DE2222127C3 - Anlage zum Temperieren und Lüften von Räumen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Temperieren und Lüften von Räumen mit einer Einrichtung, die die Zuluft im wesentlichen waagerecht in den Raum einbläst und die in Abhängigkeit von der Kühllast eines Raumes die Temperatur und/oder das Volumen der Zuluft verändert.

Es sind Anlagen dieser Art bekannt, bei denen im Zuluftkanal, gegebenenfalls auch unmittelbar vor der Austrittsöffnung, eine Drosselvorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Kühllast, z. B. mittels eines im Raum angeordneten Theimostaten, gesteuert wird. Andere Anlagen arbeiten nicht mit einer Änderung des Volumens der Zuluft, sondern mit einem konstanten Zuluftvolumen, aber veränderlicher Zuluittemperatur.

Bei derartigen Anlagen tritt das Problem auf, daß der mit dem Luftwechsel verbundene Luftzug von Benutzern des klimatisierten oder belüfteten Raumes als unangenehm empfunden wird. Dies gilt um so mehr, je höher die Geschwindigkeit oder je niedriger die Temperatur der Zuluft ist. Je länger die Zuluft Zeit hat, sich mit der Raumluft zu vermischen, um so geringer wird ihre Geschwindigkeit, um so höher wird ihre Temperatur und um so weniger wird ein unangenehmer Zug empfunden. Durch Anordnung der Austrinsöffnung oberhalb der Kopfhöhe der den Raum benützenden Personen und durch einen vorgegebenen Einblaswinkel der Zuluft kann man es zwar erreichen, daß sie möglichst wenig durch Zug stört. Es ist aber bekannt, daß sich dieser Strömungsverlauf beim Betrieb der Anlage in unerwünscnter Weise ändert.

Bekannt ist es daher, die Einblasöffnung mit horizontalen Lamellen zu versehen, deren Neigung verändert werden kann, wobei die Zuluft um so weiter nach oben gerichtet wird, je kälter die Zuluft ist, um damit der Falltendenz der kälteren Luft entgegenzuwirken. Hierdurch wird bei gleichbleibender Geschwindigkeit die Strömungsbahn an ihrem Ursprung geändert.

Es ist ferner bekannt, die Austrittsöffnung mittels einer Klappe zu begrenzen, die vom Druck vor der Austrittsöffnung belastet und Teil eines Hebels ist, der im Gegensinn durch ein konstantes Drehmoment belastet ist. Hierdurch soll die einem Stall od. dgl. zugeführte Luft unabhängig vom Volumen eine konstante Austrittsgeschwindigkeit haben. Hiermit bereitet es Schwierigkeiten, Austrittsgeschwindigkeit und Größe der wirksamen Austrittsöffnung in einen bestimmten Funktionszusammenhang zu bringen, wie er für die Beseitigung unerwünschter Zugerscheinungen häufig erforderlich ist.

Des weiteren ist es bekannt, in einem Zuluftkanal Drosselklappen vorzusehen, die mit Hilfe eines Bimetalls gesteuert werden und auf diese Weise das Volumen in Abhängigkeit von der Zulufttemperatur ändern. Diese Änderung vermag jedoch nicht bei einem bestimmten Kühllastbedarf den Strömungsverlauf im Raum zu beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der durch einfache Maßnahmen sichergestellt ist, daß bei einer Änderung des Volumens und/oder der Temperatur der Zuluft in geringerem Maße als bisher Zugerscheinungen auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, die die Größe der wirksamen AustrittsöSnung für die Zuluft in den Raum verändert, wobei die Vorrichtung durch einen Thermostaten derart beeinflußt wird, daß sie die wirksame Austrittsöffnung mit sinkender Temperatur oder sinkendem Volumen der Zuluft verkleinert.

