DE20216099U1

DE20216099U1 - Raumtemperierungselement

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Publication number: DE20216099U1
Application number: DE20216099U
Authority: DE
Original assignee: Ingenieurbuero Timmer Reichel GmbH; REICHEL TIMMER INGBUERO GmbH
Current assignee: Ingenieurbuero Timmer Reichel GmbH; REICHEL TIMMER INGBUERO GmbH
Priority date: 2002-10-19
Filing date: 2002-10-19
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2012-10-20
Also published as: ATE299263T1; EP1411303B1; DE50300725D1; EP1411303A1

Abstract

Raumtemperierungselement, bestehend aus
– mindestens einem Wärmeübertragungsprofil (1), welches insbesondere in Form eines in einem Innenraum zu befestigenden Pfostens oder Riegels ausgebildet ist und mit seiner Wandung (2) einen Hohlraum (3) umschließt, der als Luftführungskanal ausgebildet ist und mindestens eine Lufteintrittsöffnung (4) und mindestens eine Luftaustrittsöffnung (5) für Raumluft aufweist,
– mindestens einem innerhalb des Hohlraumes (3) in Profillängsrichtung (X-X) verlaufenden, von einem Temperierungsmedium durchströmbaren Leitungskanal (6),
– mindestens einem dem Wärmeaustausch mit der Luft dienenden Kontaktelement (7), welches eine vorbestimmte Länge (L7), Breite (B7) und Tiefe (T7) aufweist und mit dem Leitungskanal (6) wärmeleitend verbunden ist, sowie
– mindestens einem Lüfter (8) zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion im Luftführungskanal, dadurch gekennzeichnet, daßüber die Länge (L7) des Kontaktelementes (7) mehrere Lüfter (8) angeordnet sind, die jeweils einen wirksamen Strömungsquerschnitt aufweisen, dessen Breite (B8) etwa genauso groß ist wie die Breite (B7) des Kontaktelementes (B7), und die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Raumtemperierungselement, bestehend aus

– mindestens einem Wärmeübertragungsprofil, welches insbesondere in Form eines in einem Innenraum zu befestigenden Pfostens oder Riegels ausgebildet ist und mit seiner Wandung einen Hohlraum umschließt, der als Luftführungskanal ausgebildet ist und mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine Luftaustrittsöffnung aufweist,
– mindestens einem innerhalb des Hohlraumes in Profillängsrichtung verlaufenden, von einem Temperierungsmedium durchströmbaren Leitungskanal,
– mindestens einem dem Wärmeaustausch mit der Luft dienenden Kontaktelement, welches eine vorbestimmte Länge, Breite und Tiefe aufweist und mit dem Leitungskanal wärmeleitend verbunden ist, sowie
– mindestens einem Ventilator zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion im Luftführungskanal.

Den Wärmebedarf von Räumen zu decken oder eine Kühllast aus einem Raum abzuführen, kann mit verschiedenartigen Wärmeübertragungselementen erreicht werden. So hat eine Wärmeübertragung über Strahlungsflächen den Vorteil einer nur sehr geringen Luftbewegung, der allerdings mit nachteilig großen notwendigen aktiven Wärmeübertragungsflächen erkauft werden muß. Solche großflächigen Wärmeübertragungsflächen stören besonders an Fassaden die optische Transparenz. Außerdem können thermische Laständerungen bei Wärmeübertragungssystemen mit Strahlungsbevorzugung zeitlich nur sehr verzögert zur Wirkung kommen, da beispielsweise die Stoffe der Bekleidung von Personen Wärmedurchgangswiderstände darstellen, die bei bevorzugter Strahlungswärmeübertragung träge reagieren. Im Kühlfall sind die übertragbaren thermischen Leistungen bei Strahlungssystemen für den Wärmeaustausch oft zu gering.
Eine Wärmezu- oder -abfuhr für einen Innenraum kann auch konvektiv mit Luft als strömendem Medium erreicht werden. Rein konvektive Systeme müssen dabei größere Luftmengen umwälzen, um eine mit Strahlungs- und Konvektionskombinationen vergleichbare Leistung zu übertragen.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 201 06 951 U1 beschreibt ein Raumtemperierungselement der eingangs genannten Art. Dieses bekannte Raumtemperierungselement besteht aus mindestens einem Wärmeübertragungsprofil, wobei das Wärmeübertragungsprofil in Form einer Hohlstütze oder eines Hohlriegels ausgebildet ist, und mit seiner Wandung einen sich in Profillängsrichtung erstreckenden Hohlraum umschließt. Innerhalb des Hohlraumes verläuft in Profillängsrichtung ein von einem Temperierungsmedium durchströmbarer Leitungskanal. Der Hohlraum ist dabei als Luftführungskanal ausgebildet und weist mindestens eine Lufteintrittsöffnung und mindestens eine hierzu in Strömungsrichtung versetzt angeordnete Luftaustrittsöffnung auf. Der Leitungskanal ist mit mindestens einem Kontaktelement wärmeleitend verbunden, welches seinerseits wiederum mit der Wandung des Wärmeübertragungsprofils thermisch leitend verbunden ist. An der Wandung innerhalb des Hohlraums sind zur Vergrößerung der thermischen wirksamen inneren Wandungsfläche in den Hohlraum ragende Kontaktprofile ausgebildet. Zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion kann im Bereich der Luftein- und/oder -austrittsöffnung jeweils ein Ventilator vorgesehen sein. Mit diesem bekannten Raumtemperierungselement können die eingangs genannten Nachteile überwunden werden. Allerdings erfolgt eine Begrenzung des durch das Temperierungselement transportierbaren Luftvolumenstromes im Profilinneren durch den Profilquerschnitt, der sich beispielsweise an einer Fassade ausrichtet. Auch muß das Wärmeübertragungsprofil eine bestimmte Mindestlänge haben, um genügend Leistung an die durchströmende Luft zu übertragen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raumtemperierungselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei kompakter Bauform und universeller Möglichkeit der Anordnung in Innenräumen, z.B. im Bereich einer Fassade, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Funktionssicherheit aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß über die Länge des Kontaktelementes mehrere Lüfter angeordnet sind, die jeweils einen wirksamen Strömungsquerschnitt aufweisen, dessen Breite etwa genauso groß ist wie die Breite des Kontaktelementes, und die einen maximalen Abstand voneinander aufweisen, der etwa das Vierfache einer Länge des wirksamen Strömungsquerschnittes der Lüfter beträgt.
