DE2937071C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung
aus der Transmissionswärme nach dem Oberbegriff der Patentan
sprüche 1, 3 und 5.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 26 05 117 bekannt.
Zwischen einer äußeren Vormauerung und einer sehr starken Wärme
schutz-Isolierung ist ein Luftraum angeordnet. Er ist auf beiden
Seiten der Wandscheibe, an den Ecken des Gebäudes durch ein
Kanalsystem mit dem Verdampfer einer Wärmepumpe verbunden, deren
Kondensator mit einem Wärmespeicher verbunden ist. Der Luftraum
wird bis auf eine Temperatur unterhalb der Außentemperatur abge
kühlt, so daß die Transmissionswärme vollständig zurückgewonnen
und außerdem noch über die Vormauerung Umgebungswärme aufgenom
men wird. Zur Wohnraumbeheizung wird Wärme aus dem Wärmespeicher
einem zweiten Luftraum an der Innenseite der Wärmeschutz-Iso
lierung zugeführt. Im Sommer dient die Vorrichtung zur Kühlung.
Im Winter wird jedoch dem Verdampfer sehr kalte Luft zugeführt.
Dann kann die Wärmepumpe nur mit relativ geringer Leistungszahl
arbeiten.
Aus der DE-OS 26 57 282 ist bekannt, daß zumindest über einen
wesentlichen Teil der Außenwände eines beheizten Gebäudes in
einer von der umgebenden Atmosphäre getrennten Bahn ein Kühl
mittelstrom, vorzugsweise Luft, von erheblich niedrigerer
Temperatur als der Innentemperatur des Gebäudes geleitet wird,
dem anschließend die dabei aufgenommene Wärme nach dem Prinzip
der Wärmepumpe unter Rückführung auf höherem Temperaturniveau
in das Gebäude wieder entzogen wird. Vor eine herkömmlich errich
tete Außenwand kann eine zweite Wandschicht vorgesetzt werden,
wobei ein zwischen den beiden Schichten vorgesehener Spalt die
getrennte Bahn für das Kühlmittel bildet. Für eine möglichst
vollständige Wärmerückgewinnung wird das Kühlmittel derart gekühlt
in die abgetrennte Bahn zurückgeleitet, daß es darin im Mittel
wenigstens angenähert die Temperatur der umgebenden Atmosphäre
hat. Wenn außerdem noch von außen Wärme aufgenommen werden soll,
wird das Kühlmittel derart gekühlt in die abgetrennte Bahn zurück
geleitet, daß darin seine Temperatur wesentlich unter der der
umgebenden Atmosphäre liegt. Die Kühlmitteltemperatur am Ver
dampfer liegt also jeweils sehr niedrig und damit ungünstig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Wärmerückgerwinnung aus der Transmissionswärme der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, daß die angesaugte Luft am
Wärmetauscher der Wärmerückgewinnungseinrichtung eine höhere
Temperatur aufweist und daß die Wärmeentzugseinrichtung so
unter wesentlich günstigeren Bedingungen arbeiten kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil der Patentansprüche 1, 3 oder 5 aufgeführten Maßnahmen
gelöst.
Wohn- und andere Gebäudewände werden so ausgelegt, daß der
Gesamtwärmeverlust durch die Außenschale bei ungünstigster
Betriebsbedingung der Wärmepumpe (hohe Temperaturdifferenz
zwischen Warm- und Kaltseite) den Wert der erforderlichen
Antriebsenergie nicht überschreitet.
In den Wandspalt, oder, je nach Objekt, in den Säulen, Bindern
usw. sind Luftkanäle oder Rohre eingebaut oder Hohlräume ge
schaffen, die Kanälen gleichzusetzen sind. Diese Kanäle dienen
für die Zu- und Rückführung der Luft. Der Querschnitt der
Kanäle ist von der zu fördernden Luftmenge abhängig. Die Luft
menge wiederum wird von der aufzunehmenden Wärmemenge bestimmt.
