DE3236343C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Ein Heizgerät mit diesen Merkmalen ist aus der US-PS 35 91 150 bekannt und weist einen in einem rohrartigen Gehäuse angeordneten Brenner zum Aufheizen von Luft auf, der von Luft durchströmt wird, die nach Durchtritt durch mit Öffnungen oder Perforierungen versehenen Leitblechen aufgeheizt wird. Ferner strömt Luft durch einen Ringraum zwischen der den Brenner einkapselnden Buchse und dem rohrartigen Gehäuse, wobei dieser Luftstrom durch verstellbare Klappen regulierbar ist, um die Geschwindigkeit der Luft über dem Brenner so einzustellen, daß jeweils eine voll­ ständige Brennstoffverbrennung garantiert wird.

Bei der Beheizung von Gebäuden durch umgewälzte erwärmte Luft er­ folgt zwangsläufig ein steter Austausch mit der Außenumgebung des Gebäudes, da die Innenluft durch Öffnungen, Ritzen und dergleichen sowie über Türen und Fenster nach außen abströmt. Da im allgemeinen das Gebäudeinnere etwas unter Überdruck steht, ist das Eindringen von Außenluft in das Gebäudeinnere jedoch auf ein Minimum herabgesetzt.

Allerdings kann sich unter bestimmten Bedingungen, d. h. bei zunehmender Windgeschwindigkeit, starken Änderungen der Außen­ temperatur oder Änderung sonstiger klimatischer Bedingungen im Gebäudeinneren ein Unterdruck ausbilden. Daraus resultiert eine nach innen gerichtete Luftströmung von der Umgebung des Gebäudes in das Gebäudeinnere. So führt beispielsweise die Wir­ kung des auf die Windseite eines Gebäudes auftreffenden Windes zur Ausbildung eines Überdruckes auf dieser Seite, der Außen­ luft in das Gebäudeinnere durch Öffnungen auf dieser Windseite drückt. Andererseits wird auf der dem Wind abgewendeten Seite zwangsläufig ein Unterdruck erzeugt, wodurch ein Luftaustausch aus dem Gebäudeinneren auf diese windabgelegene Seite und die dortige Umgebung stattfindet. Dieses Heraussaugen von Innenluft führt wiederum zu einem Unterdruck innerhalb des Gebäudes, der das Ansaugen von Außenluft in das Gebäudeinnere begünstigt. Bei diesen Zuständen ist es aber sehr schwer, ein gleichförmiges und konstantes Heizen des Gebäudes und damit zufriedenstellende Heiz- und Komfortbedingungen im Gebäudeinneren herzustellen.

Es sind ferner weitere Heizgeräte bekannt, bei denen die erwärmte Luft mit Luft mit Außentemperatur vermischt wird, etwa ein Heizgerät nach dem DE-GM 76 14 177, bei dem es sich um ein temperaturgesteuertes indirektes Heiz­ gerät handelt, welches der Erhitzung und Rezirkulierung von erwärmter Innenluft dient, welche entweder separat oder gege­ benenfalls mit Außenluft vermischt zirkuliert wird.

Nach der US-PS 33 98 940 ist es bekannt, ein Gemisch aus erwärmter Außenluft und umgewälzter Innenluft mittels eines Gebläses in das Gebäude zu führen, wobei die über den Brenner eingesaugte Außenluft bis auf 50 Volumenprozent unter entsprechender Zunahme der umgewälzten Innenluft reduziert werden kann. Die entsprechenden Volumina werden durch synchron betätigte Luft­ klappen gesteuert. Da sich die Geschwindigkeit und auch die Luftzufuhrmenge über dem Brenner direkt mit dem Volumen der Außenluft ändert, ist ein aufwendiges Steuerungssystem erfor­ derlich um eine vollständige Verbrennung der Brenngase am Brenner sicherzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Heizgerät der eingangs genannten Art in einfacher Weise die bei einem Auf­ treten eines Unterdrucks im Gebäudeinneren auftretenden Änderungen des Beheizungszustandes auszugleichen, um ein stets gleichförmi­ ges und konstantes Beheizen des Gebäudes sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet.

