DE2553627A1

DE2553627A1 - Verfahren und vorrichtung zur raumkuehlung

Info

Publication number: DE2553627A1
Application number: DE19752553627
Authority: DE
Inventors: Robert Sydney Simmons
Original assignee: CASAIRE Ltd
Current assignee: CASAIRE Ltd
Priority date: 1974-12-02
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1976-08-12
Also published as: FR2293677A1; NL7514003A; GB1519770A; AU8716675A; AU508462B2; EG12682A; JPS5178050A; IT1051627B; IE43342L; BR7507963A; IE43342B1; ES443142A1; ZA757577B; US4048809A; BE836186A; FR2293677B1

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-lng. Wolff
H. Bartels

Dipl.-Chem. Dr. Brandes _Dr __{|ng He|d}

Dipl.-Phys. Wolff

D- 7 Stuttgart 1, Lange Straße 51 Reg.-Nr, 124 899 Tel. (0711) 29 6310u. 29 72 95

. Telex 07 22312 (patwo d)

Teleg rammad resse:

tlx 07 22312 woiff Stuttgart

PA Dr. Brandes: Sitz München Postscheckkonto Stgt. 7211-700 Deutsche Bank AG₁ Stgt. 14/28630

Bürozeit:

9-11.30 Uhr, 13.30-16 Uhr

außer samstags

25.11.1975/3322erc

CASAIRE LIMITED, Harrow, Middlesex, HA2 ODY (England)

Verfahren und Vorrichtung zur Raumkühlung

609823/0773 Telefonische Auskünfte und

Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Klimatisierung von Räumen, insbesondere zur Kühlung der Luft in Räumen.

Bei bekannten Klimatisierungs- oder Kühlungssystemen wird die Raumluft ständig durch gekühlte Luft ersetzt. Die ersetzte Luft wird in die Atmosphäre abgeführt oder ein Teil dieser Luft wird über das Kühlsystem zurückgeführt. Oft ist die Temperatur der aus dem Raum abgeführten Luft geringer als die Umgebungstemperatur. Dann wird gekühlte Luft verschwendet. Eine Zirkulation der Luft ist wegen der großen umzuwälzenden Luftmengen aufwendig. Die gesamte Luft muß hierbei nämlich durch die zentrale Kühlanlage geführt werden. Ferner sind bei so großen Luftmengen, wie sie beispielsweise in Fabrikanlagen und Warenhäusern erforderlich sind, umfangreiche Kanäle für die Verteilung und Zirkulation notwendig und die Kosten für die Isolierung der Verteilungskanäle werden nahezu untragbar.

Die vorstehend genannten Gesichtspunkte sind in Gebieten mit heißem Klima von besonderer Bedeutung, da dort eine wesentliche Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Raumluft erwünscht sind.

Bei einem anderen bekannten System zur Raumklimatisierung wird Primärluft von einer zentralen Klimaanlage zu getrennten,auf tiefem Niveau angeordneten oder auf dem Fußboden des zu heizenden Raumes stehenden Verteileingeleitet. Hier wird die Primärluft mit Sekundärluft gemischt, die dem Raum entnommen wird. Die Mischung gelangt in den Raum. Die Sekundärluft wird hier also örtlich klimatisiert, um die gewünschte Temperatur und Luftfeuchtigkeit des Gemisches zu erzielen,und wird dabei über Heiz- oder Kühlschlangen geführt, ehe sie mit der Primärluft gemischt wird. Wenn beispielsweise 21°C und 50° relative Feuchtigkeit gewünscht werden, liegt die Temperatur der Primärluft unter dem Taupunkt, und die Sekundärluft wird, während sie über die Schlangen fließt,

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auf den Raumtaupunkt gekühlt, d.h., sie wird nur fühlbar gekühlt. Die Ströme der Primärluft und Sekundärluft haben etwa die gleiche Temperatur, beispielsweise 10°C, und werden nur zur Erzielung der gewünschten Luftfeuchtigkeit gemischt.