Die Luftmenge wird also so bemessen, daß die durch die Wärme
aufnahme bedingte mittlere Temperaturerhöhung in Verbindung
mit dem Wärmedurchlaßwiderstand der Außenschale und der Tem
peraturdifferenz zwischen der Lufttemperatur im Spalt und der
Außenluft, den Gesamtwärmeverlust
nicht größer werden läßt als oben
beschrieben.
Die Luftgeschwindigkeit in den Zu- und Rückluftkanälen liegt
bei 5 bis 7 m/s. Im Bereich des Wand- und Deckenspaltes sind
die Kanäle mit Öffnungen versehen, durch welche die Luft in
den Spalt einströmen kann, die von der Innenschale abstrahlende
Wärme aufnimmt und vom gegenüberliegenden Rückluftkanal an
gesaugt wird. Nun strömt die erwärmte Luft wieder zurück zum
Verdampfer. Im Verdampfer wird der Luft soviel Wärme entzogen,
wie erforderlich ist, um die Differenz zwischen Fremdenergie
(= Antriebsenergie des Kompressors) und Wärmebedarf für die
Heizung auszugleichen.
Damit der Wassergehalt der Luft im Spalt ständig etwa dem der
Außenluft entspricht und von der Innenschale her aufgenommene
Feuchtigkeit nicht zum Vereisen der Verdampferoberfläche führen
kann, wird kontinuierlich ca. 10% der Gesamtluftmenge ins
Freie geblasen. Der gleiche Anteil Außenluft wird je nach Art
der Außenschale entweder durch Sollöffnungen oder durch Kon
struktionsbedingte Fugen in der Außenschale angesaugt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß eine Energieeinsparung von 50 bis 70% gegenüber
konventionell beheizten Gebäuden erreicht werden kann, ohne
daß eine Zusatzheizung erforderlich ist. Die Belastung der
Umgebung durch Abgase wird in gleichem Ausmaß verringert oder,
bei Verwendung elektrischer Wärmepumpen, ganz vermieden. Die
technische Einrichtung des Systems (Wärmepumpe, Ventilator)
kann im Sommer zur Klimatisierung der Räume verwendet werden.
Für Gewächshäuser konnten sich bisher Luftheizungen wegen des
größeren Energieverbrauchs und der zusätzlichen technischen
Einrichtung nicht durchsetzen. Diese Nachteile sind nun nicht
mehr gegeben. Luftheizungen in Gewächshäusern haben den Vorteil,
daß die Pflanzen gut durchlüftet und somit Pilzkrankheiten
vermieden werden. Außerdem wird eine gleichmäßige Temperatur
verteilung erreicht.
Die für das System erforderlichen Bauelemente sind in der Praxis
bewährte Teile und können nach erprobten Verfahren problemlos
eingebaut bzw. verarbeitet werden.
Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in den nachfolgenden Absätzen näher
beschrieben. Es zeigt
- Fig. 1 ein Funktionsschema einer Wärmerückgewinnungsanlage,
kombiniert mit einer Niedertemperatur-Warmwasserheizung,
- Fig. 2 die Veränderung des Luftzustandes beim Wärmeaufnahme-
und -entzugsprozeß im h, x Diagramm,
- Fig. 3 u. 4 eine schematische Darstellung der Rohrleitungs-
und Luftführung bei nachträglichem Einbau in bestehende
Gebäude,
- Fig. 5 eine Detailansicht von Fig. 3,
- Fig. 6 u. 7 Horizontalabschnitte der Außenwände von Fig. 3 u. 4,
- Fig. 8 ein Installationsbeispiel für eine Halle oder ein
Gewächshaus mit Warmluftheizung,
- Fig. 9 einen Grundriß zu Fig. 8,
- Fig. 10, 11 u. 12 Gewächshäuser unterschiedlicher Baugröße
mit Tragkonstruktion aus Sonderprofilen,
- Fig. 13 u. 14 Konstruktionsdetails der Fig. 11,
- Fig. 15 die Ausbildung der Fenster- und Türanschlüsse bei
Konstruktionen nach Fig. 10, 11 u. 12,
- Fig. 16 den Verlauf der Luft- und Wärmeströmung in einem
Wandschnitt der Konstruktion nach Fig. 10, 11 u. 12,
- Fig. 17, 18 u. 19 Gewächshäuser unterschiedlicher Baugröße
mit Tragkonstruktion aus Rohrprofil,
- Fig. 20 einen Schnitt durch die Außenwand mit Darstellung
der Luft- und Wärmeströmung bei Konstruktionen nach Fig.
