DE19647353A1 - Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Umgebungsluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum zuzuführendene Umgebungsluft. Eine derartige Luftaufbereitungsvorrichtung ist bekannt und wird beispielsweise in der Tierzucht in Geflügel- und Schweineställen verwendet.

Im Hinblick auf das Wohlbefinden der Tiere ist es dabei wichtig, daß im Stall gesunde und tierhaltungsgerechte Klimabedingungen mit ausreichender Frischluftzufuhr herrschen. Zu diesem Zweck wird in regelmäßigen Abständen oder gar kontinuierlich die verbrauchte Luft aus dem Raum abgesaugt und Frischluft angesaugt. Wichtig ist dabei, daß die Raumtemperatur nicht zu sehr schwanken darf. Die angesaugte Frischluft wird zu diesem Zweck im Winter erwärmt und im Sommer gekühlt.

Da die benötigten Luftmengen meist beträchtlich sind und der Kühl- beziehungsweise Heizvorgang somit vergleichsweise energieintensiv ist, ist bereits vorgeschlagen worden, Wärmeaustausch zwischen der aus dem Raum abgesaugten, verbrauchten Luft und der dem Raum zuzuführenden Frischluft zu ermöglichen, so daß im Winter die angesaugte Luft bereits teilweise durch die aus dem Raum abgesaugte, warme Luft vorgewärmt werden könnte, während im Sommer auf entsprechende Weise die angesaugte und vergleichsweise warme Außenluft durch die abgesaugte Raumluft mit einer niedrigeren Temperatur leicht gekühlt werden könnte.

Die bisher zu diesem Zweck verwendeten Wärmetauscher haben jedoch alle den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad vergleichsweise gering ist, so daß die angesaugte Frischluft häufig zusätzlich erwärmt beziehungsweise gekühlt werden muß, was den Energiebedarf wiederum steigert und somit mit zusätzlichen Kosten einhergeht. Eine andere Möglichkeit wäre, die unzureichend vorgewärmte beziehungsweise vorgekühlte Umgebungsluft mit zurückgeführter Raumluft zu vermischen, was jedoch die Lüftung schmälern würde.

Darüber hinaus haben die herkömmlichen Wärmetauscher den Nachteil, daß sie die angesaugte Luft ungenügend trocknen, so daß die Raumluftfeuchtigkeit vergleichsweise hoch ist, was wiederum dem Wohlbefinden der Tiere im Stall abträglich ist. Letzteres ist besonders dann der Fall, wenn die angesaugte Umgebungsluft mit zurückgeführter, wasserdampfgesättigter Raumluft vermischt werden muß, weil sie unzureichend vorgewärmt beziehungsweise vorgekühlt ist.

Zweck der Erfindung ist deshalb, eine Vorrichtung vom obengenannten Typ bereitzustellen, bei der die genannten Nachteile jedoch nicht auftreten. Dazu sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die versehen ist mit:
einem länglichen, beiderseits offenen, liegendem Gehäuse, von dem eine offene Seite mit der Umgebung und die andere offene Seite mit dem Raum in Verbindung steht und in dem sich von der einen offenen Seite zur anderen offenen Seite erstreckenden Wärmetauschelemente mit einer stehenden Querschnittsform angeordnet sind, und Mitteln zum Bewegen der Umgebungsluft und der verbrauchten Raumluft durch das Gehäuse und die Wärmetauschelemente.

Durch die Verwendung liegender Wärmetauschelemente in einem länglichen Gehäuse ist der Wärmeaustauschbereich für die Umgebungsluft und die abgesaugte Raumluft verhältnismäßig lang, wodurch die Wärmeaustauschleistung gesteigert wird. Letzteres wird zusätzlich dadurch verstärkt, daß die Wärmetauschelemente eine stehende Querschnittform aufweisen, so daß eine geringe Wandstärke ausreicht, ohne daß dadurch die Wärmetauschelemente durchbiegen könnten. Durch die geringe Wandstärke wird außerdem eine besonders hohe Wärmeaustauschleistung erzielt. Die Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne der Erfindung ist dermaßen wirksam, daß die angesaugte Außenluft unter normalen Bedingungen nicht zusätzlich erwärmt beziehungsweise gekühlt zu werden braucht. In einer Vorrichtung mit einer entsprechend großen Länge kann die Luftfeuchtigkeit der angesaugten Umgebungsluft außerdem besonders im Sommer durch Kondensation in den Wärmetauschelementen auf ein für die Tiere im Stall erträgliches Niveau gesenkt werden. Darüber hinaus braucht im Winter auch unter extremen Bedingungen in der Regel keine wasserdampfgesättigte Raumluft zurückgeführt zu werden, so daß auch dann eine vergleichsweise niedrige Raumluftfeuchtigkeit erzielt wird.