Wenn bei dieser Anlage in der der Austrittsöffnung vorgeschalteten Einrichtung die Temperatur und/oder das Volumen der Zuluft geändert wird, hat dies eine entsprechende Änderung der Austrittsöffnung zur Folge, die der Entstehung von störenden Zugerscheinungen im Raum ganz oder teilweise entgegenwirkt. Denn bei sinkender Zulufttemperatur oder abnehmen-

Jem Zuluftvolumen besteht die Gefahr, daß die Strömung zu früh in die eigentliche Aufenthaliszone eintritt. Diese Gefahr wird durch die Vorrichtung beseitigt, welche die Größe der wirksamen Austrittsüffnung mit sinkender Temperatur bzw. sinkendem Volumen der Zuluft abnehmen läßt, was dann einen entsprechenden Einfluß auf die Ausirittsgeschwindigkeit hat. Die Verwendung des Thermostaten erlaubt eine ruhige Änderung der wirksamen Austrittsöffnung. Es ist auch möglich, einen beliebigen funktionellen Zusammenhang zwischen der vom Thermostaten gemessenen Temperatur und der Größe der wirksamen Austrittsöffnung einzustellen.

Bei einer üblichen Einblasöffnung in der Form eines sich horizontal erstreckenden Spalls ist vorzugsweise die Spalthöhe änderbar. Dies ergibt sowohl eine einfache Konstruktion als auch eine einfache Berechnung der Spalthöhenänderung in Abhängigkeit von einer Änderung der Zulufttemperatur bzw. des Zuluftvolumens. Bei kreisförmigen oder anderen Einblasöffmingen, bei denen die Höhen- und Breitenabmessungen in der gleichen Größenordnung liegen, ist es zweckmäßig, die öffnung in beiden Abmessungen, z. B. durch"eine Änderung des Radius, zu verändern.

Besonders erstrebt ist es, nicht nur die Lufttemperatur im Raum, sondern auch die Temperaturverteilung und damit die Verteilung der Zuluft im Raum bei sich ändernden Belriebsverhältnissen annähernd konstant zu halten. Dies wird erreicht, wenn die Vorrichtung so eingestellt ist, daß durch Änderung der Spalthöhe der Ausdruck A_x-I- ³² etwa konstant bleibt, wobei A_r die archimedische Zahl ist. Bei Beachtung dieser Vorschrift bleibt der Strömungsverlauf der Zuluft im Raum etwa konstant, auch wenn sich die Temperatur und/oder das Volumen der Zuluft ändern.

Wenn die Zuluft verhältnismäßig dicht unter der Raumdecke eingeblasen wird, tritt der sogenannte Coanda-Effekt auf. Dieser bewirkt, daß die Strömung einen größeren Weg parallel zur Raumdecke zurücklegt als es beim Einblasen in den freien Raum der Fall wäre. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Vorrichtung, gegebenenfalls zusätzlich, so einzustellen, daß durch Änderung der Spalthöhe die archimedische Zahl Ar unter dem für den Coanda-Effekt kritischen Grenzwert gehalten ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Luftströmung infolge zu geringer Temperatur oder infolge einer durch Volumenherabsetzung zu geringen Geschwindigkeit bald nach Verlassen der Einblasöffnung in die Aufenthaltszone absinkt.

Sodann ist es auch möglich, die Vorrichtung so einzustellen, daß durch Änderung der Spalthöhc der Ausdruck ν -Z¹'² = konstant ist, wobei ν die Austrittsgeschwindigkeit ist. Dies ergibt eine etwa gleichbleibende Geschwindigkeit der induzierten Luftströmung in der Aufenthaltszone.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert der Thermostat sowohl die Temperatur oder das Volumen der Zuluft als auch die Größe der Austrittsöffnung. Insbesondere kann der Thermostat in dem die Austrittsöffnung aufweisenden Raum angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein zusätzliches Steuersystem, das die Temperatur und/oder das Volumen der Zuluft abfühlt und in deren Abhängigkeit die Größe der Austrittsöffnung verstellt, eingespart.