Nach Maßgabe der Erfindung erreicht man eine selbsttätige Neu­ tralisierung des bei der Extraktion von Luft auftretenden Un­ terdrucks im Gebäudeinneren und damit eine gleichmäßige und konstante Beheizung des Gebäudes, indem in einer zusätzlichen Mischkammer ein mit der den Brenner aufweisenden Kammer volume­ trisch abgestimmter Volumenstrom aus nicht erwärmter Außenluft und Innenluft aus dem Gebäudeinneren erzeugt wird, dessen Anteile, also nicht erwärmte Außenluft und Innenluft aus dem Gebäudeinneren wechselseitig verändert werden. Über das Gebläse wird ein kon­ stanter Volumenstrom an Luft über den Brenner angesaugt, der in der Mischkammer mit dem angesaugten Volumenstrom aus nichter­ wärmter Außenluft und Innenluft gemischt wird. Dadurch läßt sich das Ungleichgewicht zwischen dem Gebäudedruck und dem Außendruck und dem vom Gebläse auf der Gebläsesaugseite erzeugten Druck korrigieren. Der veränderliche Volumenanteil der nichterwärmten Außenluft und der umgewälzten Innenluft justiert sich in der Mischkammer automatisch aufgrund physikalischer Gegebenheiten, wie Erhaltung der Masse und Gleichgewicht von Energie, so daß die zu der den Brenner aufweisenden Kammer parallel geschaltete weitere Mischkammer gleichsam als Kompensator wirkt, der den Unterdruck im Gebäudeinneren neutralisiert.

Neben der Ausregulierung des Druckes im Gebäudeinneren ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die in der Innenluft gespeicherte Restenergie zusätzlich genutzt wird, was sich in ökonomischer Hinsicht entsprechend auswirkt. Im einzelnen lassen sich bei der Beheizung eines Gebäudes drei Zustände unterscheiden, nämlich

• a) das Volumen an Innenluft, welches aus dem Gebäudeinneren in die Außenumgebung über Ritzen, Türen und dergleichen abströmt, übersteigt nicht das Luftvolumen, welches durch die Profilöffnung der den Brenner aufweisenden Kammer bestimmt ist, dann wird nur umgewälzte Innen­ luft in die weitere Mischkammer gezogen und es reicht die Menge an Außenluft aus, die über dem Brenner ange­ saugt wird, um die nach außen dringende Gebäudeluft aus­ zugleichen.
• b) Das Volumen an Innenluft, welches aus dem Gebäudeinnern in die Außenumgebung abströmt, überschreitet 100% des Luftvolumens, welches in das Gebäude geblasen werden soll, dann wird lediglich nicht erwärmte Außenluft in die wei­ tere Mischkammer gezogen.
• c) Liegt das Volumen an Innenluft, welches aus dem Gebäude­ inneren in die Außenumgebung abströmt, zwischen den in a) und b) genannten Werten, dann wird eine Mischung von nichterwärmter Außenluft und umgewälzter Innenluft in ver­ änderlichen Volumenanteilen in die weitere Mischkammer gezogen. Das veränderliche Volumen des Gemisches stellt sich hierbei automatisch so ein, um jeden beliebigen Unter­ druck zu kompensieren, der sich durch das Abströmen von Gebäudeluft in die Außenumgebung einstellt.

Im Falle a) und c) wird aufgrund des Heizungsgerätes ein Überdruck im Gebäudeinneren erzeugt. Daraus resultiert eine gleichmäßige und konstante Heizung. Im Falle b) stellt sich allerdings ein Unterdruck aufgrund der nach außen abströmenden Innenluft im Gebäudeinneren ein. Da in diesem Falle jedoch nur nichterwärmte Außenluft in die wei­ tere Mischkammer gesaugt wird, nicht jedoch umgewälzte Innenluft, er­ gibt sich ein rascher Ausgleich des Unterdruckes, so daß sich wieder gleichmäßige Heizungsbedingungen einstellen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Heizgerätes sowie

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch das Heizgerät nach Fig. 1.

Bei der in den Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsform weist das Gehäuse 11 im wesentlichen quaderförmige Gestalt auf und besitzt eine nach unten gerichtete Wetterschutzhaube 12, die die erste Lufteinlaßöffnung 14 und die zweite Lufteinlaßöffnung 15 überdeckt. Die Lufteinlaßöffnungen 14 und 15 sind durch entspre­ chende Einlaßzugklappen 17 und 18 abgedeckt und stehen mit der Außenumgebung in Verbindung. In das Gebäude reicht der Rückluft­ kanal 13, der eine dritte Lufteinlaßöffnung 16 umschließt, wel­ che durch die Einlaßzugklappe 20 abgedeckt ist und mit dem Gebäu­ deinneren in Verbindung steht.