Die Erfindung bezieht sich somit bevorzugt auf den Wärmeübertagungsmechanismus mittels erzwungener Konvektion, wobei durch eine Aneinanderreihung von Lüftern längs des Kontaktprofils, insbesondere eines Lamellenwärmetauschers, ein im Wesentlichen stabförmiges Raumtemperierelement entsteht. Im einfachsten Fall kann dabei die Luftströmung ohne Umleitung von der Ansaugung mittels der Lüfter durch den aus einem Lamellenregister und dem von Temperierungsmedium durchströmbaren Leitungskanal gebildeten Lamellenwärmetauscher in den Raum hinein erfolgen. Der Gesamtdruckverlust ist damit sehr klein.
Als Lüfter können in bevorzugter Ausbildung handelsübliche Kleinstventilatoren, insbesondere Axialventilatoren, eingesetzt und mit halber Drehzahl betrieben werden, wodurch sich das System sehr geräuscharm gestaltet. Die Luft wird dabei sozusagen "segmenthaft" über die Kleinstventilatoren verdichtet, beim Durchströmen des Kontaktelementes temperiert (erwärmt oder gekühlt) und dem Raum zugeführt. Ein durch die Wärmetauscherlamellen bewirkter nur sehr kleiner Strömungsdruckverlust ermöglicht Einzelventilatorleistungen von kleiner 20 W, und bevorzugt von kleiner/gleich 1 W, wobei insbesondere bei einer unmittelbaren Anströmung der Wärmetauscherlamellen durch die Lüfter eine hohe Luftturbulenz erzeugt werden kann. Vor allem im Einlaufteil der Wärmetauscherlamellen stellen sich damit sehr hohe Wärmeübertragungszahlen ein, und – bezogen auf die Wärmetauscherabmessungen – sind sehr hohe thermische Leistungen übertragbar.
Das erfindungsgemäße Raumtemperierelement läßt sich vorteilhafterweise ohne Schwierigkeiten beliebig in einem Raum anordnen, z.B. an einer Fassade, an einer Wand, Decke, Brüstung usw. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einem minimalen Abstand zwischen den Lüftern und dem Kontaktelement für das erfindungs gemäße Raumtemperierungselement als Ganzes eine hohe Funktionsredundanz, d.h. Betriebssicherheit, erreicht werden kann, da bei Ausfall eines Lüfters jeweils nur das zugehörige Segment des Kontaktelementes leistungsmindernd wirkt und kein Ausfall der gesamten Vorrichtung eintritt.
Da in dem erfindungsgemäßen Raumtemperierungselement notwendigerweise weder Strömungsumlenkungen noch Einengungen vorhanden sind und somit glatte Durchdringungen existieren, wobei die Lüfter beim Lufttransport eine hohe Turbulenz verursachen, besteht bei vergleichsweise geringem Druckverlust kaum eine Verschmutzungsgefahr und es kann bewußt auf eine Filterung der Luft verzichtet werden. Eine Bakterienansammlung in einem Filter und damit verbundene hygienische Nachteile können so nicht aufkommen.
Durch Aneinanderreihung einer bestimmten Lüfteranzahl ist die Luftleistung und damit die thermische Stableistung linear über die Länge des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes bestimmbar. Sollten infolge der benötigten thermischen Leistung nur wenige Lüfter notwendig sein, so daß diese nicht gehäusebündig, sondern mit Abstand zueinander angeordnet sind, so können die Ventilatoren auch vom Lufteintrittsbereich in das Kontaktelement abrücken, so daß die Lüfter nicht mehr nahezu spaltfrei vor dem Kontaktelement, insbesondere vor dem Lamellenregister, angeordnet sind. Dadurch wird vor dem Kontaktelement ein Druckausgleichsraum bzw. eine Wirbelkammer gebildet. Eine Luftbeaufschlagung des Kontaktelementes, insbesondere der Wärmetauscherlamellen, erfolgt somit auch an Stellen, denen keine Lüfter unmittelbar vorgeordnet sind. Der Abstand Lüfter/Lamelleneintritt kann dabei insbesondere mit dem Ziel der Einstellung einer maximalen Luftturbulenz am Lamelleneintritt variiert werden und ist abhängig von der auf die Länge des erfindungsgemäßen Raumtemperierelementes bezogenen Anzahl von Lüftern.
