DE10214181A1

DE10214181A1 - Verfahren, Vorrichtung und Schaltungsanordnung zur Klimatisierung von Räumen

Info

Publication number: DE10214181A1
Application number: DE10214181A
Authority: DE
Inventors: Josef Kremer; Reinhard Sobczyk
Original assignee: BEKA HEIZ und KUEHLMATTEN GmbH
Current assignee: BEKA HEIZ und KUEHLMATTEN GmbH
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung von Räumen mittels als Wärmetauscher wirkender Kapillarrohrmatten, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert. Der Druck in der Flüssigkeit liegt dabei zwischen 3,0 und 6,0 bar. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung sowie eine Schaltungsanordnung zur Klimatisierung von Räumen, wobei die Vorrichtung wenigstens eine Kapillarrohrmatte umfasst, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert. Die Kapillarrohre der Kapillarrohrmatte sind dabei derart ausgebildet, dass sie bei hoher Wärmezufuhr, insbesondere bei einem Brand, aufplatzen und die in den Kapillarrohren befindliche Flüssigkeit freisetzen, die das Entflammen der Kapillarrohre verhindert oder erschwert. Nach der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jede Kapillarrohrmatte an eine eigene Flüssigkeitsversorgung angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Verfahren zur Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels als Wärmetauscher wirkender Kapillarrohrmatten, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert.
Die Erfindung betrifft ferner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 5 eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels wenigstens einer als Wärmetauscher wirkenden Kapillarrohrmatte, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, sowie gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9 eine Schaltungsanordnung für eine derartige Vorrichtung.
Es ist bekannt, für die Klimatisierung, d. h. zum Erwärmen bzw. Kühlen von Räumen Kapillarrohrmatten zu verwenden, in denen eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, die als Energieträger dient. Diese Kapillarrohrmatten wirken als Wärmetauscher und werden großflächig an Decken, Seitenwänden und Fußböden verschiedenster Räume von Gebäuden installiert.
Eine Kapillarrohrmatte besteht im wesentlichen aus mehreren nebeneinander liegenden Kapillarrohren mit einem Durchmesser von ca. 3 mm, durch die die Heiz- bzw. Kühlflüssigkeit strömt und die jeweils an ihren Enden über gemeinsame Sammelrohre miteinander verbunden sind. Die Kapillarrohrmatten werden durch Rohrverbindungen an den Sammelrohren, bzw. durch Steck- Schnellkupplungen an den Heiz- und/oder Kühlflüssigkeitskreislauf angeschlossen.
Nachteilig an den Kapillarrohrmatten ist, dass ihr Basismaterial Kunststoff ist, der im Falle eines Brandes verbrennt und somit zur Erhöhung der Brandlast beiträgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kapillarrohrmatten aus Kunststoff so einzusetzen, dass sie im Falle eines Brandes schwer brennbar, nicht tropfend und nur schwach qualmend sind.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Danach wird eine in einem Raum installierte Kapillarrohrmatte, die für die Klimatisierung, d. h. das Erwärmen oder Kühlen des Raumes, benutzt wird, von einer entsprechenden Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit durchflossen. Der Druck in der Flüssigkeit liegt dabei erfindungsgemäß zwischen 3,0 und 6,0 bar.
Durch die strömende Heiz- und Kühlflüssigkeit wird Energie, die bei einem Brand auf die Kapillarrohrmatte wirkt, abgeführt. An der Kapillarrohrmatte wird über einen langen Zeitraum die Flammtemperatur des verwendeten Kunststoffes nicht erreicht. Sollte bei langer Hitzeinwirkung die Schmelztemperatur des Kunststoffes erreicht werden, bewirkt der herrschende Betriebsdruck, daß die Flüssigkeit, wenn die Kapillarrohre der Kapillarrohrmatten auf Grund der enormen Hitze in einen Brandfall aufplatzen, eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweist, mit der sie aus den Öffnungen und den Flammen entgegen strömen kann. Auf diese Weise wird ein Entflammen der Kapillarrohrmatten verhindert oder zumindest erschwert. Die Kapillarrohrmatten verhalten sich durch den Betrieb mit einem Druck von mindestens 3,0 bar in der Flüssigkeit bei einem Brand selbstlöschend. Ist der Druck kleiner als 3,0 bar, strömt die Flüssigkeit den Flammen nicht mit ausreichender Geschwindigkeit bzw. ausreichendem Druck entgegen, um sie zu löschen. In der Folge könnten die Flammen auf die Umgebung übergreifen.
