DE19647353B4

DE19647353B4 - Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Umgebungsluft

Info

Publication number: DE19647353B4
Application number: DE19647353A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Antonius Wilhelmus Van De Ven
Original assignee: Ven Beheer Bv Van De; Van de Ven Beheer BV
Current assignee: Ven Beheer Bv Van De; Van de Ven Beheer BV
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: DE19647353A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum (2) zuzuführenden Umgebungsluft (3), versehen mit:
einem länglichen, beiderseits offenen, liegenden Gehäuse (4), von dem eine offene Seite (7) mit der Umgebung (6) und die andere offene Seite (5) mit dem Raum (2) in Verbindung steht und in dem sich von der einen offenen Seite (7) zur anderen offenen Seite (5) erstreckende Wärmetauschelemente (8) mit einer stehenden Querschnittform angeordnet sind, wobei jedes Wärmetauschelement (8) eine im wesentlichen längliche Querschnittform hat und einige gegenseitig getrennte Kanäle (11) aufweist, und
Mitteln (9) zum Bewegen der Umgebungsluft (3) und der verbrauchten Raumluft (10) durch das Gehäuse (4) und die Wärmetauschelemente (8),
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Wärmetauschelementen (8) jeweils ein Zwischenraum (d) gebildet ist, dass jedes Wärmetauschelement (8) ein extrudiertes und mit Querlamellen (12) versehenes Flachrohr (13) bildet, und dass die Wärmetauschelemente (8) im Gehäuse (4) in Schichten (14) übereinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Umgebungsluft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Luftaufbereitungsvorrichtungen welche beispielsweise in der Tierzucht in Geflügel- und Schweineställen verwendet werden, ist es im Hinblick auf das Wohlbefinden der Tiere 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- bzw. 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.
Bisher zu diesem Zweck verwendete Wärmetauscher haben jedoch 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.
Darüberhinaus 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.
Eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff zusammengefassten Merkmalen ist aus der DE 21 33 728 A bekannt. Bei der Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Umgebungsluft, werden als Wärmetauschelemente Metallplatten in stehender Bauweise verwendet, die wahlweise auch flach oder gewellt angeordnet sein können. Durch die Wellen wird der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Platten in eine Vielzahl von Kanälen unterteilt. An beiden Enden der langgestreckten Wärmetauschelemente sind Ventilatoren angeordnet. Ferner sind Maßnahmen vorgesehen, um Kondenswasser aufzusammeln.
Weitere Vorrichtungen zur Aufbereitung der einem Raum zuzuführenden Umgebungsluft sind aus der EP 0 014 863 A1 , der DE 40 07 963 A1 und der DE 31 02 523 C2 bekannt.
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 mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
Durch die Verwendung von Wärmetauschelementen in einem länglichen, liegenden 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 Luftaufbereitungs-Vorrichtung 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 erträg liches Niveau gesenkt werden. Darüberhinaus 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:
1 ist ein Querschnitt eines Raums mit einer Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Luftaufbereitungsvorrichtung im Sinne einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
3 ist eine teilweise durchbrochene, perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil III in 2,
4 ist eine teilweise durchbrochene, perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil IV in 2,
5 ist eine perspektivische Detailansicht entsprechend Pfeil V in 4.
In einem Raum 2 (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 gellasen. 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 Umgebung 6 angesaugt und dem Raum 2 zugeführt wird. Die abgesaugte, verbrauchte Raumluft 10 und die frische Umgebungsluft 3 werden dabei in der Luftaufbereitungsfvorrichtung 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 zur anderen offenen Seite 7 des Gehäuses 4 erstreckende Wärmetauschelemente 8 befinden, durch die die angesaugte Umgebungsluft 3 dem Raum 2 zugeführt wird (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 ein 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 von der Abzugskammer 32 getrennt ist. In diese Sammelkammer 37 münden die offenen Seiten der Wärmetauschelemente 8, die sich in einer im übrigen geschlossenen Stirnwand 39 befinden. Die Wärmetauschelemente 8 verlaufen durch das Gehäuse 4 bis 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 angeschlossen 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 (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 Luftaufbe reitungsvorrichtung 1 führen. Um diese 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 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 enthalte ne 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 Luft 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 zur 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 vergleichsweise 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 Energieverbrachs einhergeht. Auf diese Weise lassen sich unter verhältnismäßig geringem Aufwand und zu vergleichsweise niedrigen Kosten tierhaltungsgerechte Klimabedingungen im Raum 2 aufrecht erhalten.

Claims

Vorrichtung zur Aufbereitung der einem Raum (2) zuzuführenden Umgebungsluft (3), versehen mit: einem länglichen, beiderseits offenen, liegenden Gehäuse (4), von dem eine offene Seite (7) mit der Umgebung (6) und die andere offene Seite (5) mit dem Raum (2) in Verbindung steht und in dem sich von der einen offenen Seite (7) zur anderen offenen Seite (5) erstreckende Wärmetauschelemente (8) mit einer stehenden Querschnittform angeordnet sind, wobei jedes Wärmetauschelement (8) eine im wesentlichen längliche Querschnittform hat und einige gegenseitig getrennte Kanäle (11) aufweist, und Mitteln (9) zum Bewegen der Umgebungsluft (3) und der verbrauchten Raumluft (10) durch das Gehäuse (4) und die Wärmetauschelemente (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den einzelnen Wärmetauschelementen (8) jeweils ein Zwischenraum (d) gebildet ist, dass jedes Wärmetauschelement (8) ein extrudiertes und mit Querlamellen (12) versehenes Flachrohr (13) bildet, und dass die Wärmetauschelemente (8) im Gehäuse (4) in Schichten (14) übereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschelemente (8) im wesentlichen parallel zueinander im Gehäuse (4) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschelemente (8) in aneinandergrenzenden Schichten (14) jeweils versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) und die Wärmetauschelemente (8) leicht geneigt aufgestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch an der Unterseite des Gehäuses (4) angeordnete Mittel (15) zum Auffangen und Ableiten von Kondenswasser (16).
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondenswasser-Auffang- und Ableitmittel (15) mindestens eine außerhalb des Raumes (2) mündende Rinne (17) umfassen.
Vorrichtung 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).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L, l) des Gehäuses (4) und der Wärmetauschelemente (8) jeweils einige Meter beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbewegungsmittel (9) mindestens ein mit einer der beiden offenen Seiten (5, 7) des Gehäuses (4) verbundenes Gebläse (18, 19) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Gehäuses (4) mindestens ein Gebläse (18, 19) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mit den Wärmetauschelementen (8) zusammenarbeitende Kühlmittel (20).
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel (20) mehrere, über den Wärmetauschelementen (8) angeordnete und mit einem Behälter zu versprühender Flüssigkeit verbundene Düsen (21) umfassen.