Das erfindungsgemäße Raumtemperierungselement gestattet vorteilhafterweise auch eine Außenluftzufuhr und damit eine gleichzeitige Temperierung von Außen- und Umluft in ein und derselben Vorrichtung. Auch eine Luftent- oder -befeuchtung kann mit Vorteil innerhalb des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden speziellen Beschreibung enthalten.
Anhand mehrerer in der beiliegenden Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
3 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
4 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
5 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
6 einen Querschnitt durch die fünfte Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes, einschließlich eines Montagebeispiels,
7 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
8 einen Längsschnitt durch eine siebente Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes,
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel jeweils nur einmal beschrieben werden.
Wie zunächst 1 und 2 zeigen, besteht ein erfindungsgemäßes Raumtemperierungselement aus mindestens einem Wärmeübertragungsprofil 1, welches ins besondere in Form eines in einem Innenraum zu befestigenden Pfostens oder Riegels ausgebildet ist und mit seiner Wandung 2 einen Hohlraum 3 umschließt, der als Luftführungskanal ausgebildet ist und mindestens eine Lufteintrittsöffnung 4 und mindestens eine Luftaustrittsöffnung 5 für Raumluft aufweist.
Des Weiteren besteht das erfindungsgemäße Raumtemperierungselement aus mindestens einem innerhalb des Hohlraumes 3 in Profillängsrichtung X-X (2) verlaufenden, von einem Temperierungsmedium, insbesondere Wasser, durchströmbaren Leitungskanal 6 und mindestens einem dem Wärmeaustausch mit der Luft dienenden Kontaktelement 7, welches als Lamellenregister ausgebildet ist und eine vorbestimmte Länge L7, Breite B7 und Tiefe T7 aufweist und mit dem Leitungskanal 6 wärmeleitend verbunden ist. Das Lamellenregister füllt mit seiner Breite B7 den Luftführungskanal hinsichtlich seiner Breite vollständig aus.
Schließlich besteht das erfindungsgemäße Raumtemperierungselement aus mehreren Lüftern 8 zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion im Luftführungskanal. Die Luftströmungsrichtungen sind mit den Pfeilen Z als Luftzuströmung und A als Luftabströmung gekennzeichnet.
Die Luft strömt, wie in 1 für eine erste Ausführung und in 2 für eine zweite Ausführung der Erfindung dargestellt ist, insbesondere durch ein Abdeckgitter 9 für die Lufteintrittsöffnung 4, wird mittels der Lüfter 8 verdichtet und gelangt gemäß der ersten Ausführung in einen den Lüftern 8 in Strömungsrichtung nachgeordneten Druckausgleichsraum bzw. in eine Wirbelkammer 10. In der zweiten Ausführung ist keine derartige Kammer vorgesehen, d.h., daß die Lüfter 8 nahezu spaltfrei vor dem Kontaktelement/Lamellenregister 7, angeordnet sind.
Erfindungsgemäß sind über die Länge L7 des Kontaktelementes 7 mehrere Lüfter 8 angeordnet. Diese Lüfter 8 weisen einen wirksamen Strömungsquerschnitt auf, dessen Breite B8, wie 1 zeigt, etwa genauso groß ist wie die Breite B7 des Kontaktelementes 7, und die einen maximalen Abstand A8 (vgl. 4 und 8) voneinander aufweisen können, der etwa das Vierfache einer Länge L8 (2) des wirksamen Strömungsquerschnittes der Lüfter 8 betragen kann. Gemäß der in 2 gezeigten Ausführung ist dieser Abstand A8 jedoch Null, d.h. die Lüfter 8 sind gehäusebündig zueinander angeordnet.
Das Wärmeübertragungsprofil 1 kann, wie 2 zeigt, insbesondere stabartig ausgebildet sein, wobei eine Länge L1 (2) des Wärmeübertragungsprofils 1 in einem Verhältnis zu einer Breite B1 (1) des Wärmeübertragungsprofils 1 von mindestens 2 : 1, bevorzugt von mindestens 10 : 1, steht. Durch Montage einer bestimmten Lüfteranzahl ist – wie bereits erwähnt – die Luftleistung und damit die thermische Stableistung linear über die Länge L1 festlegbar.
Die Luft strömt von den Lüftern 8 her, insbesondere mit einem hohen Turbulenzgrad, in den aus dem Lamellenregister 7 und dem Leitungskanal 6 gebildeten Lamellenwärmetauscher 6/7, wird beim Durchströmen der Lamellen 7a temperiert und dem Raum durch ein Abdeckgitter 11 für die Luftaustrittsöffnung 5 wieder zugeführt (Pfeil A). Die zwischen den Lamellen 7a in dem Lamellenregister 7 gebildeten Luftspalte 7b erstrecken sich zwischen der Lufteintrittsöffnung 4 und der Luftaustrittsöffnung 5 geradlinig in Profilquerrichtung und insbesondere achsparallel zu den Mittenachse Y-Y der bevorzugt als Axiallüfter ausgebildeten Lüfter 8. Dadurch wird der Strömungswiderstand der Luftspalte 7b und damit der auftretende Druckverlust der Luft gering gehalten.