Vorzugsweise liegt der Druck in der Flüssigkeit in einem Bereich von 3,5 und 5,0 bar, insbesondere beträgt der Betriebsdruck 4 bar. Es sind aber auch höhere Drücke in der Flüssigkeit möglich.
Die bevorzugte Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit ist Wasser, da Wasser auch hinsichtlich der Brandbekämpfung sehr geeignet ist. Es sind aber auch andere, nicht entflammbare und für die Brandbekämpfung geeignete Flüssigkeiten einsetzbar.
Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst, wonach durch geeignete Einrichtungen abgesichert wird, dass bei hoher Wärmezufuhr die Durchströmung der Kapillarrohrmatten gewährleistet ist und die einwirkende Energie abtransportiert wird.
Es sind dazu Temperaturfühler und/oder Rauchmelder vorgesehen, die beispielsweise einen Brand anhand einer hohen Umgebungstemperatur oder großer Rauchentwicklung erkennen. Diese Sensoren sind mit einer Regelung des Flüssigkeitskreislaufs verbunden, in den ebenfalls eine Pumpe integriert ist. Bei Überschreiten eines Schwellwertes der durch die Sensoren gemessenen Größen arbeitet diese Pumpe mit maximaler Drehzahl, so daß die Flüssigkeit die an der Brandstelle auftretende Energie schnell aufnehmen und abtransportieren kann.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst, wonach im Falle eines Platzens der Kapillarrohre der Kapillarrohrmatte infolge einer großen Hitzeeinwirkung die in den Kapillarrohren befindliche Flüssigkeit freigesetzt wird, so daß das Entflammen der Kapillarrohrmatte verhindert oder erschwert wird. Dies ist durch den Verlust von Flüssigkeit an der Aufbruchstelle nur über einen bestimmten relativ kurzen Zeitraum möglich. Es ist daher von Vorteil, eine zusätzliche Speiseleitung in den Heiz- und/oder Kühlflüssigkeitskreislauf einzubinden, die im Havariefall geöffnet wird und zusätzlich Flüssigkeit in den Flüssigkeitskreislauf einführt. Die Öffnung dieser Speiseleitung kann aufgrund eines Sensorsignals oder per Hand ausgelöst werden.
Durch die zusätzliche Zufuhr von Flüssigkeit ist es möglich, die aufgeplatzten Kapillarrohre als Löscheinrichtung zu verwenden.
Zur Unterstützung des Selbstverlöschens eines Brandes der Kapillarrohrmatte durch die Flüssigkeit in den Kapillarrohrmatten liegt der Außendurchmesser der Kapillarrohre in einem Bereich von ca. 1 bis 10 mm. Vorzugsweise haben die Kapillarrohre einen Durchmesser von etwa 3,35 mm bei einer Wandstärke von ca. 0,5 mm. Sie sind in einem Abstand von ca. 10 mm zueinander angeordnet. Der Abstand kann aber auch je nach Einsatzgebiet einen größeren oder kleineren Wert einnehmen.
Die Kapillarrohrmatte besteht im wesentlichen aus Kunststoff. Ein geeigneter Kunststoff ist das normalentflammbare Polypropylen Random-Copolymerisat Typ 3, das nach DIN 4102 der Brandklasse B2 zugeordnet ist. Andere Kunststoffe der Brandklasse B2 gemäß DIN 4102 sind jedoch ebenfalls geeignet.
Zur zusätzlichen Brandprävention besteht die Kapillarrohrmatte bevorzugt im wesentlichen aus schwer entflammbarem Kunststoff, der nach DIN 4102 der Brandklasse B1 zugeordnet ist. Dadurch wird ein Übergreifen der Flammen auf die Kapillarrohrmatte zusätzlich blockiert.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung für die Klimatisierung von Räumen in der vorbeschriebenen Art und Weise und durch das erfindungsgemäße Betriebsverfahren verhält sich die Vorrichtung in einem Brandfall schwer brennbar, nichttropfend und schwach qualmend.
Zur Gewährleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12 für die Vorrichtung erforderlich.
Danach wird jede der Kapillarrohrmatten an eine separate Flüssigkeitsversorgung angeschlossen. Eine Aneinanderreihung mehrerer Kapillarrohrmatten, bei denen nur die erste Matte mit der Flüssigkeitsversorgung verbunden ist, ist somit nicht vorgesehen. In einem Brandfall würde nur die erste der Kapillarrohrmatten weiter mit Flüssigkeit versorgt werden. Aus den nachfolgenden Kapillarrohrmatten würde lediglich die Flüssigkeit austreten, die sich gerade in den Rohren befindet. Der Druck in diesem Flüssigkeitsvolumen würde zudem rasch abfallen, so daß ein Übergreifen der Flammen auf die Matte nicht verhindert werden könnte.
