DE1274312B - Verfahren zur Klimatisierung der einzelnen Raeume eines Gebaeudes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

JfULL·

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F24f

Deutsche Kl.: 36 d-1/54

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 74 312.3-16 (S 99031)

25. August 1965

1. August 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung der einzelnen Räume eines Gebäudes.

Sollen bezüglich der Klimabedingungen die individuell verschiedenen Wünsche der Insassen von Räumen eines mit einer Klimaanlage versehenen Gebäudes erfüllt werden, so werden die Gebäude in letzter Zeit im allgemeinen mit Hochdruckklimaanlagen, z. B. mit Induktionsanlagen oder mit Zweikanalsystemen, ausgerüstet. Unter einem Hochdrucksystem versteht man bekanntlich in der Klimatechnik ein System, in dem ein Ventilator für die Erzeugung von höheren Luftgeschwindigkeiten einen Druck von etwa 100 bis 200 mm Wassersäule aufbringt. Bei diesem Überdruck durchströmt die Luft das System im allgemeinen mit Geschwindigkeiten von 10 bis 20 m/s, so daß man für ein derartiges Lüftungssystem auch den Namen Hochgeschwindigkeitssystem gebraucht.

Bei den zuerst erwähnten Anlagen steht in den einzelnen Räumen an den Wärmeaustauschern von Raumklimaapparaten ein Heiz- und/oder ein Kühlmedium jederzeit zur Verfügung. Die z. B. durch die Induktionswirkung eines in einer Zentrale klimatisierten Primärluftstromes an den Wärmeaustauschern vorbeigeführte Raumluft wird dadurch erwärmt oder gekühlt und mit dem Primärluftstrom gemischt, wobei der Durchfluß des Heiz- oder Kühlmediums durch den Wärmeaustauscher von Raumthermostaten gesteuert wird.

Bei Zweikanalsystemen wird einem oder mehreren Mischapparaten eines Raumes in getrennten Kanälen warme und kalte Luft zugeführt. In den Mischkammern der Mischapparate werden in Abhängigkeit von individuell einstellbaren Raumthermostaten beide Luftströme gemischt und mit der gewünschten Temperatur in den Raum eingeblasen.

Beide Arten für eine individuelle Raumklimatisierung erfordern umfangreiche Leitungssysteme für das Heiz- und das Kühlmedium bzw. für die getrennte Zuführung von warmer und kalter Luft. Weiterhin benötigt man relativ komplizierte und kostspielige Regeleinrichtungen und -organe für die Einstellung und Aufrechterhaltung der Raumtemperatur; so werden z. B. bei Drei- und Vierrohrinduktionsanlagen Dreiwegesequenzventile und bei den Zweikanalanlagen die erwähnten Mischapparate benötigt.

Mit der Erfindung soll auf einfache Weise in einem gewissen Rahmen eine individuelle, von Raum zu Raum verschiedene Klimatisierung der einzelnen Räume eines Gebäudes erreicht werden, ohne daß der erhebliche technische Aufwand und der erheb-

Verfahren zur Klimatisierung der einzelnen
Räume eines Gebäudes

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,

4000 Düsseldorf, Lindemannstr. 31

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Boleslav Kostrz, Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 28. Juli 1965 (10 620)

liehe Platzbedarf wie bei den erwähnten Anlagen

as erforderlich sind.

Die Erfindung besteht in einem Verfahren, bei dem in der Lüftungs- und Heizungstechnik an sich bekannte Mittel verwendet und auf neuartige Weise miteinander kombiniert werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte, für die Luftwechsel notwendige Luft von einer zentralen Luftaufbereitungs- und -förderungsanlage über ein Einkanalhochdrucksystem den einzelnen Räumen mit einer konstanten, unterhalb der Raumtemperatür liegenden Temperatur zugeführt wird, daß jeder Raum durch als Nachwärmer wirkende, vor den Fenstern angeordnete und von einem Heizmedium durchströmte Radiatoren nacherwärmt wird, und daß die Nacherwärmung der Luft in jedem Raum individuell in an sich bekannter Weise von mindestens einem Raumthermostaten eingestellt und geregelt wird.

Aus dem USA.-Patent 2 567758 ist ein vereinfachtes Verfahren für die individuelle Klimatisierung einzelner Räume eines Gebäudes bekannt. Nach diesem Verfahren sollen die Wärmeverluste bzw. die Wärmebelastungen durch Transmission mit Hilfe einer entsprechenden Temperierung der Primärluft einer Induktionsklimaanlage ausgeglichen werden, während die Belastungen durch Sonneneinstrahlung, künstliches Licht und die Besetzung mit Personen durch Kühlung der in die Raumklimaapparate indu-

809 588/86

zierten Luft kompensiert werden. In Gebieten mit gemäßigten, äußeren Klimabedingungen führt dieses Verfahren während der überwiegenden Zeit des Jahres zu hohen Energieverlusten und ist daher unwirtschaftlich.