Die durch die erste Lufteinlaßöffnung 14 ankommende Luftströmung wird von der durch die zweite und dritte Lufteinlaßöffnung 15 bzw. 16 strömende Mischluftströmung durch eine Längstrennwand 23 getrennt.

Die Einlaßzugklappe 17 über der ersten Lufteinlaßöffnung 14 wird in der offenen Stellung gehalten, wenn der Gasbrenner 25 gezündet ist.

Die Einlaßzugklappe 18 über der zweiten Lufteinlaßöffnung 15 ist mit einem Segmentgestänge 19 mechanisch verbunden, um diese Einlaßzugklappe 18 entgegengesetzt zur Einlaßzugklappe 20 zu betätigen, die über der dritten Lufteinlaßöffnung 16 sitzt. Das Segment­ gestänge 19 ist von üblicher Bauart und arbeitet derart, daß das Öffnen der einen Einlaßzugklappe automatisch das Schließen der anderen Einlaßzugklappe zur Folge hat. Das Gestänge wird durch einen geeigneten, jedoch nicht gezeichneten Motor angetrieben.

Die Filter 21 und 22 sind von üblicher Bauart und sollen die Lufteinlaßöffnung 14 und die gemeinsam durch die Lufteinlaßöffnung 15 und 16 strömende Luft filtern. Die Filter 21 und 22 sind beweglich montiert, so daß sie leicht eingebaut, ausgebaut und gewartet werden können.

Die Kammer A ist durch das Gehäuse 11, die Längstrennwand 23 und einen Teil der vertikalen Trennwand 24 begrenzt. Die Kammer A enthält den Strömungsweg von der ersten Lufteinlaßöffnung 14 und schließt die zugehörige Einlaßzugklappe 17, den Filter 21 und den offen­ flammigen Gasbrenner 25 innerhalb der kleineren Profilöffnung 26 ein.

Der Brenner weist ein Verhältnis von 25 : 1 zwischen seiner maximalen und minimalen Betriebsleistung auf und läßt sich leicht einstellen, um eine störungsfreie und kontinuierliche Änderung des Wärmeausganges zu ermöglichen. Das Verhältnis von 25 : 1 ist für die meisten Installationen selbst an Orten brauch­ bar, wo extrem niedrige Außentemperaturen herrschen.

Die Kammer B ist vom Gehäuse 11, der Längstrennwand 23 und einem Teil der vertikalen Trennwand 24 begrenzt. Die Kammer B enthält den Strömungsweg von der zweiten und dritten Luftein­ laßöffnung 15 und 16 und umschließt die zugeordneten und mechanisch miteinander verbundenen Einlaßzugklappen 18 und 20, den Filter 22 und die größere Profilöffnung 28 in der vertikalen Trennwand 24.

Stromabwärts von den Kammern A und B befindet sich die Kammer C. Die Kammer C enthält eine Querwand 31, an der ein Gebläse 35 montiert ist, das durch einen geeigneten elektrischen Motor 30 über die Riemenscheibe 32 angetrieben wird. Das Gebläse 35 dreht auf einer Längswelle 34 und ist so ausgerichtet, daß es durch die Auslaßöffnung 36 im Auslaßkanal 37 Luft nach unten in das Innere des Gebäudes drückt.

Die Gesamtfläche der Öffnung 29 bildet die Gesamtfläche des Strömungsweges von den Lufteinlaßöffnungen 14, 15 und 16 zur Auslaßöffnung 36.

Die Fläche der kleineren Profilöffnung 26, durch die die Kammer A mit der Kammer C in Verbindung steht, macht 20% der gesamten Fläche des Luftströmungsweges aus. Die Fläche der größeren Profilöffnung 28, durch welche die Kammer B mit der Kammer C in Verbindung steht, macht 80% der Gesamtfläche des Luft­ strömungsweges aus. Das Volumen der Luftströmung durch die Kammer A steht im Verhältnis von 1 : 4 zum Volumen der Luft­ strömung durch die Kammer B.