Die eingangs genannten Probleme gelten auch für das vorstehend genannte System, obgleich eine kleinere Luftmenge in der zentralen Primär-Behandlungsanlage behandelt wird. Zusätzlich ist es notwendig, ein Wärmeaustauschmittel den Schlangen der Verteiler zuzuführen, das in einer zweiten Steueranlage erwärmt oder gekühlt wird. Der Wärmeaustauschmittelkreis und die Steueranlage erhöhen beide den Kapitalaufwand und die laufenden Kosten des Systems erheblich. Obgleich in einem solchen System eine gewisse Zirkulation aufgrund der Erzeugung eines sekundären Luftstromes vorhanden ist, ist der Wirkungsgrad der Luftstromerzeugung niedrig, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, daß ein Druckabfall auftritt, während die Luft vor der Mischung über die Klimatisierungsschlan- ^n strömt.

In einem anderen, schon lange bekannten System (DT-PS 369 319) wird ein aus Primärluft bestehender Strom durch ein Rohr geführt, das in der Mitte eines Rückführungskanals angeordnet ist. Das stromabwärts liegende Ende des Kanals mündet in den Raum auf einem hohen Niveau,und Sekundärluft aus dem Raum wird am Anfang des Kanals nahe dem Fußboden angesaugt. Die Mischung der Primärluft und Sekundärluft erfolgt im Bereich des Rohres für Primärluft ,und dann tritt die Mischung in den Raum. Auch hier ist der Wirkungsgrad gering.

Es ist ferner ein Raumheizgerät bekannt (GB-PS 1 316 887), in dem Luft hoher Temperatur, die von einem Lufterhitzer bereitgestellt wird, mit Luft gemischt wird, die dem Raum entzogen wird, um erwärmt zu werden. Die Mischung wird dann in den Raum eingeleitet, um diesen zu beheizen.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum· Kühlen von Räumen zu schaffen, das zu besseren Ergebnissen, insbesondere hinsichtlich des Aufwandes, führt. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Primärluft auf eine Temperatur wesentlich unter der gewünschten Temperatur des Raumes gekühlt und danach einer Mehrzahl von rohrförmigen Venturi-Mischeinrichtungen geführt wird, die in dem zu kühlenden Raum auf hohem Niveau liegen, daß je ein Primärluftstrahl in das eine Ende jeder Mischvorrichtung eingeleitet und dadurch Sekundärluft aus dem Raum direkt in die Mischeinrichtung eingesaugt wird, daß die Primärluft in der Mischeinrichtung mit der Sekundärluft gemischt und das Gemisch in den Raum eingeleitet wird.

Vorteilhafterweise tritt das Gemisch mit einer Temperatur in den Raum, die etwa 10° unter der gewünschten Raumtemperatur liegt.

Wird, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist, die gesamte Raumluft durch gekühlte Luft ersetzt, dann müssen erhebliche Luftmengen von beispielsweise 30⁰C auf beispielsweise 15 C gekühlt werden ,und es entstehen erhebliche Verluste, da die den Raum verlassende Luft eine Temperatur hat, die unter der Temperatur der Umgebungsluft liegt. Wird hingegen gemäß der Erfindung Kühlluft mit Raumluft gemischt-, dann wird der Verlust reduziert und es braucht nur eine viel kleinere Luftmenge gekühlt zu werden, um im Raum denselben Kühleffekt zu erreichen. Vorzugsweise liegt die Temperatur der gekühlten Primärluft im Bereich von etwa 5 C, was beträchtlich weniger ist als die Temperatur, bei der die üblichen Systeme arbeiten oder andere bisher vorgeschlagene Systeme arbeiten könnten. Die Verwendung einer derart niedrigen Temperatur ist vorteilhaft, weil dann, wenn die Luft bei einer größeren Temperaturdifferenz gekühlt wird, die Kühlanlage mit einem höheren Wirkungsgrad arbeitet, als dies sonst möglich ist, wodurch die laufenden Kosten verringert werden. In konventionellen Systemen ist die Anwendung einer niedrigen Temperatur nicht praktikabel,

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da das Einführen von kalter Luft in einen Raum für die im Raum befindlichen Personen unerträglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich hingegen Primärluft mit niedriger Temperatur verwenden, weil genügend Sekundärluft, also Luft, die dem Raum entnommen wird, mit der Primärluft gemischt wird, um die gewünschte Mischtemperatur zu erreichen.