In 1 sind zwei in Längsrichtung X-X (2) des Raumtemperierungselementes verlaufende Leitungen 6, 12 dargestellt. Dies ist einerseits der Leitungskanal 6, welcher ein wasserführendes Vorlaufrohr ist, und andererseits ein Rücklaufkanal 12 für das Wasser. Die Anordnung dieser beiden wasserführenden Rohre 6, 12 – Vorlauf und Rücklauf – ist so gewählt, daß zwischen der strömenden Luft und dem Wasser eine möglichst große Temperaturdifferenz vorliegt. Insbesondere beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes als senkrechte Stützen vereinfacht sich damit die Raumtemperaturregelung erheblich gegenüber bekannten technischen Lösungen. Durch eine geeignete Regeleinrichtung kann eine außentemperaturabhängige wasserseitige zentrale Vorregelung erfolgen, und die Lüfter 8 können allein durch ihre Zu- und Abschaltung, die insbesondere bei allen Ausführungen der Erfindung auch individuell gestaltet werden kann, die Einstellung der Raumtemperatur übernehmen.
Die Lüfter 8 können, wie insbesondere 1 zeigt, auf einer Montageplatte 13 befestigt sein, die als Bestandteil der Wandung 2 des Wärmeübertragungsprofils 1 an Stellen ohne Lüfter 8 einen raumseitigen Abschluß bildet. Die Montageplatte 13 ist in der gezeigten Darstellung über eine Führungsschiene 14 an insbesondere plattenartigen Seitenwänden 15 der Wandung 2 des Wärmeübertragungsprofils 1 befestigt. Diese Lüfterbefestigung ist sehr montagefreundlich, da die Montageplatte 13 separat bestückt und dann als Ganzes montiert werden kann. Dämmelemente 16 trennen das Kontaktelement 7 wärmeisolierend von den plattenartigen Seitenwänden 15. Diese Dämmelemente 16 verhindern nicht nur den Wärmefluß über die Wandung 2 des Wärmeübertragungsprofils 1 an die Umgebung, sondern übernehmen auch eine Schallschutzfunktion.
Bei den Lüftern 8 kann es sich insbesondere um Klein- oder Kleinstlüfter handeln, die eine Leistungsaufnahme von vorzugsweise weniger als 20 W, besonders bevorzugt von kleiner/gleich 1 W, aufweisen. Klein- oder Kleinstlüfter bedeutet dabei auch, daß die Breite B8 und die Länge L8 des wirksamen Strömungsquerschnittes eines jeden Lüfters 8 jeweils maximal etwa 300 mm, vorzugsweise maximal etwa 50 bis 80 mm, beträgt.
Es wird dabei davon ausgegangen, daß die Breite B8 und die Länge L8 des wirksamen Strömungsquerschnittes eines jeden Lüfters 8 jeweils minimal durch die Größe des Durchmessers D8 eines Lüfterrades 8a des Lüfters 8 und maximal etwa durch die Größe der Breite GB8 (nur in 1 dargestellt) oder die Länge GL8 (nur in 2 dargestellt) eines Gehäuses 8b des Lüfters 8, gegebenenfalls zuzüglich eines bis zu 15 Prozent dieser Größe GB8, GL8 zu berücksichtigenden Montageabstandes MA8 (nur in 1) für den jeweiligen Lüfter 8, festgelegt ist.
Ein jeder Lüfter 8 sollte jeweils einen maximalen Volumenstrom von etwa 0,5 m³ min^–1, bevorzugt von etwa 0,1 m³ min^–1, erzeugen.
Wie bereits erwähnt, ist in der ersten Ausführung der Erfindung (1) den Lüftern 8 in Einströmrichtung der Luft eine Wirbelkammer 10 nachgeordnet. Dies trifft auch auf weitere Ausführungen der Erfindung zu (3, 4, 7, 8). Die Tiefe T10 der Wirbelkammer 10, d. h. der Abstand Lüfter 8 – Lamelleneingang ist abhängig von der Anzahl der Einzellüfter 8 bezogen auf die Stablänge L1. Mit der Erhöhung dieser Ventilatoranzahl geht dabei eine Verminderung des Abstandes Lüfter – Lamelleneingang (Wirbelkammertiefe T10) einher.
Infolge einer bewußt angestrebten, hohen Turbulenz in der Wirbelkammer 10 und im Lamellenregister 7 entsteht im Kühlfall ein die Kühlleistung maximierender Unterkühleffekt mit Taupunktverschiebung, so daß die Wärmetauscherlamellen 7a unter dem nominellen Taupunkt der Luft betrieben werden können, womit die Kühlleistung erhöht wird. Umgekehrt entsteht im Heizfall durch eine hohe Turbulenz ein die Heizleistung maximierender Effekt.
Eine zusätzliche Option des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes stellt ein Außenluftanschluß 17 (3) dar. Während das Raumtemperierungselement gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung als "reiner Umluftstab" bezeichnet werden könnte, ist für das dritte, vierte und siebente Ausführungsbeispiel der Erfindung (3, 4, 8) ein solcher Außenluftanschluß 17 dargestellt. In Räumen mit Außenluftbedarf kann damit auch die Außenluftzufuhr über die erfindungsgemäßen Raumtempe- rierungselemente erfolgen. Der als separate Einheit ausgebildete Außenluftanschluß 17 kann – wie dargestellt – einen Außenluftfilter 18, und einen Außenluftventilator 19 mit Außenluftkanalzufuhr 20 umfassen. Der Außenluftanschluß 17 kann dabei beispielsweise mit Vorteil für ein Raumtemperierungselement bzw. als Einheit für mehrere Temperierelemente z. B. in einer Brüstung untergebracht werden.
