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Verfahren und Einrichtung zum Heizen und Kühlen von G@bäuderäumen
oder dergleichen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heizen und Kühler, vorzugsweise
um Klimatisieren von Räumen von Gebäuden oder dergleichen, bei dem zum Kühlen gekühlte
Luft abseits der Pensterwand oder Fensterwände in den Raum eingeblasen wird
und
zum Heizen in den Raum erwärmte Luft eingeleitet oder Luft in dem Raum erwärmt wird,
von der zumindest eine Teilmenge von unten nach oben entlang den Fenstern strömt,
wobei bei Kühlbetrieb die Raumtemperatur durch Beeinflussung der Menge und/oder
Temperatur der gekühlten Luft geregelt wird und eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Es ist bekannt, zum Kühlen eines Raumes gekühlte Luft abseits der
Fenster in den Raum einzublasen, und zwar normalerweise von der Decke aus oder in
seltener Fällen von Seiten- oder Rückwänden des Raumes aus oder bodenseitig des
Raumes durch einen Bodenteppich hindurch. Es ist dabei meist üblich, diese in den
Raum mündenden, dem Einblasen gekühlter Luft dienenden Lufteinlässe bei kühlem oder
kaltem Wetter, welches ein Heizen erforderlich macht, für das Einleiten erwärmter
Luft in den Raum zu benutzen, doch ist hierbei nachteilig, daß die Fenster nicht
intensiv von erwärmter Luft bestrichen werden und deshalb beschlagen können und
auch das Herabsinken kalter Luft in den Aufenthaltabereich des Raumes verursachen,
was unerwünscht ist. Wenn die Lufteinlaßöffnungen sich an oder in der Nähe der Decke
befinden, ist es zwar möglich, einzelne dieser Lufteinlässe so zu richten oder einzustellen,
daß sie bei Heizbetrieb erwärmte luft entlang den Fenstern von oben nach unten blasen.
Dies ist jedoch nicht günstig, weil die erwärmte Luft infolge ihres Eigenauftriebes
keine große Wurfweite in abwärtiger Richtung hat und, wenn man ausreichend große
Wurfweiten erzielen will, müßte man sehr erhebliche Strömungsgeschwindigkeiten anwenden,
die zu unerwünschten Zugbelästigungen im Raum führen würden. Wenn durch einen Bodenteppich
hindurch erwärmte Luft in den kaum
eingeführt wird, treten so geringe
Luftströmungsgeschwindigkeiten auf, daX sich keine nenneawerten Strömungen erwärmter
Luft in Fensternähe ausbilden.
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Man hat deshalb bei derartigen Einrichtungen, bei denen bei Kühlbetrieb
gekühlte Luft von der Decke oder von Seitenwänden oder vom Boden aus in den Raum
eingeführt wird, häufig vorgesehen, unterhalb der Fenster zusätzliche Blasöffnungen
anzuordnen, die nur dem Einblasen erwärmter Luft dienen und so gerichtet sind, daß
die Fenster durch von unten nach oben strömende erwärmte Luft bestrichen werden
können.
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Die Menge und/oder Temperatur der aus diesen zusätzlicher Blasöffnungen
in den Raum einströmenden erwärmten Luft hat man in der Vergangenheit stets in Abhängigkeit
der Außentemperatur zentral gesteuert, das heißt, daß bei diesen Einrichtungen bei
Heizbetrieb stets eine außenteE-peraturabhängige Steuerung der Raumtemperatur erfolgte,
wogegen man für den Kühlbetrieb normalerweise eine Regelung der Raumtemperatur vors
ah durch entsprechende Beeinflussung der Menge und/oder Temperatur der gekühlten
in den Raum einzublasenden Luft.