Vorzugsweise wird mehr Sekundärluft als Primärluft verwendet. Verwendet man Venturi-Diffusoren, wie sie in der GB-PS 1 316 887 beschrieben sind, dann läßt sich ein Ansaugverhältnis, d.h. ein Verhältnis der Volumen von Sekundärluft zu Primärluft, von 63:37 erreichen. Die Ansaugung von Sekundärluft ist ferner auf die Umgebung des Diffusors beschränkt, erfolgt also nur auf dem hohen Niveau, auf dem die Raumluft wärmer ist.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Kühleinheit zur Kühlung von Primärluft auf eine Temperatur wesentlich unterhalb der gewünschten Raumtemperatur, durch Kanäle zur Verteilung der gekühlten Primärluft auf Auslaßdüsen die mehreren rohrförmigen Venturi-Mischeinrichtungen zugeordnet sind, welche auf hohem Niveau in dem zu kühlenden Raum angeordnet sind, wobei jede Auslaßdüse so angeordnet ist, daß der aus ihr austretende Primärluftstrom in das eine Ende der zugeordneten Venturi-Mischeinrichtung eintritt. Hierdurch wird ein aus Sekundärluft, die dem Raum entnommen wird, bestehender Strom direkt in die Mischeinrichtung geleitet, wo er mit der Primärluft gemischt wird, und eine Mischung erzeugt, welche die gewünschte Temperatur hat und am anderen Ende des Diffusors in den Raum ausströmt.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist jeder Diffusor einen glockenförmigen Einlauf am einen Ende und einen Auslaß am anderen Ende auf, während er im übrigen, also auf dem größten Teil

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seiner Länge, einen gleichbleibenden freien Querschnitt hat. Die Auslaßdüse ist am Eingang des glockenförmigen Einlaufs angeordnet, um einen Strahl kalter Primärluft in den Diffusor zu richten. Dies erzeugt einen Strom von Sekundärluft aus dem Raum heraus durch den glockenförmigen Einlauf hinein in das Rohr, wo die Sekundärluft mit der Primärluft gemischt wird. Ein maximaler Ansaugwirkungsgrad tritt dann auf, wenn die Auslaßdüse auf die Längsachse des glockenförmigen Einlaufes ausgerichtet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich ein hohes Maß an Luftzirkulation erreichen*, das bei maximalem Ansaugwirkungsgrad im Bereich von 63 Volumprozenten liegt. Da die Zirkulation lokal erfolgt, werden Rückführkanäle nicht benötigt. Da die Menge der Primärluft geringer als bei den konventionellen Systemen ist und vorzugsweise nur etwa ein Drittel beträgt, kann eine kleinere Kühlanlage verwendet werden. Außerdem werden weniger Kanäle für die Verteilung der Primärluft benötigt. Auch können die Kanäle einen kleineren Durchmesser haben als diejenigen in bekannten Klimaanlagen, was zu einer Verminderung der Oberfläche führt. Hierdurch werden Kosten für die Isolation eingespart und ein größerer Wirkungsgrad erreicht.

Die Erfindung ermöglicht eine beträchtliche Einsparung sowohl an Investitiojiskapital als auch an laufenden Kosten im Vergleich zu den bekannten Verfahren und Vorrichtungen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Installationsplan des Ausführungsbeispiels,

Fig.2a bis 2e schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen eines Venturi-Diffusors,

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Fig. 3 eine schematische Darstellung der Venturi-

Diffusoren und der übrigen Teile der Anlage.

In einem Raum, der durch Zufuhr von Luft gekühlt werden soll, sind, wie Fig. 1 zeigt, mehrere Venturi-Diffusoren 10 auf hohem Niveau angeordnet. Kalte Primärluft wird durch Hauptkanäle 11 und Abzweigkanäle 12, von denen nur ein einziger dargestellt ist, den Venturi-Diffusoren 10 zugeführt. Diese Primärluft wird in den Venturi-Diffusoren 10, die auch als Mischeinrichtung bezeichnet werden können, mit Sekundärluft gemischt, die dem Raum entnommen wird. Die Venturi-Diffusoren 10 sind in Abständen längs des Abzweigkanales 12 angeordnet, und jeder der Venturi-Diffusoren erzeugt an seinem Austritt einen Luftstrom 24, der aus einem Gemisch von Primärluft und Sekundärluft besteht.