Sind hingegen alle Kapillarrohrmatten an jeweils eine separate Flüssigkeitsversorgung angeschlossen, werden auch nach Aufplatzen eines Kapillarrohres in einer Kapillarrohrmatte die anderen Kapillarrohrmatten mit ausreichendem Druck der Flüssigkeit durchströmt.
Von Vorteil ist hierbei der Anschluss der Kapillarrohrmatten parallel zueinander an einen gemeinsamen Flüssigkeits-Zulauf und einen gemeinsamen Flüssigkeits-Ablauf.
Die Kapillarrohrmatten sind dabei vorzugsweise in einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf integriert, der zusätzlich ein Druckausgleichsgefäß aufweisen kann. Das Druckausgleichsgefäß ist überdimensioniert und es kann der Druckabfall in der Flüssigkeit nach Aufplatzen der Kapillarrohre zumindest für eine gewisse Zeit ausgeglichen werden. Die Flüssigkeit kann somit mit unverminderter Geschwindigkeit aus den Öffnungen der Kapillarrohre strömen.
Von Vorteil ist dabei der Einsatz eines bekannten Membran- Druckausgleichsgefäßes, da dieses besonders kostengünstig zur Verfügung steht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur verdeutlicht. Es zeigt:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 5 für eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen dargestellt, die zwei Kapillarrohrmatten 1 umfasst.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist zwei parallel zueinander verlaufende Versorgungsstränge, einen Zulauf 6 und einen Ablauf 7, auf. Am Zulauf 6 und am Ablauf 7 zweigen beabstandet voneinander jeweils zwei separate Versorgungsleitungen 3 ab, die als flexible Kunststoffschläuche mit einem Durchmesser von vorzugsweise 20 × 2 mm ausgebildet sein können.
Über jeweils eine vom Zulauf 6 und vom Ablauf 7 abzweigende Versorgungsleitung 3 ist je eine Kapillarrohrmatte 1 an die Versorgungsstränge 6, 7 angeschlossen. Beide Kapillarrohrmatten 1 sind daher parallel zwischen Zulauf 6 und Ablauf 7 angeordnet.
Es ist auch ohne weiteres möglich, weitere Kapillarrohrmatten 1 parallel zu den beiden dargestellten an die Versorgungsstränge 6, 7 anzuschließen.
Die Kapillarrohrmatten 1 sind im wesentlichen aus parallel nebeneinander liegenden Kapillarrohren 2 gleicher Länge aufgebaut. Diese können, wie in Fig. 1 gezeigt, U-förmig gebogen sein. Es ist aber ebenso möglich, daß sich die parallelen Kapillarrohre z. B. in einer Ebene erstrecken. Andere Anordnungen sind ebenfalls denkbar.
Zu beiden Stirnseiten der Kapillarrohrmatte 1 sind die Enden der Kapillarrohre 2 jeweils an ein gemeinsames Sammelrohr 4 angeschlossen und über dieses mit je einer Versorgungsleitung 3 verbunden.
Im Betrieb der Vorrichtung gemäß der Schaltungsanordnung 5 nach Fig. 1 strömt eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in Richtung des Pfeiles A in den Zulauf 6 und von dort in jede abzweigende Versorgungsleitung 3. Aus der Versorgungsleitung 3 tritt die Flüssigkeit über das Samelrohr 4 in die Kapillarrohrmatte 1, bzw. die Kapillarrohre 2 ein. Nach Durchströmen der Kapillarrohrmatte 1 fließt die Flüssigkeit über das Sammelrohr 4 an der anderen Stirnseite der Kapillarrohrmatte 1 und die sich daran anschließende Versorgungsleitung 3 in den Ablauf 7. Dort treffen alle aus den Kapillarrohrmatten 1 fließenden Einzelströme wieder zusammen und verlassen den Ablauf 7 in Richtung des Pfeiles B.
Im Falle eines Brandes an den Kapillarrohrmatten 1 können die Kapillarrohre 2 bei Erreichen einer bestimmten Umgebungstemperatur, insbesondere unter starker Hitzeeinwirkung, aufplatzen. Die die Rohre 2 durchströmende Flüssigkeit kann ausströmen und dem Brand entgegenwirken. Durch die parallele Schaltung der Kapillarrohrmatten 1 können beide Matten 1 über den Zulauf 6 und die Versorgungsleitungen 3 weiter mit Flüssigkeit, die unter einem Druck von mindestens 3,0 bar steht, versorgt werden. Die Aufrechterhaltung des Druckes erfolgt dabei durch ein nicht dargestelltes Druckausgleichsgefäß. Dadurch wird das Volumen an Flüssigkeit, das unter dem erforderlichen Druck steht und zum Löschen des Brandes zur Verfügung steht, erheblich vergrößert.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß die für die Klimatisierung von Räumen vorgesehenen Kapillarrohrmatten von einer Flüssigkeit durchströmt werden, die unter einem Druck von mindestens 3,0 bar steht, so daß ein Entflammen der Kapillarrohrmatte durch die ausströmende Flüssigkeit wirksam verhindert wird, und daß jede Kapillarrohrmatte an eine eigene Flüssigkeitsversorgung anzuschließen ist.