Zweckmäßig ist es, wenn die Größe der Austrittsöffnune durch ein Stellglied verstellbar ist, das euerseits durch ein Drucksignal und andererseits durch eine entgegenwirkende Feder belastet ist. Das Drucksigrval, das beispielsweise durch den Dampfdiuck eines Thermostaten mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung oder insbesondere durch ein pneumatisches System geliefert sein kann, ergibt in Verbindung mit der Feder eine definierte Größe der Einblasöffnung. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß mit Hilfe der Feder eine Anpassung an die gewünschte Abhängigkeit zwischen Änderung der Kenngröße und Änderung der Größe der Einblasöffnung vorgenommen werden kann, auch wenn diese Abhängigkeil nicht linear ist. In diesem Fall braucht man lediglich eine Feder mit einer entsprechenden nichtlinearen Charakterisl ik zu verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Raums, in welchen in üblicher Weise klimatisierte Luft eingeblasen wird,

F i g. 2 in schematischer Darstellung eine Anlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 3 in schematischer Darstellung eine andere Anlage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In einem Raum 1 wird Zuluft über eine Zuleitung 2 eingeblasen und über eine Ableitung 3 abgeführt. Ein im Raum angeordneter Thermostat 4 steuert eine Mischvorrichtung 5, der wärmere Luft über eine Zuleitung 6 und kältere Luft über eine Zuleitung 7 zugeführt wird (Zweileiter-System). In Abhängigkeit von der Einstellung der Mischvorrichtung 5 tritt Zuluft einer vorgegebenen Temperatur über eine Austrittsöffnung 8 in den Raum 1.

Ein besonders günstiger Strömungsverlauf ergibt sich, wenn sich die Austrittsöffnung 8 in einer Seitenwand mit geringem Abstand unterhalb der Raumdecke befindet und die Zuluft die gegenüberliegende Seitenwand in einem vorgegebenen Abstand oberhalb des Fußbodens trifft. Auf diese Weise erreicht die Zuluft die eigentliche Aufenthaltszone erst, wenn sie durch Vermischung mit der Raumluft so weit angewärmt ist und eine so geringe Geschwindigkeit hat, daß keine störenden Zugerscheinungen auftreten. Dies ist in Fig. 1 durch die Linie α angedeutet.

Sinkt die Temperatur der Zuluft, so ergibt sich infolge der höheren Dichte ein Strömungsverlauf, der der Linie b in F i g. 1 entspricht. Hier trifft die kühle Luft schon verhältnismäßig früh in die Aufenthaltszone. Ähnliches gill, wenn die Geschwindigkeit der Zuluft wegen Verminderung des Volumens entsprechend sinkt. Umgekehrt ergibt sich ein Strömungsverlauf entsprechend der Linie c in F i g. 1, wenn die Zuluftgeschwindigkeit bzw. -temperatur steigt.

Mit der Ausführungsform der F i g. 2 der Erfindung läßt sich ein Strömungsverlauf entsprechend der Linie α der F i g. 1 im wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich einhalten. Die AustriUsöffnung 8 hat die Form eines Spaltes, der sich in horizontaler Richtung erstreckt. Mit Hilfe einer um einen Drehpunkt 9 schwenkbaren Klappe 10 ist die Größe der Austrittsöffnung 8 einstellbar. Die Einstellung erfolgt mit Hilfe eines Stellgliedes 11, das einerseits von einem druckbeaufschlacten Kolben 12 und andererseits von einer entgegenwirkenden Feder 13 belastet ist. L>er Thermostat 4 ist hier als Drosselventil ausgebildet, über das Luft von einem Druckspeicher 14 einerseits an die Mischvorrichtung 5 und andererseits an einen Zylinderraum 15 unterhalb des Kolbens geleitet wird.

Wenn die Temperatur im Raum 1 steigt, öffnet das Drosselventil 4 stärker, und der Druck in seiner Ausgangsleitung steigt, wodurch einerseits die Mischvorrichtung 5 kühlere Luft in die Zuleitung 2 liefert und andererseits die Größe der Austrittsöffnung 8 verringert wird.