Das Wärmeübertragungsprofil 1 kann zur Führung von Außenluft AL sowie zu deren sommerlicher Vorkühlung oder winterlicher Vorwärmung eine erste, auf einer Einströmseite dem Kontaktelement 7 strömungsmäßig vorgeordnete Einströmkammer 21 zur Außenluftaufteilung, auf einer Abströmseite eine dem Kontaktelement 7 strömungsmäßig nachgeordnete Umlenkkammer 22, aus der eine Rückströmung der Außenluft AL zur Einströmseite erfolgt, sowie auf der Einströmseite eine, vorzugsweise mit zwischen den Lüftern 8 und dem Kontaktelement 7 gebildeten Wirbelkammern 10 in Verbindung stehende, Abströmkammer 23 umfassen, wobei in der Abströmkammer 23 eine Mischung der Außenluft AL mit der durch die Lüfter 8 angesaugten Raumluft (Pfeil Z) erfolgt.
In den Ausführungsbeispielen mit Zufuhr von Außenluft AL ist – wie auch in der zweiten Ausführung der Erfindung – der Lamellenwärmetauscher 6/7 als Einrohrelement nur mit dem wasserführenden Vorlauf 6 gezeigt.
Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung (4) unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung (3) dadurch, daß die Lüfter 8 voneinander beabstandet angeordnet sind (Abstand A8). Eine solche Ausführung zeigt auch das siebente Ausführungsbeispiel der Erfindung (8). Der Beabstandung dienen Ventilatordistanzstücke 24, die zwischen den Lüftern 8 angeordnet sind.
Die Anzahl der Lüfter 8 wird bestimmt vom geforderten thermischen Leistungsvermögen des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes. Bei einer gegebenen Anzahl von Lüftern 8 sollte dabei eine Optimierung der Abstände A8 erfolgen. Mit dieser Abstandsoptimierung kann dabei insbesondere das Ziel verfolgt werden, eine hohe Turbulenz am Lamelleneintritt zu erreichen, wobei allerdings auch weitere geometrische und den Betriebszustand charakterisierende Randbedingungen zu beachten sind.
Unter diesem Gesichtspunkt ist es insbesondere außerordentlich vorteilhaft, wenn die Lüfter 8 einen derartigen Volumenstrom erzeugen, derart beabstandet voneinander (Abstand A8) und beabstandet von dem Lamellenregister 7 (Abstand T10) angeordnet sind und/oder die Geometrie der Luftspalte 7b zwischen den Lamellen 7a derart gewählt ist, daß in den Luftspalten 7b über mindestens ein Viertel, vorzugsweise über mindestens ein Drittel, ihrer Tiefe T7 zwischen der Lufteintrittsöffnung 4 und der Luftaustrittsöffnung 5 eine Strömung entsteht, die durch Reynoldszahlen Re im Bereich von über 2500, vorzugsweise von über 5000, charakterisiert ist.
Die Reynoldszahl Re stellt dabei eine den Strömungszustand eines Fluids kennzeichnende Größe dar. Dabei wird davon ausgegangen, daß bei einer Reynoldszahl Re von weniger als etwa 2300 eine rein laminare Strömung vorliegt, wobei sich dann bei einem Wert von größer als 2300 ein Übergangsbereich zwischen laminarer und turbulenter Strömung und schließlich ein Bereich rein turbulenter Strömung anschließen. Die Reynoldszahl wird berechnet nach der Formel
wobei w die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids (in m/s), v die kinematische Viskosität des Fluids (in m²/s) und l eine charakteristische Länge (in m) des Strömungskanals darstellen. Bei einem kreisrunden Querschnitt des Strömungskanals ist die charakteristische Länge l gleich dem Durchmesser des Kanals. Für unrunde Querschnitte – wie für den vorliegenden Fall des Lamellenregisters 7 – ergibt sich die charakteristische Länge l zu
wobei F die Fläche und U der Umfang des Querschnitts des Strömungskanals sind. Für einen Luftspalt 7b im Lamellenregister 7 ergibt sich demnach für die charakteristische Länge l
wobei B7 – wie bereits ausgeführt – die Breite des Lamellenregisters 7 bzw. der Lamelle 7a und W7 die Spaltweite des Spaltes 7b zwischen zwei Lamellen 7a sind.
Im Ergebnis derartiger Optimierungen hat sich gezeigt, daß die bevorzugt einsetzbaren, vorstehend hinsichtlich ihrer Hauptcharakteristika, wie Abmaße und Fördervolumenstrom, bereits näher spezifizierten Lüfter 8 dann einen optimalen Abstand A8 voneinander aufweisen, wenn dessen Größe minimal durch eine gehäusebündige Anordnung der Lüfter 8 und maximal etwa durch die Größe der Länge L8 des wirksamen Strömungsquerschnittes der Lüfter 8 begrenzt ist.
Die zwischen den Lamellen 7a in dem Lamellenregister 7 gebildeten Luftspalte 7b können optimal eine Spaltweite W7 von etwa 2 mm bis 15 mm aufweisen. Der Abstand W7 zwischen den Wärmetauscherlamellen 7a folgt dabei auch einer Optimierung, bei der als gegenläufige Tendenzen zu beachten sind, das der Abstand W7 im Sinne eines minimalen Druckverlustes über die Tiefe T7 der Lamellen 7a möglichst groß, im Sinne eines maximalen Wärmeübertragungsvermögen des Lamellenregisters 7 jedoch möglichst klein gewählt werden sollte (möglichst viele Lamellen 7a).
Als numerische Werte für einen maximalen Abstand T10 (Tiefe der Wirbelkammer 10) der Lüfter 8 von dem Lamellenregister 7 werden etwa 10 cm, bevorzugt von etwa 2 cm, angesehen.