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Es zeigte sich jedoch, daß diese Verbindung von Raumtemperaturregelung
während des Kühlbetriebs und außentemperaturabhängiger Steuerung der Heizleistung
während des Heizbetriebes bei bestimmten Wetterlagen zu Überlappungen von Kühlbetrieb-
und Heizbetrieb führen kann, das heißt, daß es zeitweise vorkommen kann, daß der
Raumtemperaturregler die Raumtemperatur durch Kühlen zu regeln versucht ur'.-d gleichzeitig
die außentemperaturabhängige Steuerung Heizen des Raumes bewirkt, was nicht nur
unwirtschaftlich ist,
sondern auch ein unbehagliches Klima in dem
betreffenden Raum verursachen kann.
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Zur Vermeidung dieses Nachteils ist bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß auch beim Heizen die Raumtemperatur
durch Beeinflussung der Menge und/oder Temperatur der erwärmten Luft geregelt wird
und daß oberhalb einer vorbestimmten Raumtemperatur die Menge und/oder die Temperatur
der gekühlten Luft und unterhalb dieser vorbestimmten Temperatur oder einer niedrigeren
Temperatur die Menge und/oder die Temperatur der erwärmten Luft zur Raumtempersturregelung
beeinflußt wird.
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Diese Art der Regelung kann man auch als Sequenzregelung bezeichnen.
Durch sie wird Energie eingespart.
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Durch diese Maßnahme wird die Raumtemperatur alternativ durch Beeinflussung
der Menge und/oder Temperatur der erwärmten Luft oder durch Beeinflussung der Menge
und/oder Temperatur der gekühlten Luft geregelt, wobei sich diese kegelbereiche
nicht überlappen, so daß Überlappungen der beiden Betriebsarten mit Sicherheit vermieden
werden. BeiOpielsweise kann man so vorgehen, daß unterhalb einer bestimmten Raumtemperatur,
beispielsweise unterhalb 200 C die Raumtemperatur durch Heizen und oberhalb einer
bestimmten höheren Raumtemperatur, beispielsweise oberhalb 220 C durch Kühlen geregelt
wird In dem dazwischen liegenden neutralen Temperaturbereich wird dann weder geheizt
noch gekühlt. Gegebenenfalls können die Bereiche von Heizen uyd Kühlen auch unmittelbar
aneinander anschließen.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die Gesamtmenge erwärmter Luft
entlang den Fenstern von unten nach oben strömt. In vielen Fällen kann jedoch auch
vorgesehen sein, daß nur eine Teilmenge der erwärmten Luft entlang den kenstern
von unten nach oben strömt, das heißt, daß Viärmetauscher zum Erwärmen von Luft
und/oder Blasöffnungen zum Einblasen erwärmter Luft nicht nur unterhalb der Fenster
angeordnet sind, sondern auch abseits der Fenster vorhanden sind, beispielsweise
an oder in der Decke, in Wänden oder im Boden unter einem Bodenteppich des betreffenden
Raumes.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ausschließlich
Umluft erwärmt wird, das heißt aus dem betreffenden Raum stammende Luft, die durch
in dem betrdfenden Raum angeordnete Wärmetauscher erwärmt wird. In manchen Fällen
kann auch vorgesehen sein, daß die erwärmte Luft zentral aufbereitet wird, das heißt
in einer Zentrale des betreffenden Gebäudes erwärmt wird und mittels LeituntTen
den betreffenden Räumen zugeleitet und in diese eingebiasen wird, wobei man dann
regelungstechnisch so vorgehen kann, daß oder betreffende Raumtemperaturregler die
menge der in den Raum einströmenden erwärmten Luft beeinflußt.
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Auch ist es im allgemeinen zweckmäßig, daß sowohl bei Heizen als auch
Kühlen in den Raum abseits der Fensterwand aufbereitete, mit unerwärmter Luft vermischte
Frischluft (Zuluft) eingeblasen wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß, wenn die
erwärmte Luft keine Frischluft (Zuluft) enthält, dennoch bei Heizbetrieb die erforderliche
Frischluft in den Raum eingeführt wird, so daß eine ständige Erneuerung der Raumluft
stattfindet.