17, 18 u. 19,
- Fig. 21 eine Befestigungsvorrichtung der Verglasung und die
Auflage der Konstruktion am Fundament,
- Fig. 22 u. 23 ein Umrüstungsbeispiel bestehender Gewächs
häuser,
- Fig. 24 ein Luftkanalschema für großflächige Hallen aus
Stahlbeton,
- Fig. 25 einen Horizontalschnitt durch eine Stahlbeton-Außen
wand,
- Fig. 26 einen Vertikalschnitt durch eine Stahlbeton-Außenwand,
- Fig. 27 einen Schnitt durch eine Dachdecke einer Stahlbeton
halle.
In Fig. 1 ist die Wirkungsweise der Vorrichtung schematisch
dargestellt. Die Wärmepumpe 1 dient als Energieumwandler
und hat die Aufgabe, die Raumtemperatur auf einem vorgegebenen
Wert annähernd konstant zu halten, wobei die durch die Umfassungs
wände abfließende Wärme ständig ersetzt werden muß. Die
erforderliche Wärmemenge wird im gezeigten Beispiel mit Wasser
in den Raum transportiert. Auch Luft ist als Wärmeträger seit
langem, z. B. bei Hallenheizungen, üblich und geeignet. Die Wärme
pumpe kann von einem Elektro-, Gas- oder Dieselmotor angetrieben
werden.
Die durch die Umfassungswände abfließende Wärme wird in einem
Luftspalt 2 von einer sich im Kreislauf befindenden Luft
strömung 3 aufgenommen und zum Wärmetauscher 4 zurückge
bracht. Dort wird der Luft die
Wärme wieder entzogen und über die Wärmepumpe 1 an das Heizungs
wasser abgegeben. Cirka 10% der Luftmenge werden kontinuierlich
durch neue Außenluft ersetzt, damit der Wassergehalt der Luft
ständig den Verhältnissen des Außenluftzustandes entspricht.
Dadurch kann während des Wärmeentzugsprozesses die Taupunkt-
bzw. Eisgrenze nicht unterschritten werden. Eine Vereisung
der Oberfläche des Wärmetauschers 4 ist deshalb ausgeschlossen.
Die Luftmenge, die im Luftspalt 2 entlangströmt, wird so gewählt,
daß sie sich nur um etwa 5-10 K erwärmen kann, damit der
Wärmeverlust nach außen gering bleibt. Die in Fig. 2 dargestellten
Temperaturen sind nur beispielhaft.
Fig. 3 und 4 mit den Detailzeichnungen Fig. 5, 6 und 7 zeigen
Beispiele, wie ein Gebäude nachträglich mit einer Wärmerück
gewinnungsanlage ausgerüstet werden kann. Zu diesem Zweck wird
eine Fassadenverkleidung 6 angebracht. Bei Fig. 3, 5 und 6
wird zunächst die Unterkonstruktion 7 an dem Haus angebracht.
Entlang dieser Unterkonstruktion verlaufen perforierte, flexible
Rohre als Luftverteil- und Sammelkanäle 8, die die Kaltluft heran- und die erwärmte Luft zur
Wärmepumpe zurückführen. Die Fassadenverkleidung 6 besteht
aus imprägnierten Spanplatten, wie sie in der Fertighaus-Ver
bundbauweise verwendet werden, jedoch mit zusätzlicher ca. 2 cm
dicker aufgeschäumter Isolierschicht. Aber auch jedes andere
Material und eine andere Befestigungstechnik ist anwendbar.