Besonders einfach und vorteilhaft ist es, wenn die Regelung der Raumtemperatur in an sich bekannter Weise durch Radiatorventile erfolgt, die durch Thermostatelemente direkt gesteuert werden, da dadurch die bei Verwendung von anderen, z. B. elekirischen oder pneumatischen Raumthermostaten notwendigen Installationen entfallen können.

In der wannen Jahreszeit, während der der primäre Heizkreislauf für das Aufheizen des die Radiatoren durchfließenden Heizmediums außer Betrieb steht, kann der Betriebsaufwand gesenkt werden, wenn das Heizmedium für die Radiatoren durch die Kondensatorwärme der Kältemaschine erwärmt wird. Weiterhin läßt sich das Verfahren nach der Erfindung verbessern, wenn die Temperatur des die Radiatoren durchströmenden Heizmediums in an sich bekannter Weise durch die äußeren Klimabedingungen gesteuert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung schematisch dargestellt.

Die Abbildung zeigt zwei Räume 1 in einem Stockwerk eines Gebäudes 2. Mit ihren Außenwänden, in denen die Fenster 3 angeordnet sind, weisen die Räume 1 in verschiedene Himmelsrichtungen. Der linke Rauml ist daher bezüglich der Heizungsanlage, die in verschiedene Zonen N und S unterteilt ist, an die Zone N und der rechte Raum 1 an die Zone S angeschlossen.

Zwischen beiden Räumen liegt der Korridor 4, in welchem für die Zuführung der aufbereiteten Luft der Kanal 5, der sich zu den einzelnen Räumen hin in die Kanäle 6 verzweigt, und der Abluftkanal 7 verlaufen. Der Abluftkanal 7 ist über Absaugöffnungen 8 mit den Räumen 1 verbunden. In jedem Raum münden die Luftkanäle 6 in dem Zwischenraum 10 einer Doppeldecke in einen Expansionsbehälter 9, der gleichzeitig als Schalldämpfer ausgebildet ist. Der untere Abschluß des Zwischenraumes 10 wird durch eine Lochdecke 10 a gebildet, durch welche die dem Raum durch die Kanäle 6 zugeführte aufbereitete Luft nach Durchströmen des Expansionsbehälters 9 in das Innere des Raumes einströmt.

Zur individuellen Nacherwärmung der Luft in den einzelnen Räumen 1 dienen die vor den Fenstern 3 aufgestellten Radiatoren 11, von denen jeder mit einem durch einen Thermostaten direkt gesteuerten automatischen Radiatorventil 12 ausgerüstet ist. Die Radiatoren 11 sind von einem Heizmedium durchströmt, welches über Vorlaufleitungen 13, in die die erwähnten Radiatorventile 12 eingebaut sind, zugeführt wird. Über Rücklaufleitungen 14 fließt das Heizmedium, nachdem es den Radiator durchströmt hat, in den Heizkreislauf zurück.

Die Aufbereitung der gesamten für die Klimatisierung der Räume 1 des Gebäudes 2 benötigten Luft erfolgt in der Luftaufbereitungszentrale 15. In dieser saugt der Ventilator 16 aus einem Kanal 17 Frischluft und aus einem Kanal 18 Umluft an. Das Mengenverhältnis, in dem beide Luftarten verwendet werden, wird durch miteinander verbundene Klappen 19 und 20 eingestellt, die gemeinsam gegenläufig zueinander verstellt werden können. Die aus Frischluft und Umluft gemischte Gesamtluftmenge durchströmt in der Zentrale 15 zunächst mechanische und elektrische Filter 21 und 22. Sie durchsetzt anschließend nacheinander den Vorwärmer 23, die Befeuchtungsanlage 24, deren Wasser durch die Pumpe 25 umgewälzt wird, den Tropfenabscheider 26 und den Kühler 27, ehe sie von dem Ventilator 16 in den oder die Zuführungskanäle 5 gefördert wird.