Wenn trotz der Absenkung der Zulufttemperatur der Strömungsverlauf nach Linie α in F i g. 1 beibehalten werden soll, muß der Ausdruck A_r · l~ ³² etwa konstant bleiben, wobei die archimedische Zahl A_r wie folgt definiert ist:

Ar =

wobei g die Gravitationskonstante, β der Volumenausdehnungskoeffizient der Luft, t₂ die Raumtemperatur, I₁ die Zulufttemperatur, / die Spalthöhe und ν die Zuluftgeschwindigkeit ist. Diese Bedingung wird erreicht, wenn der Ausdruck v² · /^1/2 proportional mit der Änderung der Temperaturdifferenz verändert wird. Da bei konstantem Zuluftvolumen pro Zeiteinheit die Zuluftgeschwindigkeit ν ebenfalls von der Größe der Austrittsöffnung abhängt, kann man eine entsprechende Regelung der Spalthöhe / vornehmen.

Hierbei schadet es nichts, daß die Abhängigkeit der Spalthöhe / nicht linear mit der Zulufttemperalur oder der Temperaturdifferenz verläuft. Denn die Feder 13 kann eine nichtlineare Charakteristik haben, beispielsweise als keglige Schraubenfeder ausgelegt sein, aus mehreren parallelgeschalteten und nacheinander wirksamen Federn bestehen, durch ein Paket von unterschiedlich starken Tellerfedern gebildet sein od. dgl.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist eine Regelung des Zuluftvolumens vorgesehen. Zu diesem Zweck ist in die Zuleitung 2 ein thermostatisch gesteuertes Drosselorgan 16 geschaltet, das über ein Kapillarrohr 17 von einem im Raum 1 angeordneten Fühler 18 mit einer Flüssigkeits-Dampf-Füllung gesteuert wird. Das Kapillarrohr hat eine Abzweigung 19, die mit dem Zylinderraxim 20 oberhalb des Kolbens 12 in Verbindung steht. Hierdurch wird die Austrittsöffnung 8 mit steigender Temperatur und daher steigendem Druck im Kapillarsystem nach unten gedruckt. Eine entgegenwirkende Feder 21 definiert für jede Temperatur eine bestimmte Stellung der Klappe 10.

Um mit dieser Vorrichtung auch bei einer Änderung der Zuluftgeschwindigkeit, die normalerweise mit einer Änderung des Zuluflvohimcns pro Zeiteinheit zusammenhängt, den Strömungsverlauf nach der Kurve a in F i g. 1 beizubehalten, muß in diesem Fall dafür gesorgt werden, daß der Ausdruck v² ■ /' ² annähernd konstant bleibt. Eine solche Abhängigkeit läßt sich mit Hilfe einer entsprechend gewählten Feder 21 bequem einstellen.

Wenn man durch Wahl der Feder 21 dafür sorgt, daß ν · /"² konstant ist, erreicht man eine annähernd konstante Geschwindigkeit der von der Ziihiflr.trömung induzierten Luftströmung in der Aufenthalt szonc.

Wenn die Raumdecke verhältnismäßig dicht über der Austrittsöffnung 8 verläuft, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, ergibt sich in der Praxis nicht ein Strömlingsverlauf, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, vielmehr ergibt sich infolge des Coanda-Effekts ein Strömungsverlauf etwa entsprechend der Linie el in Fig. 3. Wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß dieser Strömungsverlauf den normalen Betriebszustand darstellt, d. h. bei allen Betriebszuständen aufrechterhalten bleiben soll, empfiehlt es sich, die Größe der Austritlsöffnung 8 so zu regeln, daß die archimedische Zahl A_r einen vorgegebenen kritischen Wert nicht überschreitet, beispielsweise bei infolge geringen Zuluftvolumens zu geringer Zuluftgeschwindigkeit.

So kann man bei einer Volumenregelung die archimedische Zahl konstant halten, wenn eine Regelabhängigkeit derart erfolgt, daß l/v² = konstant ist. Auch ein weiterer Gesichtspunkt kann berücksichtigt werden. Wenn nämlich infolge eines zu großen Zuluftvolumens bei fester Größe der Austrittsöffnung die Zuluftgeschwindigkeit so groß werden würde, daß störende Geräusche auftreten, kann durch eine Vergrößerung der Austrittsöffnung die Zuluftgeschwindigkeit auf einem unterhalb des kritischen Werts liegenden Wert gehalten werden.