Die Vorzugsausführungen der Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne der Erfindung sind in den einzelnen Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Beispiele erläutert, wobei auf beiliegende Zeichnung mit folgenden Figuren verwiesen wird:

Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Raums mit einer Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ist eine teilweise durchbrochene, perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil III in Fig. 2.

Fig. 4 ist eine teilweise durchbrochene, perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil IV in Fig. 2,

Fig. 5 ist eine perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil V in Fig. 4.

In einem Raum 2 (Fig. 1), z. B. einem Stall, befinden sich einige Tierunterkommen 22 - im vorliegenden Beispiel Käfige für die Geflügelzucht 23. Die betreffenden Käfige 22 sind in herkömmlicher Weise reihenweise aufeinandergestellt und mit einem herkömmlichen, automatischen Fütterungssystem 24 und herkömmlichen Kottransportbändern 25 unter den Käfigen 22 versehen. Zur Trocknung des von den Tieren 23 ausgeschiedenen Kots wird die Raumluft über den Kot auf den Kottransportbändern 25 gelassen. Dadurch steigt die Luftfeuchtigkeit, während gleichzeitig der Sauerstoffgehalt der Raumluft durch die Atmung der Tiere und die Trocknung des Kots sinkt. Daher wird ein Teil dieser Luft im oberen Teil des Raumes 2 durch eine Aufbereitungsvorrichtung 1 abgesaugt, während gleichzeitig Luft aus der Umbegung 6 angesaugt und dem Raum 2 zugeführt wird. Die abgesaugte, verbrauchte Raumluft 10 und die frische Umgebungsluft 3 werden dabei in der Luftaufbereitungsvorrichtung 1 in gegenseitiger Strömungsrichtung aneinander entlang geführt, wobei Wärmeaustausch stattfindet, so daß die angesaugte Umgebungsluft 3 im Endeffekt beim Verlassen der Luftaufbereitungsvorrichtung 1 nahezu die gleiche Temperatur hat wie die aus dem Raum 2 abgesaugte Luft 10.

Die Luftaufbereitungsvorrichtung 1 besteht zu diesem Zweck aus einem länglichen Gehäuse 4, das beiderseits offen ist und in dem sich von der einen offenen Seite 5 zum anderen offenen Seite 7 des Gehäuses 4 erstreckende Wärmetauschelemente 8 befinden, durch die die angesaugte Umgebungsluft 3 dem Raum 2 zugeführt wird (Fig. 2). Das Gehäuse selbst besteht aus einer Bodenplatte 26, zwei Seitenwänden 27 und einer Deckplatte 28, so daß zwischen beiden Öffnungen 5, 7 ein abgegrenzter Raum 29 entsteht. Die verbrauchte Raumluft 10 wird durch diesen Raum 29 zwischen die Wärmetauschelemente 8 hindurch geführt. Wo das Gehäuse 4 über die Öffnung 5 mit dem Raum 2 in Verbindung steht, befindet sich zu diesem Zweck in der Deckplatte 28 eine Zufuhröffnung 30, während die Deckplatte 28 auf der gegenüberliegenden Seite 7 einen leicht ansteigenden Endteil 31 aufweist, so daß eine Abzugskammer 32 entsteht, die über eine Reihe von Gebläsen 19 mit der Umgebung 6 in Verbindung steht. Die Gebläse 19 können in einer Stirnwand 33 des Raumes 2 angebracht werden.

Die Umgebungsluft 3 wird über Zuleitungen 34, die durch das Dach 35 des Raumes 2 hindurchgehen und zur Reinigung der angesaugten Umgebungsluft 3 zusätzlich mit Filtern 36 versehen sein können, angesaugt. Die Zuleitungen 34 münden in eine Sammelkammer 37, die durch eine Wand 38 vom Abzugskammer 32 getrennt ist. In diese Sammelkammer 37 münden die offenen Seiten der Wärmetauschelementen 8, die sich in einer im übrigen geschlossenen Stirnwand 39 befinden. Die Wärmetauschelemente 8 verlaufen durch das Gehäuse 4 hin zur gegenüberliegenden Öffnung 5, wo sie durch eine Stirnwand 40 hindurchgehen und in einen Sammelraum 41 münden, von dem aus die angesaugte und in der Vorrichtung 1 aufbereitete Umgebungsluft 3 mit Hilfe eines Gebläses 18 über eine Leitung 42 dem Raum 2 zugeführt wird. Diese Leitung 42 kann an ein flächendeckendes Leitungssystem angeschlossene werden, so daß die Umgebungsluft dem Raum 2 gleichmäßig zugeführt werden kann.