Durch welche der vorstehend genannten Einbauelemente in der Zentrale 15 und in welchem Maße die gereinigte Mischluft einer Zustandsänderung unterworfen wird, hängt von dem Zustand ab, in dem sie die Filter 21 und 22 verläßt. Da₅ wie später beschrieben, die die Zentrale verlassende aufbereitete Luft je nach Jahreszeit eine Taupunkttemperatur von 12 oder 15° C besitzen soll, wird kalte und/oder trockene Luft im allgemeinen durch den Vorwärmer 23 und die Befeuchtungseinrichtung 24 vorgewärmt und befeuchtet, während warme feuchte Luft gekühlt und dabei entfeuchtet wird.

Die erwähnte Vorwärmung wird durch den Taupunktthermostaten 28 gesteuert, welcher in Strömungsrichtung hinter dem Tropfenabscheider 26 angeordnet ist. Dieser Thermostat 28 wirkt auf ein Drosselorgan 32 in der Heizmittelzuführung 29 zu dem Vorwärmer 23; die Leitung 29 verbindet den Vorwärmer direkt mit einem nicht dargestellten Heizkessel. Der Rücklauf des Heizmediums zum Kessel erfolgt über die Leitung 30. Der Sollwert der Taupunkttemperatur ist während der Zeit, in der eine Vorwärmung und Befeuchtung notwendig ist, auf eine Temperatur von z. B. 12° C eingestellt.

Die Kühlung und Entfeuchtung der Luft erfolgt in dem Kühler 27, der gleichzeitig den Verdampfer einer von einem Kältemittel durchströmten Kältemaschine bildet. Diese besteht aus dem Kompressor 33, dem Kondensator 34, dem Entspannungsorgan 35 und dem Verdampfer 27 und wird von dem Kältemittel in Richtung des eingezeichneten Pfeiles durchströmt. Der Taupunktthermostat 36 steuert den Kältemitteldurchsatz durch den Kühler 27, in dem er den Durchflußquerschnitt eines Drosselorgans 37 in der Verbindung zwischen dem Kühler 27 und dem Kompressor 33 der Kälteanlage verändert. Die Regelung der Taupunkttemperatur erfolgt dabei auf einen konstanten Sollwert von z. B. 15° C.

An den Kondensator 34 ist ein Rückkühlkreislauf für die Wärmeabfuhr angeschlossen. In diesem zirkuliert Wasser mit Hilfe einer Pumpe 38 von einem Rückkühlwerk 39 durch den Kondensator 34 und einen Wärmeübertrager 40, dessen Funktion später beschrieben wird, zurück in das Rührkühlwerk.

Der für die Nacherwärmung der einzelnen Räume 1 des Gebäudes 2 notwendige Heizkreislauf besitzt eine Rücklaufpumpe 41, durch welche z. B. das als Heizmedium in den Radiatoren 11 verwendete Wasser über die Leitungen 14, die in die allen Zonen gemeinsame Rücklaufleitung 42 münden, dem Heizumformer 43 zugeführt wird. In diesem Heizumformer 43 erwärmt sich das Wasser, indem es Wärme von dem Medium aufnimmt, das in dem bereits erwähnten unvollständig dargestellten Heizkesselkreislauf strömt und das z. B. ebenfalls heißes Wasser oder Dampf sein kann. Dieses zweite Heizmedium wird dem Heizumformer 43 durch die aus der Leitung 29 abzweigende Leitung 44 zugeführt; zur Regelung der Durchsatzmenge ist ein Drosselorgan 45 in die Leitung 44 eingebaut. Die Leitung 46 verbindet

den Heizumformer 43 mit der Rücklaufleitung 30 des Kesselkreislaufes. Durch den Thermostaten 47 wird über das Drosselorgan 45 in der Leitung 44 eine konstante Temperatur für das den Heizumformer 43 durch die Vorlaufleitung 48 verlassende Wasser eingestellt. Die Leitung 48 verzweigt sich in die Vorlaufleitungen 13 für die einzelnen Zonen N und S. In den Leitungen 13 ist je eine Pumpe 49 eingebaut. Weiterhin besitzen die Leitungen 13 jeder Zone Dreiwegemischventile 50, über welche, geregelt von dem Thermostaten 51, eine Rücklaufbeimischung zu dem den Radiatoren zufließenden Wasser erfolgt. Die Meßwerte der Thermostaten 51 werden dabei mit einem von dem Außentemperaturfühlern 53 beeinflußten Sollwert verglichen, wobei der Sollwert für die Vorlauftemperatur in den Leitungen 13 in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Sonneneinstrahlung für jede Zone gesondert verändert wird.