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Besonders dann, wenn bei Heizbetrieb ausschließlich Umluft erwärmt
und dieser keine Frischluft beigemischt wird, kann bei einer anderen Ausführungsform
auch vorgesehen sein, daß, falls bei Kühlbetrieb die Menge von zentral gekühlter
Luft zur Raumtemperaturregelung beeinflußt wird, bei Heizbetr-eb eine konstante
Zufuhr solcher gekühlter Luft in den Raum aufrecht erhalten wird. Mit zentral gekühlter
Luft ist Luft verstanden, die in einer Zentrale des betreffenden Gebäudes gekühlt
und über Leitungen in die verschiedenen Räume geleitet wird, wobei die Raumtemperaturregelung
bei Kühlen die Menge der in den betreffenden Raum einströmenden gekühlten Luft beeinflußt.
Wenn dann Heizbetrieb vorliegt, strömt zwar weiterhin gekühlte Luft in den Raum
ein, jedoch wird die Menge dieser Luft dann nicht mehr durch die Raumtemperaturregelung
beeinflußt, sondern ist onstant und entspricht der unbedingt erforderlichen Menge,
die für die ständige Lufterneuerung benötigt wird.
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Zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß eine Einrichtung
vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß im Raum unterhalb des oder der Fenster
Lufteinlässe für erwärmte Luft angeordnet sind, daß abseits der Fensterwand oder
Fensterwände mindestens ein Lufteinlaß für gekühlte te Luft vorhanden ist, und daß
Mittel zum Regeln der Raum temperatur vorgesehen sind, die so ausgebildet sind,
daß sie bei Kühlbetrieb die Raumtemperatur durch Beeinflussung der Menge und/oder
Temperatur der einzublasenden gekühlten Luft und bei Heizbetrieb die Raumtemperatur
durch Beeinflussung der Menge und/oder Temperatur der erwärmten Luft regeln.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß unterhalb der
Fenster anstelle der Lufteinlässe mindestens ein Radiator angeordnet ist, der dem
Erwärmen von Luft dient.
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Auch kann mit Vorteil vorgesehen sein, daß unterhalb des Fensters
mindestens ein luftseitig gesteuertes Konvektorgerät angeordnet ist, welches einen
oder mehrere nur von Heizmedium durchströmte Wärmetauscher aufweist und vorzugsweise
nur von Umluft durchströmt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfirdungsgemäßen
Einrichtung zum Klimatisieren eines Gebäudes raumes dargestellt, wobei es sich versteht,
daß die Erfindung in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklicht werden
kann.
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Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen Raum 10 eines Gebäudes,
Schiffes oder dergleichen, welcher eine Fenster 11 aufweisende Fensterwand hat.
Unterhalb der ElaEEivdecke 12 dieses Raumes 10 ist im Abstand eine Zwischendecke
13 angeordnet, wobei in. dem Zwischenraum 14zwischen der Massivdecke 12 und der
Zwischendecke 13 ein oder mehrere Induktionsgeräte15 angeordnet sind, deren Bauart
weiter unten noch näher erläutert wird. Die aus dem Induktionsgerät 15 ausströmende
Luft kann durch in der Zwischendecke vorgesehene Öffnungen 31 in den darunter befindlichen
Raumbereich zu dessen Kühlung und zur Lufterneuerung einströmen. Ferner sind dem
Raum 10 nicht dargestellte Luftauslässe zugeprdnet, durch die Fortluft aus dein
Raum abgeleitet wird.
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Unterhalb des Fensters 11 ist in diesem bevorzugten Ausfu^-rungsbeispiel
ein luftseitig gesteuertes Konvektorgeät 4; angeordnet, welches ein Gehäuse hat,
das auf seiner den Raum zugekehrten Längswand untenseitig eine relativ große Einlaßöffnung
17 für Umluft hat und in der Nähe des Bodens einen einzigen Wärmetauscher 19 enthält,
der ausschließlich dem Erwärmen von Luft dient, die durch ihre Ligenkonvektion innerhalb
das Gerätes nach oben steIgt und durch den Luftauslaß 20 dieses Gerätes nach oben
ausströmt, so daß sie entlang dem Fenster 11 von unten nach oben strömt. Dieser
Luftauslaß 20 des Gerätes 16 bildet von Raum 10 aus betrachtet einen Lufteinlaß
für erwärmte Luft.