Etwa 0,5 m unterhalb Terrain endet die vorgehängte Fassade.
Von da an werden luftdichte Rohre bündelweise 9 oder Sammel
rohre 10 im Erdreich um das Gebäude herum verlegt. Durch ein
Kellerfenster oder einen Wanddurchbruch werden die Rohre in den
Heizungsraum, in dem die Wärmepumpe installiert ist, geführt
und die Rohre an der Ein- bzw. Austrittsseite der Wärmetauscher/
Ventilatoreinheit (4 Fig. 1) angeschlossen. Der Unterschied
zwischen Fig. 3 und Fig. 4 besteht darin, daß bei Fig. 4 die
Luftverteil- und Sammelkanäle 11 u. 12 aus Blech mit seitlich angeordneten
Löchern bestehen und zugleich tragendes Element für die Fassaden
verkleidung 6 sind.
Fig. 10, 11, 12, 17, 18 und 19 zeigen neuartige Tragkonstruktionen
für Gewächshäuser und ähnliche Bauten. Diese Tragkonstruktion
dient gleichzeitig als Luftkanal. Energieumwandler ist, je nach
Wahl des Heizsystems, eine Luft-Luft-Wärmepumpe oder eine
Luft-Wasser-Wärmepumpe. Das Heizungssystem besteht aus einem
Heizkreis 13 und einem Wärmerückgewinnungskreis 14.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel mit Luftheizung, ebenfalls denkbar
ist aber auch eine Warmwasserheizung. Das Heizmedium Luft wird
im Umwälzverfahren von einem Wärmetauscher (Kondensator) 15
nach Bedarf aufgeheizt. Gleichzeitig wird eine geringe Menge
Außenluft, zwecks Raumlufterneuerung, beigemischt. Die Verlust
wärme des beheizten Raumes wandert durch die innere Schale der
Umfassungswände, wird dort von der vorbeiströmenden Luft (Fig. 16)
aufgenommen, entlang der Tragkonstruktion 16 und sodann in
den im Boden verlegten Rohren 17 (Fig. 9) oder bei großen
Hallen in Rohren 18 (Fig. 10, 11, 14 u. 17) an der Decke zur
Wärmepumpe zurückgeführt. Im Wärmetauscher 19 (Fig. 8) wird
die Wärme der Luft entzogen und als Heizenergie an den Wärme
tauscher 15 abgegeben.
Fig. 16 zeigt ein Tragprofil aus gekantetem Blech. Im Bereich zwischen
der Innenschale 20 und der Außenschale 21 sind in regel
mäßigen Abständen Luftauslaß- bzw. Lufteinlaßöffnungen 22 (Fig. 14)
angebracht. Fig. 15 zeigt die Anordnung und Form von Tür- und
Fensterflügeln 23. Fig. 13 zeigt eine Eckverbindung 24.
Die Flanschplatten - auch Steckverbindungen sind möglich -
müssen ausgeschnitten sein, damit sie den Strömungsverlauf der
Luft nicht behindern. Fig. 13 und 14 zeigen, wie die weitere
Rohrführung 25 von und zur Wärmepumpe am zweckmäßigsten
angeschlossen werden kann. Mit flexiblen Schläuchen 26 (Fig. 14)
können Ungenauigkeiten ausgeglichen werden.
Die Tragkonstruktion nach Fig. 17, 18 und 19 bestehen im
wesentlichen aus handelsüblichen Rohren und einem speziellen
Profil 27 (Fig. 20) aus Kunststoff sowie einer Kunststoffglas
verkleidung. Das Profil 27 wird durch angegossene Zapfen 28
am Rohr 29 fixiert und damit gegen Verrutschen gesichert.