Im Inneren des Gebäudes sind wenigstens zwei Temperaturfühler und ein Druckfühler an geeigneter Stelle angeordnet. Der eine Temperaturfühler regelt die Strömung des gasförmigen Brennstof­ fes zum Brenner, d. h. die Menge des Brennstoffes, die erfor­ derlich ist, um die vorgewählte Temperatur der Luftzufuhr auf­ rechtzuerhalten. Der andere Temperaturfühler steuert zusammen mit dem Innendruckfühler die gelenkig verbundenen Einlaß­ zugklappen 18 und 20, um die entsprechenden Luftströmungen durch die zweite und dritte Lufteinlaßöffnung 15 bzw. 16 in den richtigen Anteilen zu halten.

Im Betrieb wird das von dem Motor 30 angetriebene Gebläse 35 von Hand oder automatisch angestellt, um die Luftzufuhr an der Auslaßöffnung 36 mit bestimmter Endgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Die Endgeschwindigkeit muß so groß sein, daß ein vorgegebenes Druckdifferential am Brenner aufrechterhalten bleibt, damit am Brenner eine vollständige Brennstoffverbrennung stattfindet. Die Außenluft, deren Volumen so bemessen ist, daß sie die vollständige Brennstoffverbrennung aufrechterhält, wird durch die erste Lufteinlaßöffnung 14 und über den in der Kammer A befindlichen Brenner 25 mit einem gegebenen Geschwindigkeits­ profil gesaugt. Ist der Brenner gezündet, dann erregt ein Tem­ peraturabfall an der Auslaßöffnung 36 unter die vorgewählte Temperatur einen nicht gezeichneten Steuerkreis, um dem Brenner 25 zur Steigerung der Temperatur mehr gasförmigen Brennstoff zuzu­ führen.

Der in der Kammer C durch die Endgeschwindigkeit des Gebläses erzeugte Unterdruck saugt Außenluft durch die erste und zweite Lufteinlaßöffnung 14 und 15 und wälzt Innenluft durch die dritte Lufteinlaßöffnung 16 um. Der Mischanteil von Außenluft zu Innen­ luft in der Kammer B wird durch die Einlaßzugklappen 18 und 20 gesteuert. Diese Einlaßzugklappen 18 und 20 sind so verbunden, daß sie entgegengesetzt arbeiten. Sie werden von einem Thermostaten gesteuert, der im Gehäuseinneren an geeigneter Stellung angeordnet, in der Zeichnung jedoch nicht wiedergegeben ist. Der Luftstromzug durch die Kammer B, der in die Kammer C gelangt, kann vollständig aus nicht erhitzter Außenluft oder vollständig aus umgewälzter Innen­ luft oder aus einem Gemisch dieser beiden Luftarten abhängig von der Stellung der Einlaßzugklappen 18 und 20 bestehen.

Die erhitzte, durch die Kammer A gesaugte Außenluft und das Gemisch aus nicht erhitzter Außenluft und umgewälzter Innenluft, das durch die Kammer B gesaugt wird, werden in der Kammer C gemischt und mit fester Endgeschwindig­ keit durch die Auslaßöffnung 36 in das Innere des Gebäudes abgegeben. Befindet sich die Luft einmal im Inneren des Gebäudes, dann übt sie infolge des Druckdifferentials einen gleichmäßigen Druck in allen Richtungen aus. Um eine Wärmeschichtung zu vermeiden und eine gleichmäßige Wärmeverteilung auf der Bodenebene zu erreichen, wird das Temperaturdifferential zwischen der zugeführten Luft und der Innenluft gering gehalten. Die Temperatur der Innenluft wird fortschreitend durch Steigerung der Temperatur der zugeführten Luft gesteigert, so daß zwangsläufig das Temperaturdifferential auf einem Minimum gehalten wird.

Trifft die zugeführte Luft auf die Wandungen des Gebäude­ inneren, dann gibt sie ihren Wärmeinhalt ab und wird durch Öffnungen, Ritzen u. dgl. über Türen und Fenster oder entsprechend angeordnete Auslässe herausgefiltert. Da somit das Gebäudeinnere etwas unter Überdruck steht, ist die Infiltration von Außenluft auf ein Minimum reduziert.