In der Rücklaufleitung 42 ist ein Umschaltorgan 54 eingebaut, welches gegebenenfalls den Wärmeübertrager 40 des Rückkühlkreislaufes in den Rücklauf des für die Raumheizung verwendeten Wassers über die Verbindungen 55 und 56 einschaltet. Dieses Umschaltorgan 54 wird dabei in Abhängigkeit von der Ventilstellung des Ventils 45 betätigt. Die Einschaltung des Wärmeübertragers 40 an den Heizkreislauf erfolgt beim Schließen des Ventils 45. Dies ist dann der Fall, wenn der nicht dargestellte Heizkessel außer Betrieb gesetzt wird. Bei geschlossenem Ventil 45 erfolgt auf diese Weise die Erwärmung des den Radiatoren 11 zugeführten Wassers mit Hilfe der Kondensationswärme der Kälteanlage, wodurch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöht wird. Das über die Leitung 55 dem Wärmeübertrager 40 zugeführte Wasser tritt in diesen z. B. mit etwa Raumtemperatur, also etwa 22° C, ein und wird auf etwa 30° C erwärmt. Diese geringe Erwärmung genügt, um den während des Sommers geringen eventuellen Wärmebedarf der Räume 1 zu decken.

Die Klimatisierung der einzelnen Räume 1 erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf folgende Weise: Die gesamte für die Luftwechsel in den Räumen 1 des Gebäudes 2 benötigte Luft wird in der Luftaufbereitungszentrale 15 in der beschriebenen Weise derart behandelt, daß sie mit einer konstanten Temperatur von z. B. 12 oder 15° C, also mit einer erheblich unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur, und mit einer sehr hohen relativen Feuchte in das Hochdruckkanalsystem 5 von dem Ventilator 16 gefördert wird. Die Verwendung eines solchen Hochdrucksystems ist wegen seines geringen Platzbedarfes besonders vorteilhaft. Selbstverständlich kann, ähnlich wie bei der Nacherwärmungsanlage, auch bei der Lüftungsanlage eine Art Zonenunterteilung vorgesehen sein. Zu diesem Zweck wird für jede Zone von dem Ventilator 16 aus eine gesonderte Zuführungsleitung 5 vorgesehen. In diese Leitungen 5 wird dann jeweils ein in der Zeichnung nicht dargestellter Nachwärmer für die Luft eingebaut. In diesem Nachwärmer kann z. B. die gesamte Luft für die Nordzone, in der im allgemeinen ein geringerer Kühlbedarf herrscht, etwas, z. B. von 12 auf etwa 16° C erwärmt werden. Auf diese Weise wird dann eine stark unterschiedliche Belastung der Heizungsanlage in den einzelnen Zonen in gewissem Maße ausgeglichen. Weiterhin ist es in sehr großen Gebäuden auch möglich, mehrere unabhängig voneinander arbeitende Lüftungsanlagen vorzusehen.

Aus dem Kanalsystem 5 gelangt die kühle Luft über die Kanäle 6 in die Expansionsbehälter 9, in denen ihre Geschwindigkeit auf etwa 5 m/s reduziert wird. Die Behälter 9 dienen gleichzeitig als Schalldämpfer, durch die die Räume 1 gegen den Lärm abgeschirmt werden, der in dem Luftkanalsystem herrscht. Mit der erniedrigten Geschwindigkeit von 5 m/s verteilt sich die Luft oberhalb der Lochdecke 10 a, durch die die kühle Luft dann in die Räume 1 eingeführt wird. Selbstverständlich ist es möglich, die Lochdecke 10 α durch eine oder mehrere andere Austrittsöffnungen innerhalb jedes Raumes zu ersetzen. Die Luftzuführung durch die Decke bringt jedoch besondere Vorteile, da infolge der Verteilung der Luftmenge auf eine relativ große Fläche mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen der in die Räume 1 eintretende Luftstrom keine unangenehmen Zugerscheinungen hervorruft, die bei der relativ niedrigen Lufttemperatur für die Rauminsassen besonders unangenehm sind.

Je nach den individuellen Wünschen der Rauminsassen kann die zugeführte Luft innerhalb des Raumes durch einen oder mehrere vor den Fenstern angeordnete Radiatoren mehr oder weniger nacherwärmt werden. Diese Nacherwärmung der Luft innerhalb des Raumes wird durch Raumthermostaten gesteuert, an denen die gewünschte Raumtemperatur individuell als Sollwert eingestellt werden kann, und durch die die Durchsatzmenge des Heizmediums durch den oder die Radiatoren jedes Raumes beeinflußt wird. Besonders einfach wird die Nacherwärmungsanlage bei Verwendung von direkt gesteuerten thermostatischen Radiatorventilen. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, kann die Heizungsanlage dabei in einzelne Zonen aufgeteilt sein, so daß bei stark unterschiedlicher Belastung der verschiedenen Seiten eines Gebäudes eine einfachere Anpassung der Heizungsanlage möglich ist.