Zusätzlich kann es geklebt werden. Das Kunststoffglas 30,
das sich bei gewölbten Überdachungen bewährt hat, wird in
vorgesehene Fälze des Profils 27 eingelegt und mittels Spann
bänder 31 (Fig. 20 u. 21) befestigt. Im Bereich der ebenen
Giebelflächen kann die Befestigung durch Einkitten oder mittels
Leisten 32 und Schrauben erfolgen. Durch Bohrungen 33 (Fig. 20)
kann die Kaltluft aus dem Rohr 29 bzw. die erwärmte Luft
in das Rohr strömen.
Die im Erdreich verlegten Rohre 17 (Fig. 9) sollen annähernd
gleich lang sein, gegebenenfalls können Schlaufen gelegt werden,
damit die Reibungsverluste der einzelnen Rohrstränge etwa gleich
groß sind und somit eine gleichmäßige Luftverteilung erreicht
wird.
Fig. 22 und 23 zeigen im Detail, wie man ein konventionell
gebautes Gewächshaus nachträglich mit den erforderlichen Luftverteil- und Sammelkanälen
34 und der zusätzlichen Verglasung 35 ausrüsten kann.
Die Luftverteil- und Sammelkanäle 34 sind mit einer innenliegenden Wärmedämmung 36
versehen. Die Oberfläche der Dämmschicht wird zweckmäßigerweise
mit dünnem Blech 37 abgedeckt. Die Befestigung der Kanäle an
der vorhandenen Profilstahlkonstruktion 38 kann durch Wider
haken 39 erfolgen. Auch bei dieser nachträglich angebrachten
Wärmerückgewinnungsanlage erfolgt die Luft- und Wärmeströmung
wie bereits beschrieben.
Fig. 24 zeigt, schematisch dargestellt, die Kanalführung bei
Hallen aus Betonfestigteilen. Die durch Linien dargestellten
Haupt- 40 und Nebenkanäle 41 sind in Fertigteile integriert.
Die Führung der Zu- und Rückluft (Kalt- und Warmluft) erfolgt
- zwischen Wärmepumpe und Außenwand - auch hier vorzugsweise
unterhalb des Fußbodens in hierfür vorgesehene Kanäle aus
Beton oder anderem Material. Im Fundamentbereich
strömt die Luft in den Hohlraum der Säulen 43 ein, der auch
anders ausgebildet sein kann als dargestellt. Von hier strömt
die Luft teilweise in die Wandkanäle 44 (Fig. 26)
und teilweise weiter innerhalb des Unterzuges 45 (Fig. 27)
zu den Dachkanälen 46 (Fig. 24).
Die Wand- und/oder Dachfertigteile 47 (Fig. 25, 26 u. 27) sind vorzugs
weise in Sandwichbauweise hergestellt. Die Zwischenlage 48
besteht aus Schaumstoff oder ähnlichem Isolierstoff und ist
mit durchgehenden Kanälen versehen. Diese Kanäle stellen eine
direkte Verbindung zwischen den Zuluft-Verteilkanälen 41 und
46 (Fig. 24) und den Rückluft-Sammelkanälen 49 u. 50 her.
Im Bereich der Wand- und/oder Dachfertigteile 47 (Fig. 25, 26 und 27)
wird die Verlustwärme von der ständig zirkulierenden Luft
aufgenommen und zur Wärmepumpe gebracht, wo die Wärme, wie
bereits beschrieben, entzogen wird.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissions
wärme bei Räumen, die mit einer Heiz- und/oder Kühlanlage
sowie mit einem Luftspalt (2) zwischen zwei Schalen der
Wände und/oder des Daches oder mit innerhalb der Wände und/
oder des Daches angeordneten Kanälen zur Luftführung versehen
sind, wobei diese Hohlräume über Kanäle mit der Heizeinrich
tung verbunden sind, die aus den Hohlräumen gesammelt abge
führte Luft einem Wärmetauscher (4) der Heizeinrichtung zum
Entzug der aufgenommenen Wärme zugeführt wird und die den
Wärmetauscher verlassende Luft in einem Kreislauf erneut den
Hohlräumen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in
oder an den Wänden oder Dächern abwechselnd in Abstand von
einander perforierte Luftverteil- und -sammelkanäle (8)
angeordnet sind, die durch die luftführenden Hohlräume
verbunden sind, und daß die äußere Schale als Fassadenver
kleidung (6) mit zusätzlicher Wärmedämmung ausgeführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
perforierten Luftverteil- und -sammelkanäle (11, 12) in der
Tragkonstruktion der Fassadenverkleidung (6) angeordnet sind.
3. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissions
wärme bei Räumen, die mit einer Heiz- und/oder Kühlanlage
sowie mit einem Luftspalt (2) zwischen zwei Schalen der
Wände und/oder des Daches oder mit innerhalb der Wände und/
oder des Daches angeordneten Kanälen zur Luftführung versehen
sind, wobei diese Hohlräume über Kanäle mit der Heizeinrich
tung verbunden sind, die aus den Hohlräumen gesammelt abge
führte Luft einem Wärmetauscher (4) der Heizeinrichtung zum
Entzug der aufgenommenen Wärme zugeführt wird und die den
Wärmetauscher verlassende Luft in einem Kreislauf erneut den
Hohlräumen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem Gewächshaus oder ähnlichem Bauwerk perforierte Luft
verteil- und -sammelkanäle in oder an der Tragkonstruktion
(16) angeordnet sind, die durch den luftführenden Spalt ver
bunden sind, und daß die beiden Schalen (20, 21) aus licht
durchlässigem Material bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Innenseiten der der Außenluftseite zugewandten Wandungen
der perforierten Luftverteil- und -sammelkanäle (34) eine
Wärmedämmung (36) aufweisen.
5. Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Transmissions
wärme bei Räumen, die mit einer Heiz- und/oder Kühlanlage
sowie mit einem Luftspalt (2) zwischen zwei Schalen der
Wände und/oder des Daches oder mit innerhalb der Wände und/
oder des Daches angeordneten Kanälen zur Luftführung versehen
sind, wobei diese Hohlräume über Kanäle mit der Heizeinrich
tung verbunden sind, die aus den Hohlräumen gesammelt abge
führte Luft einem Wärmetauscher (4) der Heizeinrichtung zum
Entzug der aufgenommenen Wärme zugeführt wird und die den
Wärmetauscher verlassende Luft in einem Kreislauf erneut den
Hohlräumen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in
oder an den Wänden und/oder Dächern ein Kanalsystem (40, 41,
44, 46) zur Luftverteilung und ein Kanalsystem (49, 50) zur
Luftsammlung angeordnet sind, wobei diese beiden Kanalsysteme
durch durchgehende Kanäle verbunden sind, die innerhalb einer
Zwischenlage (48) aus Wärmedämmstoff von in Sandwichbauweise
hergestellten Wand- und/oder Dachfertigteilen (47) angeordnet
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792937071 DE2937071A1 (de) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | Verfahren zur rueckgewinnung der transmissionswaermeverluste bei gebaeuden aller art, sowie konstruktionsvorschlaege fuer solche gebaeude |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19792937071 DE2937071A1 (de) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | Verfahren zur rueckgewinnung der transmissionswaermeverluste bei gebaeuden aller art, sowie konstruktionsvorschlaege fuer solche gebaeude |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2937071A1 DE2937071A1 (de) | 1981-04-02 |
DE2937071C2 true DE2937071C2 (de) | 1989-04-06 |
Family
ID=6080816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792937071 Granted DE2937071A1 (de) | 1979-09-13 | 1979-09-13 | Verfahren zur rueckgewinnung der transmissionswaermeverluste bei gebaeuden aller art, sowie konstruktionsvorschlaege fuer solche gebaeude |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2937071A1 (de) |
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