Die in 5 und 6 dargestellte fünfte Ausführung der Erfindung zeigt ein erfindungsgemäßes Raumtemperierungselement, für das zur Wand- oder Fassadenbefestigung Befestigungswinkel 25 vorgesehen sind. Gleichzeitig ist in 5 ein Elektroanschluß 26 für die Lüfter 8 dargestellt. Das Wärmeübertragungsprofil 1 ist mit seiner Querachse (Diese entspricht in ihrem Richtungsverlauf der Mittenachse Y-Y der als Axiallüfter ausgebildeten Lüfter 8) rechtwinklig zur Wand- bzw. Fassadenebene angeordnet, wobei die Lufteintrittsöffnung 4 zur Wand bzw. Fassade weist. Dies geht auch aus der Schnittdarstellung in 6 hervor, die die Anordnung des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes an einer Fassadenstütze 27 zeigt. Zwischen Fassadenstütze 27 und Raumtemperierungselement befindet sich dabei ein Luftraum 28, über den die von einer gegebenenfalls vorhandenen Verglasung 29 oder Fassadenkonstruktion beeinflußte Luftströmung abgesaugt und temperiert werden kann.
Die Elementanordnung ist nicht auf senkrechte Stützen begrenzt. Horizontale Riegel sind ebenso vorstellbar wie eine Anordnung in der Decke, wie dies für die sechste Ausführung der Erfindung 7 gezeigt ist. Der Vorteil eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes besteht bei einer Deckenanordnung in einer sehr geringen erforderlichen Bauhöhe und der möglichen Konzentration auf kleine Flächen oder Streifen. Bei dieser, als Fertigelement, insbesondere als Rasterelement, ausgebildeten, für einen Deckeneinbau geeigneten Ausführung des erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes ist eine der plattenartigen Seitenwände 15 zu einer horizontal in einem Deckenhohlraum 30a liegenden oberen Abschottung des Raumtemperierungselementes umfunktioniert. Die Luftzuströmung Z, z.B. als warme Raumluft, erfolgt durch ein unteres Sichtschutzelement 31, das einen hohen Perforationsgrad aufweist und sowohl die Funktion einer bei den anderen Ausführungen plattenartigen Seitenwand 15 als auch die Funktionen der Abdeckgitter 9, 11 für die Lufteintrittsöffnung 4 und -austrittsöffnung 5 übernimmt, in eine Deckenanströmkammer 32. Von dort aus erfolgt die Verdichtung und Förderung der Raumluft wieder in der oben beschriebenen Weise mit einer entsprechend der Leistungsanforderung ausgewählten Anzahl hintereinander liegender Lüfter 8. Nach z.B. einer Abkühlung der Luft im Lamellenregister 7 und einer Ablenkung in eine Deckenabströmkammer 33 vollzieht sich die Abströmung A der gekühlten Luft durch das untere Sichtschutzelement 31 wieder in den Raum. Eine plattenartige Seitenabgrenzung 34 sichert dabei die Lamellenzwangsdurchströmung und ist mit Vorteil an einem Deckenelement 30b befestigbar.
In 8 ist eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Raumtemperierungselementes dargestellt, bei der im Gegensatz zu den übrigen Ausführungen die zwischen den Lamellen 7a in dem Lamellenregister 7 gebildeten Luftspalte 7b sich zwischen der Lufteintrittsöffnung 4 und der Luftaustrittsöffnung 5 schräg zur Profilquerrichtung (wiederum gekennzeichnet durch den Verlauf der Mittenachse Y-Y der als Axiallüfter ausgebildeten Lüfter 8) erstrecken.
Infolge der Schrägstellung der Lamellen 7a entsteht in dem Hohlraum 3 eine Schachtwirkung, wodurch in Analogie zu einem Konvektor durch Eigenkonvektion im Heiz- und Kühlfall Leistung übertragen werden kann. Im Heizfall und mit senkrechten Stützen ist damit Wärme ohne Einsatz der Lüfter 8 übertragbar. Eine ebenfalls in 8 dargestellte, im Hohlraum 3 unter dem Lamellenregister 7 befindliche Kondensatwanne 35 kann durch Kühlung von feuchter Luft, insbesondere Außenluft AL, anfallendes Schwitzwasser aufnehmen, welches dann über einen Kondensatableitungsanschluß 36 abgeleitet werden kann.