Fig. 2a bis 2e zeigen Einzelheiten einiger unterschiedlicher Arten von Diffusoren oder Mischeinrichtungen. Jeder der Diffusoren ist rohrförmig und hat einen Einlauf in Form einer glockenartigen öffnung 20 an seinem einen Ende und einen oder mehrere Austrittsöffnungen 22 am anderen Ende. Fig. 2a zeigt den Diffusor in Seitenansicht, Fig. 2b in der Draufsicht. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Diffusor 10 einen rechteckförmigen Querschnitt. Zwei Hochgeschwinigkeitsdüsen 30 sind an die Abzweigleitung 12, welche die kalte Primärluft zuführt, angeschlossen und in der längeren der beiden Mittelachsen des rechteckförmigen Querschnitts am Eingang zu dem glockenförmigen Einlaß 20 so angeordnet, daß sie je einen Strahl 32 kalter Primär luft in den Diffusor 10 einleiten.

Es können auch andere Dxffusorkonstruktionen verwendet werden, beispielsweise solche, wie sie in den Fig. 2c bis 2e dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 2c und 2d verzweigen sich und haben zwei Auslaßöffnungen 22, welche in verschiedene Richtungen weisen.

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Die in den Fig. 2c und 2d dargestellten Diffusoren eignen sich besonders für eine vertikale Anordnung.

Wie die Fig. 2a bis 2c zeigen, tritt der Strahl 32 kalter Primärluft mit hoher Geschwindigkeit aus jeder Düse 30 aus. Diese Primärluft durchströmt den Venturi-Diffusor 10 und erzeugt dabei einen Sekundär luftstrom 36. Die Sekundärluft wii?d direkt dem Raum entnommen und vermischt sich im Diffusor mit der Primärluft, wodurch ein Gemisch entsteht, dessen Temperatur zwischen der Temperatur der Primärluft und derjenigen der Sekundärluft liegt. Der aus dem Gemisch bestehende Luftstrom 24 verläßt die Auslaßöffnung 22 und tritt in den Raum ein. Wenn die Düsen 30 in der dargestellten Position angeordnet sind, läßt sich ein maximaler Ansaugwirkungsgrad erreichen, bei dem das Verhältnis von Primärluft zu Sekundärluft im Bereich von 37 Volumprozent zu 63 Volumprozent liegt. Der Auslaß des Diffusors 10 kann mit einer Haube 38 und einer Jalousie oder einem Gitter 40 (Fig. 2a) versehen sein.

Wenn der Luftstrom 24 in den Raum eintritt, erfolgt eine weitere Mischung mit der Raumluft, da die Raumluft mitgerissen wird. Hierdurch wird die Zirkulation der Luft im Raum unterstützt.

Bei einem Primärluftstrom von beispielsweise 28 Liter/Minute und einer Temperatur von beispielsweise 6°C sowie einer vorgegebenen Temperatur der Sekundärluft von beispielsweise 21°C wird ein Auslaßstrom von etwa 75 Liter/Minute bei einer Temperatur von 15°C erzeugt.

Wie Fig. 3 zeigt, wird die Primärluft mit beispielsweise 30⁰C durch eine Einlaßöffnung Ul hindurch mittels eines Hochdruck-Radialgebläses 12 angesaugt. Diese Primärluft wird durch ein Luftfilter 44 hindurch und über eine Kühlschlange 46 eines Kühlaggregates 48 geführt, wodurch ihre Temperatur auf beispielsweise 6°C vermindert wird. Nach der Kühlung pumpt das Gebläse 42 die Primärluft mit hoher Geschwindigkeit durch die

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Hauptkanäle 11 und die Abzweigkanäle 12, die mit. einer Isolation 13 versehen sind. Von den Abzweigkanälen 12 gelangt dann die Primärluft durch die Düsen 30 in die Diffusoren 10, von denen nur ein einziger in Fig. 3 dargestellt ist.