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Durch die Anordnung des Wärmetauschers 19 möglichst weil unten im
Gerätegehäuse wird der Auftrieb der Warmluft verstärkt.
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Bei diesem bevorzugt vorgesehenen Gerät 16 wird die Luft nur durch
ihren eigenen Auftrieb durch das Gerät hindurch die gesamte...Luft gefördert und
durchstromt den Wärmetauscher 19. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Heizleistung
des Wonvektorgerätes 16 luftseitig gesteuert, indem es zwei gemeinsam gegensinnig
durch einen nicht dargestellten Stellmotor stetig verstellbare Klappen 21 hat, die
in ihrer strichpunktierten Geschlossenstellung den Wärmetauscher 19 luftseitig absperren.
Der die Klappen 21 verstellende Stellmotor wird durch eine Xaumtemperaturregelvorrichtunz
22, die einen Raumtemperaturfühler 23 hat, in Abhängigkeit der Differenz zwischen
Sollwert und Istwert der Raumtemperatur jeweils so gesteuert, daß der gewünschte
Sollwert der Raumtemperatur eingeregelt wird, sofern dies durch Heizen möglich ist.
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Anstelle der luftseitigen Steuerung der Heizleistung dieses Gerätes
kann gegebenenfalls auch eine wasserseitige Steuerung vorgesehen sein, das heißt,
daß die Raumtemperaturregelvorrichtung einen Stellmotor steuert, der ein den Wasserdurchfluß
durch den Wärmetauscher oder die Temperatur dieses Wassers steuerndes Ventil verstellt.
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In manchen Fällen kann, was nicht näher dargestellt ist, anstelle
solcher Konvektorgeräte ein normaler,Xippen aufweisender Radiator unterhalb des
Fensters angeordnet sein.
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Das Konvektorgerät kann ggf. auch als Ventilatorgerät ausgebildet
sein, das heißt, daß es in seinem Inneren einen Ventilator hat, der eine Zwangsumwälzung
der Luft durch das Gerät hindurch bewirkt. Auch kann in manchen Fällen das Konvektorgerät
als Induktionsgerät ausgebildet sein, wobei es jedoch ebenfalls nur Wärmetauscher
zum Erwärmen der Sekundärluft hat.
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Auch ist es in m-anchen Fällen möglich und zweckmäßig, die in den
Raum einzublasende erwärmte Luft in einer Ze.-trale des Gebäudes zu erwärmen und
dem Raum durch Leitungen hindurch zuzuleiten und diese Luft dann oder zumindest
eine Teilmenge dieser Luft unterhalb des oder der Fenster nach oben auszublasen.
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Das in den Zwischenraum 14 zwischen der Zwischendecke sZ und der Hassivdecke
12 angeordnete Induktionsgerät 45 weist einen an eine nicht dargestellte Frimärluftzuleitung
angeschlossenen Primärluftkasten 29 auf, welcher Düsen 24 hat, durch welche hindurch
Primärluft in den Innenraum
dieses Gerätes 15 einströmt und durch
Induktionswirkung Sekundärluft ansaugt, das heißt Luft, die aus der Umgebung dieses
Gerätes stammt, in diesem Fall direkt aus cer unterhalb der Zwischendecke 13 befindlichen
Raumbereich.
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Im Inneren des Gerätes 15 ist ein einziger, ausschließlich von Kühlmedium
durchströmter Wärmetauscher 25 angeordnet und ferner ist ein Bypass 26 parallel
zu diesen wärmetauscher 25 vorgesehen, wobei der Bypass 26 und der den Wärmetauscher
25 aufweisende Kanal durch eine einzige Klappe 27 in ihren Querschnitten gegensinnig
so verstellbar sind, daß je nach der Stellung dieser Klappe 27 die Kuhlleistung
des Wärmetauschers 25 zwischen 0 und einem Maximum verstellbar ist. Das maximum
liegt vor, wenn der Bypass abgesperrt ist und damit der vom Wärmetauscher 25 in
die Nähe der Frlffrluftdüsen 24 fahrende Kanal für gekühlte Luft maximal öffnet
ist. Wenn dieser Kanal dagegen,wie dargestellt, abgesperrt ist, dann ist der Bypass
26 voll geoffnet und die Primärluft vermischt sich nur mit unerwärmter Sekundärluft,
das neißt, daß dann die Kühlleistung des Wärmetauschers 25 Null ist. In den Zwischenstellungen
der Klappe 27 ist eine stetige Verstellung der Kühlleistung ölic.