Durch zusätzliche Einbringung einer Luftbefeuchtungseinrichtung, wie einer Befeuchterlanze 37, in die Abströmkammer 23 des Hohlraums 3 ist auch eine Befeuchtung bei zu trockener winterlicher Außenluft AL möglich. Die Steuerung der Befeuchterleistung kann dabei mittels des Magnetventils 38 erfolgen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So können beispielsweise anstelle der beschriebenen Axiallüfter auch andere Lüfter zum Einsatz kommen. Auch der Einsatz eines anderen geeigneten wärmetauschenden Kontaktelement 7 als eines Lamellenregister 7 ist möglich. Eine Ausführung, wie sie in 7 dargestellt ist, könnte auch senkrecht in eine Wand eingelassen werden.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

1: Wärmeübertragungsprofil
2: Wandung von 1
3: Hohlraum von 1
4: Lufteintrittsöffnung von 1
5: Luftaustrittsöffnung von 1
6: Leitungskanal in 3, wasserführendes Rohr als Vorlauf
7: Kontaktelement, Lamellenregister
7a: Lamellen von 7
7b: Luftspalt in 7
8: Lüfter, Axialventilator
8a: Lüfterrad von 8
8b: Gehäuse von 8
9: Abdeckgitter Luftzuströmung
10: Druckausgleichraum, Wirbelkammer
11: Abdeckgitter Luftabströmung
12: Leitungskanal in 3, wasserführendes Rohr als Rücklauf
13: Montageplatte für 8
14: Führungsschiene für 13
15: Seitenwand von 1
16: Dämmelement
17: Außenluftanschluß
18: Außenluftfilter
19: Außenluftventilator
20: Außenluftkanalzuführung
21: Einströmkammer in 1 für AL
22: Umlenkkammer in 1 für AL
23: Abströmkammer in 1 für AL
24: Ventilatordistanzstück
25: Befestigungswinkel
26: Elektroanschluß für 8
27: Fassadenstütze
28: Luftraum zwischen 27 und 1
29: Verglasung
30a: Deckenhohlraum
30b: Deckenelement
31: Unteres Sichtschutzelement
32: Deckenanströmkammer
33: Deckenabströmkammer
34: Seitenbegrenzung von 1 (Deckenelement 7)
35: Kondensatwasserwanne
36: Kondensatableitungsanschluß
37: Befeuchterlanze
38: Magnetventil
A: Luftzuströmung zu 1
A8: Abstand 8-8
AL: Außenluft
B1: Breite von 1
B7: Breite von 7
B8: Breite des wirksamen Strömungsquerschnitts von 8
D8: Durchmesser von 8a
GB8: Breite von 8b
GL8: Länge von 8b
L1: Länge von 1
L7: Länge von 7
L8: Länge des wirksamen Strömungsquerschnitts von 8
MA8: Montageabstand für 8
T7: Tiefe von 7
T10: Tiefe von 10, Abstand 7 – 8
W7: Spaltweite von 7b
Y-Y: Mittenachse von 8
X-X: Längsrichtung von 1
Z: Luftabströmung von 1

Claims

Raumtemperierungselement, bestehend aus – mindestens einem Wärmeübertragungsprofil (1), welches insbesondere in Form eines in einem Innenraum zu befestigenden Pfostens oder Riegels ausgebildet ist und mit seiner Wandung (2) einen Hohlraum (3) umschließt, der als Luftführungskanal ausgebildet ist und mindestens eine Lufteintrittsöffnung (4) und mindestens eine Luftaustrittsöffnung (5) für Raumluft aufweist, – mindestens einem innerhalb des Hohlraumes (3) in Profillängsrichtung (X-X) verlaufenden, von einem Temperierungsmedium durchströmbaren Leitungskanal (6), – mindestens einem dem Wärmeaustausch mit der Luft dienenden Kontaktelement (7), welches eine vorbestimmte Länge (L7), Breite (B7) und Tiefe (T7) aufweist und mit dem Leitungskanal (6) wärmeleitend verbunden ist, sowie – mindestens einem Lüfter (8) zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion im Luftführungskanal, dadurch gekennzeichnet, daßüber die Länge (L7) des Kontaktelementes (7) mehrere Lüfter (8) angeordnet sind, die jeweils einen wirksamen Strömungsquerschnitt aufweisen, dessen Breite (B8) etwa genauso groß ist wie die Breite (B7) des Kontaktelementes (B7), und die einen maximalen Abstand (A8) voneinander aufweisen, der etwa das Vierfache einer Länge (L8) des wirksamen Strömungsquerschnittes der Lüfter (8) beträgt.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (8) einen Abstand (A8) voneinander aufweisen, der minimal durch eine gehäusebündige Anordnung der Lüfter (8) und maximal etwa durch die Größe der Länge (L8) des wirksamen Strömungsquerschnittes der Lüfter (8) begrenzt ist.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B8) und die Länge (L8) des wirksamen Strömungsquerschnittes eines jeden Lüfters (8) jeweils minimal durch die Größe des Durchmessers (D8) eines Lüfterrades (8a) des Lüfters (8) und maximal etwa durch die Größe der Breite (GB8) oder die Länge (GL8) eines Gehäuses des Lüfters, gegebenenfalls zuzüglich eines bis zu 15 Prozent dieser Größe zu berücksichtigenden Montageabstandes (MA8) für den Lüfter (8), festgelegt ist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wärmeaustausch mit der Luft dienende Kontaktelement (7) aus einem oder mehreren Lamellenregistern (7) gebildet ist.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Lamellenregister (7) den Luftführungskanal hinsichtlich seiner Breite vollständig ausfüll(t)/(en).
Raumtemperierungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lamellen (7a) in dem Lamellenregister gebildete Luftspalte (7b) sich zwischen der Lufteintrittsöffnung (4) und der Luftaustrittsöffnung (5) geradlinig in Profilquerrichtung und insbesondere achsparallel zu den Mittenachsen (Y-Y) der bevorzugt als Axiallüfter ausgebildeten Lüfter (8) erstrecken.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lamellen (7a) in dem Lamellenregister gebildete Luftspalte (7b) sich zwischen der Lufteintrittsöffnung (4) und der Luftaustrittsöffnung (5) schräg zur Profilquerrichtung und insbesondere schräg zu den Mittenachsen (Y-Y) der bevorzugt als Axiallüfter ausgebildeten Lüfter (8) erstrecken.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsprofil (1) stabartig ausgebildet ist, wobei eine Länge (L1) des Wärmeübertragungsprofils (1) in einem Verhältnis zu einer Breite (B1) des Wärmeübertragungsprofils (1) von mindestens 2 : 1, bevorzugt von mindestens 10 : 1, steht.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lüfter (8) eine Leistungsaufnahme von weniger als 20 W, bevorzugt von kleiner/gleich 1 W, aufweist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B8) und die Länge (L8) des wirksamen Strömungsquerschnittes eines jeden Lüfters (8) jeweils maximal 300 mm, vorzugsweise maximal 50 bis 80 mm beträgt.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder Lüfter (8) jeweils einen maximalen Volumenstrom von 0,5 m³ min^–1, bevorzugt von 0,1 m³ min^–1, erzeugt.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (8) nahezu spaltfrei vor dem Kontaktelement (7), insbesondere vor dem Lamellenregister (7), angeordnet sind.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (8) jeweils einen derartigen Volumenstrom erzeugen und derart beabstandet, durch den Abstand (T10) eine Wirbelkammer (10) bildend, vor dem Kontaktelement (7), insbesondere vor dem Lamellenregister (7), angeordnet sind, daß in dem Kontaktelement (7) eine turbulente Strömung entsteht.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (7) einen derartigen Volumenstrom erzeugen, derart beabstandet voneinander (Abstand A8) und beabstandet (Abstand T10) von dem Kontaktelement (7), insbesondere dem Lamellenregister (7) angeordnet sind und/oder die Geometrie der Luftspalte (7b) zwischen den Lamellen (7a) derart gewählt ist, daß in den Luftspalten (7b) über mindestens ein Viertel, vorzugsweise über mindestens ein Drittel, ihrer Tiefe (T7) zwischen der Lufteintrittsöffnung (4) und der Luftaustrittsöffnung (5) eine Strö mung entsteht, die durch Reynoldszahlen (Re) im Bereich von über 2500, vorzugsweise von über 5000, charakterisiert ist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß (die) zwischen den Lamellen (7a) in dem Lamellenregister (7) gebildeten Luftspalte (7b) eine Spaltweite (W7) von etwa 2 mm bis 15 mm aufweisen.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (8) in einem Maximalabstand (T10) von etwa 10 cm, bevorzugt von etwa 2 cm vor dem Lamellenregister (7) angeordnet sind.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (2) des Wärmeübertragungsprofils (1) insbesondere plattenartige, gegebenenfalls mit einer Wärmeisolation (16) versehene, Seitenwände (15) und die Lufteintrittsöffnung (4) und Luftaustrittsöffnung (5) überdeckende Abdeckgitter (9, 11) umfaßt.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lüfter (8) auf einer Montageplatte (13) befestigt sind, die insbesondere als Bestandteil der Wandung (2) des Wärmeübertragungsprofils (1) an Stellen ohne Lüfter (8) einen raumseitigen Abschluß bildet.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (13) über eine Führungsschiene (14) an der Wandung (2) des Wärmeübertragungsprofils (1) befestigt ist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsprofil (1) einen Außenluftanschluß (17), vorzugsweise mit einem Außenluftfilter (18) und einem Außenluftventilator (19), aufweist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsprofil (1) zur Führung von Außenluft (AL) eine erste, auf einer Einströmseite dem Kontaktelement (7) strömungsmäßig vorgeordnete Einströmkammer (21) zur Außenluftaufteilung, auf einer Abströmseite eine dem Kontaktelement (7) strömungsmäßig nachgeordnete Umlenkkammer (22), aus der eine Rückströmung der Außenluft (AL) zur Einströmseite erfolgt, sowie auf der Einströmseite eine, vorzugsweise mit zwischen den Lüftern (8) und dem Kontaktelement (7) gebildeten Wirbelkammern (10) in Verbindung stehende, Abströmkammer (23) umfaßt, wobei in der Abströmkammer (23) eine Mischung der Außenluft (AL) mit der durch die Lüfter (8) angesaugten Raumluft erfolgt.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsprofil (1) mit seiner Querachse rechtwinklig zu einer Wand- oder Fassadenebene befestigbar ist, wobei die Lufteintrittsöffnung (4) zur Wand bzw. Fassade weist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsprofil (1), insbesondere als Rasterelement, in einem Deckenhohlraum (30a) und/oder an einem Deckenelement (30b) befestigbar ist.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Wärmeübertragungsprofil (1) in Strömungsrichtung vor den Lüftern (8) eine Deckenanströmkammer (32) und/oder in Strömungsrichtung hinter dem Kontaktelement (7) eine Deckenabströmkammer (33) ausgebildet ist.
Raumtemperierungselement nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenwand (15) des Wärmeübertragungsprofils (1) als eine horizontal oder senkrecht liegende Abschottung und eine weitere Seitenwand als perforiertes Sichtschutzelement (31) ausgebildet ist, das auch die Funktionen eines Abdeckgitters für die Lufteintrittsöffnung (4) und -austrittsöffnung (5) übernimmt.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum (3) unter dem Kontaktelement (7) eine Kondensatwanne (35) zur Aufnahme von durch Kühlung von feuchter Luft anfallendem Schwitzwasser, vorzugsweise mit einem Kondensatableitungsanschluß (36), angeordnet ist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 21 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlraum (3) eine Luftbefeuchtungseinrichtung, wie einer Befeuchterlanze (37), angeordnet ist.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter (8), insbesondere in Abhängigkeit von einer Raumtemperatur, individuell ansteuerbar sind.
Raumtemperierungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des den Leitungskanal (6) durchströmenden Temperierungsmediums, insbesondere in Abhängigkeit von einer Außentemperatur, einstellbar ist.