Claims

1. Verfahren zur Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels als Wärmetauscher wirkender Kapillarrohrmatten, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, dadurch gekennzeichnet daß der Druck in der Flüssigkeit zwischen 3,0 und 6,0 bar beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Flüssigkeit zwischen 3,5 und 5,0 bar beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Flüssigkeit 4,0 bar beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nicht entflammbar ist.

5. Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels wenigstens einer als Wärmetauscher wirkenden Kapillarrohrmatte, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Temperaturfühler und/oder ein oder mehrere Rauchmelder mit einer Regelung des Heiz- und/oder Kühlflüssigkeitskreislaufs in Verbindung stehen und daß die Regelung eine Verbindung zu einer Pumpe des Heiz- und/oder Kühlflüssigkeitskreislaufs aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe bei Überschreiten eines Temperaturschwellwertes mit maximaler Drehzahl arbeitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung eine Verbindung zu Verschlußelementen des Heiz- und/oder Kühlflüssigkeitskreislaufs für einzelne Teilabschnitte der Kapillarrohrmatten hat, die bei Überschreiten eines Temperaturschwellwertes geöffnet sind.

8. Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels wenigstens einer als Wärmetauscher wirkenden Kapillarrohrmatte, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Platzens der Kapillarrohre (2) der Kapillarrohrmatte (1) infolge einer großen Hitzeeinwirkung die in den Kapillarrohren (2) befindliche Flüssigkeit freigesetzt wird, so daß das Entflammen der Kapillarrohrmatte (1) verhindert oder erschwert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Platzens der Kapillarrohre (2) zusätzliche Flüssigkeit mittels einer Speiseleitung in den Flüssigkeitskreislauf einleitbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohrmatte (1) im wesentlichen aus Polypropylen Random-Copolymerisat Typ 3 besteht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohrmatte (1) im wesentlichen aus schwer entflammbarem Kunststoff besteht.

12. Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung zu Klimatisierung von Räumen durch Kühlung und Erwärmung mittels als Wärmetauscher wirkender Kapillarrohrmatten, durch die eine Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit zirkuliert, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kapillarrohrmatte (1) an eine eigene Flüssigkeitsversorgung (3) angeschlossen ist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohrmatten (1) parallel zueinander an einen gemeinsamen Flüssigkeits-Zulauf (6) und einen gemeinsamen Flüssigkeits-Ablauf (7) angeschlossen sind.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohrmatten (1) in einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf integriert sind.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckausgleichsgefäß, insbesondere ein überdimensioniertes Membran-Druckausgleichsgefäß, in den Flüssigkeitskreislauf integriert ist.

16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Kapillarrohrmatte (1) und einer Wand bzw. der Decke des Raumes, der diese Matte (1) zugeordnet ist, mindestens 10 cm beträgt.

17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarrohrmatten (1) jeweils mittels Steck-Schnellkupplungen und zwei flexiblen Anschluss-Schläuchen oder durch Rohrverbindungen, die an den Sammelrohren der Kapillarrohrmatte angeordnet sind, in den Flüssigkeitskreislauf eingebunden sind.