.
Die Arbeit im Dauerbetrieb und das In-Kauf-Nehmen geringer Schwankungen der Luftqualität ermöglicht eine drastische Reduzierung der von der Anlage vorzuhaltenden Leistung und damit der zum Betrieb nötige Energie-Aufwand und dessen Kosten. Ebenso wird der finanzielle und bauliche Aufwand sowie die Kosten von Reparatur wie Wartung reduziert, da das Gerät kleiner aufgebaut werden kann.
Ermöglicht wird das dadurch, dass Wohnräume im Tagesverlauf eher unkontinuierlich genutzt werden und so auch Nicht-Nutzungszeiten für den Luftaustausch zur Verfügung stehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3347028 A1 [0003]
DE 102009040107 A1 [0003]
WO 2011/087381 [0003]
AT 515179 B1 [0005]

Claims

Wärmetauscher für die Übertragung von Wärme von erwärmter Raumluft auf kalte Frischluft, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem einzigen geraden, langgestrecktem Kanal besteht, dessen Querschnitt so schmal bemessen ist (kleiner als 3 cm), dass er in einen Fenster- oder Tür-Rahmen bzw. in den Rahmen eines Fensterflügels einbaubar oder an diesen anbaubar ist, ohne die normalen Funktionen des Fensters/ der Tür zu behindern. Dabei erlaubt der Aufbau als lediglich ein Modul, schnell den gesamten Kanal auszutauschen.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, der aus einzelnen modularen Bestandteilen besteht, die in folgender Reihenfolge angeordnet sind: Einströmlüfter, Übergangsdüse, Trägerkanal mit Wärmeleitmaterial, Übergangsdüse, Ausströmlüfter besteht. Besonderes Augenmerk liegt auf der leichten Zugänglichkeit des gut wärmeleitfähigen Materials zwischen den Wärme austauschenden Medien, so dass insbesondere eine schnelle und unkomplizierte Reinigung durch den Austausch des Wärmeleitmaterials gewährleistet ist. Die Halterung und Abdichtung erfolgt vorrangig formschlüssig durch Einrasten von unter Spannung stehenden Halte-Nasen, in Einzelfällen mit Dichtmasse wie zum Beispiel Silikon.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kanal aus zwei Hälften besteht, die durch Haltenasen verbunden werden und dabei das Wärmeleitmaterial (vorzugsweise eine Folie eines gut leitfähigen Materials) so einklemmen, dass diese selbst als Abdichtung fungiert. Ein Ausführungsbeispiel im Querschnitt zeigt .
Wärmetauscher nach Anspruch 3, bei dem die Haltenasen die gesamte Länge auf beiden Seiten umfassen.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwei Folien nach Anspruch 7 so eingeklemmt werden, dass sich eine Innenröhre ergibt (Ausführungsbeispiel ) und somit die Möglichkeit, diese Innenröhre beidseitig in gleicher Richtung oder aber in verschiedener Richtung nacheinander mit dem Ziel der Erhöhung der Wärmeübergangsfläche zu durchströmen.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche unter Verwendung einer vorgeformten Innenröhre mit nicht unbedingt kreisförmigem Querschnitt, die vollständig von dem anderen Medium umströmt wird ( ).
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitfolie bzw. die daraus geformten Innenröhren aus Metall (Kupfer, Aluminium, Edelstahl, Legierungen) mit einer Dicke d < 1mm ausgeführt ist.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in die Wärmeleitfolie Oberflächen-Unebenheiten eingeprägt sind, die in Verbindung mit dem entsprechenden Volumenstrom und kleinen Querschnitten zu solchen Reynoldszahlen führen, dass die Strömung schnell in eine turbulente Strömung umschlägt. Damit wird eine starke Durchmischung gewährleistet und so die Ausbildung einer Grenzschicht verhindert, welche den Wärmeübergang negativ beeinflussen würde.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Lüfter mit einer elektrischen Leistung unter 5 Watt eingesetzt werden, so dass ein echter Dauerbetrieb über in das Fenster oder den Rahmen integrierte Solarzellen mit entsprechendem Puffer-Akku ermöglicht wird.
Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ausström-Öffnungen mit einer in nur einer Richtung geöffneten Haube versehen sind, die den Luftstrom von den jeweiligen Einström-Öffnungen weg lenkt. Damit wird erreicht, dass sich die Luftströme nicht direkt am Wärmetauscher mischen und insgesamt ein Kreislauf für den ganzen Raum in Gang gesetzt wird.