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Die Klappe wird durch einen Stellmotor verstellt, welcher ebenfalls
von der Raumtemperaturregelvorrichtung 22 gesteuert wird und nicht dargestellt ist.
Der Auslaß 30 des Gerätes 15 mündet in den Zwischenraum 14, aus dem die Luft durch
Öffnungen 31 in der Zwischendecke 13 hindurch in den unterhalb der Zwischendecke
13 befindlichen Raumbereich einströmt.
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Das Induktionsgerät 15 hat unter anderem den Vorteil, daß stets die
Zufuhr der für die Lufterneuerung in dem betreffenden Raum erforderlichen Frischluft
durch die aus den
Düsen 24 awströmende Primärluft sichergestellt
ist. Bei Heizbetrieb ist dabei die Kühlleistung des Wärmetauschers 25 des Induktionsgerätes
Null, wobei jedoch dieselbe Primärluftmenge zeitlich ausströmt. Damit ist bei allen
Betriebsarten der dargestellten Heiz- und Kühleinrichtung eine gleichbleibende Zufuhr
von Frischluft (Primärluft) gewährleistet.
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In manchen Fällen können anstelle eines dem Kühlen von Luft dienenden
Induktionsgerätes auch andere ittel zum Einleiten gekühlter Luft in den Raum vorgesehen
sein.
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Beispielsweise kann die Luft in einer Zentrale des Gebäudes gekühlt
werden und durch Leitungen dem betreffenden Kau zugeleitet werden, wobei in der
Zuleitung zu dem betreffenden Raum sich ein Ventil (Klappe oder dergleichen) befindet,
das durch die Raumtemperaturregelvorrichtung 22 zur Regelung der Raumtemperatur
bei Kühlbetrieb verstellbar ist.
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Dieses Ventil sollte jedoch, falls bei Heizbetrieb nur Umluft erwärmt
wird, nicht vollständig geschlossen werden können, damit auch bei Heizbetrieb stets
eine für die Lufterneuerung erforderliche Mindestmenge an gekühlter Luft in den
Raum einströmt.
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Oder man kann anstelle des dargestellten Induktionagerätes 15 ein
Ventilatorgerät mit einem Wärmetauscher zum Kühlen von Luft vorsehen, wobei jedoch
dafür Sorge getragen werden muß, daß dem Raum auf irgendeine Weise die erforderliche
Frischluft dennoch zugeführt wird, beispielsweise dadurch, indem man zum Heizen
Induktionsgeräte vorsieht.
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Als besonders vorteilhaft hat sich die dargestellte Kombination von
dem Kühlen dienenden Induktionsgeraten mit der.
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Heizen dienenden luftseitig gesteuerten, nur umluft wie es in dem
Ausführungsbeispiel dargestellt ist führenden Konvektorgeraten erwiesen,/die Anofdnung
des Induktionsgerätes in den Zwischenbereich 14 erleichtert und verbilligt die Zuführungsleitungen
für die Primärluft.
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Da die Geräte 15 und 16 ferner nur je einen \;ärmetauscher benötigen,
können sie baulich klein und einfach sein. Auch ergibt sich eine zugfreie Belüftung.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung benötigt nur wenig Bodenfläche des
Raumes, gibt dem Architekten auch größere Gestaltungsfr@heit an der Fensterinnenseite
bezüglich Vorhängen oder Sonnenschutzvorrichtungen und hat auch sonstige Vorteile.