Die Wärmetauschelemente 8 haben jeweils eine stehende Querschnittform; das heißt, daß ihre Höhe h größer ist als ihre Breite b (Fig. 5). Dadurch haben sie eine hohe Biegefestigkeit, so daß verhältnismäßig lange Wärmetauschelemente 8 vergleichsweise dünnwandig ausgelegt werden können, was wiederum die Wärmeaustauschleistung steigert. Die Wärmetauschelemente 8 können dabei in gegenseitig getrennte Kanäle 11 unterteilt sein - beispielsweise indem sie die Form eines Flachrohrs 13 besitzen, in dem sich parallel zueinander verlaufende Querlamellen 12 befinden. Derartige Rohre 13 können als Ganzes durch Extrusion aus Kunststoff, z. B. Polypropylen hergestellt werden, so daß die Herstellungskosten vergleichsweise niedrig ausfallen. Da mehrere Kanäle zu einem einzigen Rohr zusammengefaßt sind, ist außerdem der Installationsaufwand wesentlich geringer als bei herkömmlichen Vorrichtungen dieses Typs, so daß die Gesamtkosten der Vorrichtung vergleichsweise niedrig ausfallen werden. Die Rohre 13 haben eine glatte Außenfläche 43, um die mögliche Ablagerung von Staub und Schmutz in der abgesaugten Luft 3 auf den Wärmetauschelementen 8 weitestgehend zu verhindern. Die Ablagerung von Staub und Schmutz auf den Wärmetauschelementen 8 könnte die Leistung der Wärmetauschelemente 8 nämlich beeinträchtigen und letztlich sogar zu einer Blockierung der Luftaufbereitungsvorrichtung 1 führen. Um dieses Risiko weiter zu verringern, ist der Zwischenraum d zwischen den einzelnen Elementen 8 verhältnismäßig groß. Dieser Zwischenraum d kann beispielsweise mindestens ein- bis anderthalbmal so groß sein wie die Breite b der einzelnen Elemente 8. Im Beispiel in Fig. 1 ist der Zwischenraum sogar mehr als fünfmal so groß wie die Breite der Elemente 8. Die Wärmetauschelemente 8 können dabei schichtweise 14 übereinander angebracht werden, wobei die Elemente in aneinandergrenzende Schichten versetzt sind. Auf diese Weise ist eine besonders gleichmäßige Luftströmung durch die Luftaufbereitungsvorrichtung 1 gewährleistet.

Infolge der verhältnismäßig hohen Biegefestigkeit der Wärmetauschelemente 8 kann die Länge L des Gehäuses sowie die Länge l der Wärmetauschelemente 8 wesentlich größer ausgelegt werden als bei herkömmlichen Luftaufbereitungsvorrichtungen. Eine Länge von einigen Metern gehört dabei durchaus zu den Möglichkeiten. Die große Länge führt zu einer langen Verbleibdauer der Luft in der Vorrichtung 1, da die Luft infolge der auch im übrigen vergleichsweise großen Abmessungen der Vorrichtung 1 mit einer geringen Geschwindigkeit - von der Größenordnung weniger Meter pro Sekunde - angesaugt werden kann. Die Luft befindet sich somit einige Sekunden in der Luftaufbereitungsvorrichtung 1, so daß ein besonders effizienter Wärmeaustausch zwischen der angesaugten und der abgesaugten Luft erzielt wird. Deswegen braucht die angesaugte Luft in der Regel nicht zusätzlich erwärmt oder gekühlt zu werden.

Außerdem wird der im warmen Luftstrom enthaltene Wasserdampf auf diese Weise weitestgehend kondensiert. Im Sommer, wenn die angesaugte Luft wesentlich wärmer als die Raumluft sein kann, hat dies zur Folge, daß die angesaugte eLuft gekühlt und der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert wird. Die Luftfeuchtigkeit der Luft, die schließlich dem Raum 2 zugeführt wird, wird somit verhältnismäßig niedrig sein. Im Winter, wenn die angesaugte Luft kälter als die Raumluft sein wird, wird zwar Wasserdampf aus der abgesaugten Luft 10 kondensiert, doch die Luftfeuchtigkeit der angesaugten Luft wird dadurch nicht verringert. Da die angesaugte Luft in den verhältnismäßig langen Wärmetauschelementen 8 jedoch völlig die gewünschte Temperatur erreicht, braucht unter diesen Bedingungen keine verbrauchte Raumluft zurückgeführt zu werden, so daß die dem Raum 2 zugeführte Luft im Endeffekt trotzdem trockener ist als bei herkömmlichen Vorrichtungen.