Die Zirkulation der Luft im Raum ist örtlich begrenzt. Daher ist es nicht erforderlich, Luft aus dem Raum zurück zu der zentralen Kühlanlage zu pumpen, wie dies bei den bekannten Systemen der Fall ist.

Primärluft kann aber auch, wie die Fig. 3 zeigt, dem Raum entnommen werden, um eine größere Zirkulation zu erreichen. Es wird dann eine Ansaugöffnung 50 an das Luftfilter 4H angeschlossen. Das Verhältnis von Frischluft, die durch die Ansaugöffnung 41 angesaugt wird, zu der dem Raum entnommenen, über eine Leitung 52 angesaugten Luft, kann mittels Lüftungsschieber 5U und 56 gesteuert werden.

Das gesamte System wird mittels eines nicht dargestellten Thermostaten gesteuert, damit es nur dann eingeschaltet wird, wenn die Raumtemperatur einen vorbestimmten Wert überschreitet.

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Claims

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Patentansprüche

■1?} Verfahren zur Kühlung eines Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß Primärluft auf eine Temperatur wesentlich unterhalb der gewünschten Raumtemperatur gekühlt und danach einer Mehrzahl von rohrförmigen Venturi-Mischeinrichtungen zugeführt wird, die in dem zu kühlenden Raum auf hohem Niveau liegen, daß je ein Primärluftstrahl in das eine Ende jeder Mischeinrichtung eingeleitet und dadurch Sekundärluft aus dem Raum direkt in die Mischeinrichtung eingesaugt wird, daß die Primärluft in der Mischeinrichtung mit der Sekundärluft gemischt und das Gemisch in den Raum eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft auf eine Temperatur im Bereich zwischen 4,5°C und 7°C gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der angesaugten Sekundärluft, mindestens 50 % der gesamten, in den Raum eingeleiteten Luftmenge beträgt.
U. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mengenmäßige Anteil der Sekundärluft im Gemisch im Bereich von 63 % liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Primärluft aus dem Raum entnommen wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Kühleinheit (16,48) zur Kühlung von Primärluft auf eine Temperatur, die wesentlich unter der gewünschten Raumtemperatur liegt,und . Kanäle (11,12) zur Verteilung der gekühlten Primärluft auf Auslaßdüsen (30), die mehreren rohrförmigen Venturi-Misch-

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einrichtungen (10) zugeordnet sind, die auf hohem Niveau in dem zu kühlenden Raum anzuordnen sind, wobei jede Auslaßdüse (30) so angeordnet ist, daß der aus ihr austretende Primärluftstrom in das eine Ende der zugeordneten Venturi-Mxscheinrichtung (10) eintritt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede rohrförmige Venturi-Mischeinrichtung (10) einen glockenförmigen Einlaß (20) an ihrem einen Ende und einen Auslaß (22) an ihrem anderen Ende sowie einen gleichbleibenden Querschnitt über den größten Teil ihrer Länge hat und daß die Auslaßdüse (30) im Bereich des glockenförmigen Einlasses (20) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Venturi-Mischeinrichtung (10) einen rechteckförmigen Querschnitt hat und daß ihr zwei oder mehr Auslaßdüsen (30) zugeordnet sind, die nebeneinander in Höhe der längeren der beiden Mittellinien des Querschnittes der Venturi-Mischeinrichtung (10) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn-

. zeichnet, daß ein Frischlufteinlaß (Ul) und eine Rückführungsleitung (52), die mit dem Raum in Verbindung steht, mit der Kühleinheit (U8) verbunden sind und wenigstens ein Ventil (5H) zur Steuerung des Anteils von Frischluft und zurückgeführter Luft an der Primärluft vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (11,12) einen an die Primärluftquelle, (42) angeschlossenen Hauptkanal (11) und mindestens einen Abzweigkanal (12) aufweisen, längs dessen in Abständen die Venturi-Mxscheinrichtungen (10) angeordnet sind.

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