Selbstverständlich eignet sich die Vorrichtung auch dann, wenn die Regelung der Klimaanlagen sowohl eine Temperaturregelung als auch eine Volumenregelung der Zuluft umfaßt. In jedem Fall ist die veränderbare Größe der Einblasöffnung ein Parameter, der zusätzlich zu den Hauptkenngrößen der Zuluft (Temperatur, Volumen) variiert werden kann, um bisher während des Betriebs einer Klimaanlage auftretende Störungen zu vermindern oder vollständig zu beseitigen. Die Abhängigkeit kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß die Änderung der Größe der Einblasöffnung nicht im gesamten Betriebsbereich erfolgt, sondern lediglich in den Grenzbereichen, z. B. zi'r Verhinderung einer zu geringen oder einer zu

<p großen Zuluftgeschwindigkeit. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, die Hauptregelung durch Änderung der Temperatur der Zuluft vorzunehmen und eine Anpassung an bestimmte Strömungsverhältnisse durch eine Veränderung der Größe der Austritlsöffnung in

Verbindung mit einer Änderung des Zuluftvolumens oder umgekehrt zu erzielen.

Wenn keine spaltförmigc Austrittsöffnung vorliegt, sondern beispielsweise eine kreisrunde Austrittsöffnung, gelten geringfügig andere Formeln. Bcispicls-

5« weise sollte in diesem Fall zur Aufrcchterhalumg eines vorgegebenen Strömungsvcrliiufcs der Ausdruck A_r-d~" konstant gehalten werden, wobei d der Durchmesser der Austrittsöffnung ist und auch statt der Spalthöhc / in die archimedische Zahl eingeht.

MiHcIs der Theorie über geometrisch ähnliche Räume in der Strömungslehre lassen sich auch die Bedingungen für andere Formen der Austrittsöffiumgcn ermitteln.

Statt eines pneumatisch arbeitenden Thermostaten

fm kann auch ein elektrischer Thermostat in Verbindung mit einer elektrisch oder magnetisch betriebenen Betätigungsvorrichtung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Anlage zum Temperieren und Lüften von Räumen mit einer Einrichtung, die die Zuluft im wesentlichen waagerecht in den Raum einbläst und die in Abhängigkeit von der Kühllast eines Raumes die Temperatur und/oder das Volumen der Zuluft verändert, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die die Größe der wirksamen J₀ Austrittsöffnung (8) für die Zuluft in den Raum (1) verändert, wobei die Vorrichtung durch einen Thermostaten (4, 18) derart beeinflußt wird, daß sie die wirksame Austrittsöffnung mit sinkender Temperatur oder sinkendem Volumen der Zuluft verkleinert.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer spaltförmigen Austrittsöffnung (8) die Spalthöhe (/) änderbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so eingestellt ist, daß durch Änderung der Spalthöhe (/) der Ausdruck Ar · /~^3;2 etwa konstant bleibt, wobei A_T die archimedische Zahl ist.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so eingestellt ist, daß durch Änderung der Spalthöhe (/) die archimedische Zahl A_r unter dem für den Coanda-Effekt kritischen Grenzwert gehalten ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung so eingestellt ist, daß durch Änderung der Spalthöhe (/) der Ausdruck ν ■ /'< - = konstant ist, wobei ν die Austrittsgeschwindigkeit ist.

6. Anlage nach einem dev Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (4, 18) sowohl die Temperatur oder das Volumen der Zuluft als auch die Größe der Austrittsöffnung (8) steuert.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (4, 18) in dem die Austrittsöffnung (8) aufweisenden Raum (1) angeordnet ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Austrittsöffnung (8) durch ein Stellglied (11) verstellbar ist, das einerseits durch ein Drucksignal und andererseits durch eine entgegenwirkende Feder (13, 21) belastet ist.

y. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (13, 21) eine nichtlineare Charakteristik hat.