Damit das entstandene Kondenswasser 16 aufgefangen und abgeleitet werden kann, sind das Gehäuse 4 und die Wärmetauschelemente 8 in einem leichten Neigungswinkel zur Horizontale aufgestellt. Ferner befinden sich zu diesem Zweck an der Unterseite des Gehäuses 4 Mittel 15 zum Auffangen und Ableiten des Kondenswassers 16, die aus mehreren, durch Rillen 44 begrenzten und parallel zueinander in der Bodenplatte 26 des Gehäuses 4 verlaufenden Ablaufrinnen 45 bestehen, die in eine Querrinne 17 münden, über die das Kondenswasser 16 schließlich nach außen hin abgeleitet wird.

Um zu gewährleisten, daß die Vorrichtung 1 auch bei vergleichsweisen hohen Außentemperaturen, wie sie in unseren Breiten in den vergangenen Jahren im Sommer üblich waren, einsatzfähig ist, können zusätzlich Kühlmittel 20 angebracht werden, die aus einer quer über der Öffnung 30 angebrachten Flüssigkeitsleitung 46 mit mehreren Düsen 21 besteht. Über diese Leitung 46, die über einen Hahn 47 mit einem Flüssigkeitsbehälter verbunden ist, kann gegebenenfalls Flüssigkeit durch die Düsen 21 versprüht werden, so daß die durch die Wärmetauschelemente 8 strömende Umgebungsluft zusätzlich gekühlt wird. Die Sprühflüssigkeit wird dabei wiederum durch die Auffang- und Ableitmittel 15 für Kondenswasser aufgefangen und nach außen hin abgeleitet.

Die Vorrichtung 1 zeichnet sich im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen vom gleichen Typ durch einen etwa 30% höheren Wirkungsgrad aus, was mit einer entsprechenden Senkung des Energieverbrauchs einhergeht. Auf diese Weise lassen sich unter verhältnismäßig geringem Aufwand und zu vergleichsweise niedrigen Kosten tierhaltungsgerechte Klimabedingungen im Raum 2 aufrecht erhalten.

Claims (15)

1. Eine Vorrichtung (1) zur Aufbereitung der einem Raum (2) zuzuführenden Umgebungsluft (3), versehen mit:
einem länglichen, beiderseits offenen, liegenden Gehäuse (4), von dem eine offene Seite (5) mit der Umgebung (6) und die andere offene Seite (7) mit dem Raum (2) in Verbindung steht und in dem sich vor der einen offenen Seite (5) zur anderen offenen Seite (7) erstreckende Wärmetauschelemente (8) mit einer stehenden Querschnittsform angeordnet sind, und
Mitteln zum Bewegen der Umgebungsluft (3) und der verbrauchten Raumluft (10) durch das Gehäuse (4) und die Wärmetauschelemente (8).

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (8) eine im wesentlichen längliche Querschnittsform hat und einige gegenseitig getrennte Kanäle (11) aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmetauschelement (8) ein extrudiertes und mit Querlamellen (12) versehenes Flachrohr (13) bildet.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (8) im wesentlichen parallel zueinander im Gehäuse (4) angeordnet sind.

5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (8) im Gehäuse (4) in Schichten (14) übereinander angeordnet sind.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschelemente (8) in aneinandergrenzenden Schichten (14) jeweils versetzt sind.

7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) und die Wärmetauschelemente (8) leicht geneigt aufgestellt sind.

8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch an der Unterseite des Gehäuses (4) angeordnete Mittel (15) zum Auffangen und Ableiten von Kondenswasser (16).

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondenswasser Auffang- und Ableitmittel (15) mindestens einen außerhalb des Raumes (2) mündenden Rinne (17) umfassen.

10. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L, l) des Gehäuses (4) und der Wärmetauschelemente (8) wesentlich größer ist als ihre jeweilige Höhe (H, h) und Breite (B, b).

11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L, l) des Gehäuses (4) und der Wärmetauschelemente (8) jeweils einige Meter beträgt.

12. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftbewegungsmittel (9) mindestens einen mit einer der beiden offenen Seiten (5, 7) des Gehäuses (4) verbundenen Gebläse (18, 19) umfassen.

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Gehäuses (4) mindestens ein Gebläse (18, 19) angeordnet ist.

14. Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mit den Wärmetauschelementen (8) zusammenarbeitende Kühlmittel (20).

15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel (20) mehrere, über den Wärmetauschelemente (8) angeordneten und mit einem Behälter zu versprühender Flüssigkeit verbundenen Düsen (21) umfassen.