Die Verwendung von Radiatoren und ihre Aufstellung vor oder unter den Fenstern ist aus mehreren Gründen besonders vorteilhaft oder sogar für das Erreichen von angenehmen Klimabedingungen in den Räumen von ausschlaggebender Bedeutung. Es werden dadurch nämlich mehrere Vorteile gleichzeitig erreicht. Zum ersten erwärmt die von den Radiatoren aufsteigende warme Luft die innere Oberfläche der Fenster, so daß die Fenster infolge ihrer erhöhten Oberflächentemperatur nicht mehr so stark als »Senke« für die Wärmestrahlung wirken. Weiterhin wird der bekannte Kaltluftabfall vor den Fernstern auf diese Weise verhindert. Zum dritten kompensiert die Wärmestrahlung der Radiatoren in gewissem Maße die aus der gleichen Richtung kommende »Kälte«-Strahlung der Fensterflächen. Schließlich wird die von außen eindringende Kälte gewissermaßen sofort durch die Radiatoren abgefangen, ehe sie, wie dies bei anderen Anordnungen der Heizelemente möglich ist, tiefer in den Raum eindringen kann.

Die verbrauchte Abluft wird aus den Räumen über die genannten Absaugöffnungen abgesaugt und in den Abluftkanal gefördert, von wo sie entweder ins Freie und/oder als aufzubereitende Umluft in den Kanal 18 gelangt.

Durch die Nacherwärmung der kühlen, aus der Zentrale 15 kommenden Luft in jedem Raum, kann

10

in gewissen Grenzen das Klima von Raum zu Raum variiert werden, ohne daß dafür die zu Beginn erwähnten teueren, einen großen Platzbedarf erfordernden und mit komplizierten Regeleinrichtungen versehenen Komfortklimaanlagen benötigt werden. Selbstverständlich kann die einfache Kombination einer Lüftung und Heizung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die genannten Komfortklimaanlagen nicht in vollem Umfange ersetzen. Das neue Verfahren ermöglicht jedoch auf sowohl in der Anlage als auch im Betrieb sehr wirtschaftliche Weise in vielen Fällen eine individuelle Anpassung des Raumklimas an die von Raum zu Raum unterschiedlichen Wünsche der Insassen.

Weiterhin kann durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr oft ein Gebäude, in dem bisher nur eine Heizungsanlage vorhanden war, ohne großen Aufwand mit einer Klimatisierungsanlage für eine individuelle Raumklimatisierung versehen werden. ·

Zum Abschluß sei darauf hingewiesen, daß, da die Einzelelemente der beschriebenen Anlage und die damit in Zusammenhang stehenden Regelungen und Steuerungen sowie die einzelnen Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Hauptsache bekannt sind, die Erfindung in der neuartigen Kombination der bekannten Merkmale gesehen wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Klimatisierung der einzelnen Räume eines Gebäudes, gekennzeichnet d u r c h die Kombination folgender Merkmale:
a) daß die gesamte, für den Luftwechsel notwendige Luft von einer zentralen Luftaufbereitungs- (15) und -förderanlage (16) über

ein Einkanalhochdrucksystem (5, 6) den einzelnen Räumen (1) mit einer konstanten, unterhalb der Raumtemperatur liegenden Temperatur zugeführt wird;

b) daß jeder Raum (1) durch als Nachwärmer wirkende, vor den Fenstern (3) angeordnete und von einem Heizmedium durchströmte Radiatoren (11) nacherwärmt wird;

c) daß die Nacherwärmung in jedem Raum (1) individuell in an sich bekannter Weise von mindestens einem Raumthermostaten (12) eingestellt und geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Raumtemperatur in an sich bekannter Weise durch Radiatorventile (12) erfolgt, die durch Thermostatelemente direkt gesteuert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während Zeiten, in denen der primäre Heizkreislauf (44, 45, 43, 46) für das Aufheizen des die Radiatoren (11) durchfließenden Heizmediums außer Betrieb steht, das Heizmedium für die Radiatoren (11) durch die Kondensatorwärme der Kältemaschine (33, 34, 35) erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des die Radiatoren (11) durchströmenden Heizmediums in an sich bekannter Weise durch die äußeren Klimabedingungen gesteuert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 567 758.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 588/86 7.68 © Bundesdruckerei Berlin