Bei einer Änderung der Umweltbedingungen, d. h. zunehmender Windgeschwindigkeit, starken Änderungen der Außentemperatur oder im Klima, oder mechanisch erzeugtem Druck kann sich ein Unterdruck im Gebäudeinneren ausbilden. Infolgedessen müssen die Einlaßzugklappen 18 und 20 so eingestellt werden, daß es zu einer Volumenzunahme der unerwärmten Außenluft in der zugeführten Luft kommt. Dieses ver­ größerte Volumen an unerhitzter Luft vergrößert die positive Druckdifferenz zwischen der zugeführten Luft und der Gebäudeinnenluft und wirkt somit dem Unterdruck entgegen.

Ist der Unterdruck auf Null abgefallen, dann ist die Temperaturverteilung wiederum verhältnismäßig gleich­ mäßig und der Anteil der unerhitzten Außenluft wird durch geeignetes Rückstellen der Einlaßzugklappen 18 und 20 wieder reduziert. Da die Reaktion jedoch unmittelbar auf die Änderung des Gebäudeinnendruckes folgt, ist die Komfortwiderherstellungszeit nur von geringer Bedeutung und nur schwer feststellbar.

Claims (9)

1. Heizgerät mit einem in einer Kammer eines Ge­ häuses angeordneten gasgefeuerten Brenner zur direkten Erhitzung von Luft, welche der Kammer über eine Luft­ zutrittsöffnung in einer eine vollständige Brennstoff­ verbrennung bewirkenden Menge zugeführt und über eine hinter dem Brenner befindliche Profilöffnung in eine Mischkammer abgeführt wird, welcher über eine weitere Profilöffnung eine veränderliche Menge von nicht erwärmter Außenluft zugeführt wird, und mit einem in der Mischkammer angeordneten Gebläse, welches Luft zu einem in das zu beheizende Gebäude führenden Luftauslaß absaugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11) eine weitere Mischkammer (B) auf­ weist, der Innenluft aus dem zu beheizenden Gebäude so­ wie die nicht erwärmte Außenluft über zwei Einlaßöff­ nungen (15, 16) zugeführt wird, und die in die Misch­ kammer (C) über die weitere Profilöffnung (28) mündet, welche zusammen mit der anderen Profilöffnung (26) der den Brenner (25) aufweisenden Kammer (A) die Gesamtan­ saugöffnung für das Gebläse bildet, und aus der weiteren Mischkammer (B) gleichzeitig ein Gemisch aus nicht er­ wärmter Außenluft und umgewälzter Innenluft in variablem Anteil durch die weitere Profilöffnung (28) angesaugt wird.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner ein Verhältnis von maximaler zu minimaler Betriebsleistung von 25 : 1 mit Temperaturanstiegstufen von wenigen Graden bis 49°C und mehr aufweist.

3. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse ein mit konstanter Geschwindigkeit arbeiten­ des und mit rückwärts gekrümmten Schaufeln ausgebildetes Zentrifugalgebläse ist.

4. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (A) und die zweite Kammer (B) Prallanordnungen (21, 22) aufweisen, die beweglich montiert und so angeordnet sind, daß sie die Strömung der Außenluft und der Innenluft durch die Kammern (A, B) filtern.

5. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Volumen der Außenluft von der ersten Kammer (A) und das konstante Volumen aus zusammengesetzter Außenluft und Innenluft aus der Kammer (B) in einem Außenluft-/Innenluft- Verhältnis von etwa 1 : 5 zueinander stehen.

6. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftklappen (18, 20) der beiden Einlaßöffnungen (15, 16) gegensinnig gekoppelt sind und daß die Öffnungsflächen der beiden Profilöffnungen (26, 28) in gerader Flucht zueinander angeordnet sind.

7. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (35) in Ver­ bindung mit dem Volumenverhältnis von Außenluft und Innen­ luft in der zweiten Kammer (B) einen Restüberdruck von 0,25 mbar in dem zu erwärmenden Raum aufrechterhält.

8. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenlufteinlaß (16) in der Nähe des Außenlufteinlasses (15) der Kammer (B) an­ geordnet ist.

9. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Luft­ mengen durch die Profilöffnung (26) und die weitere Profilöffnung (28) 1 : 4 beträgt.