DE3717313A1 - Verfahren zur erzeugung und regelung eines durch schwerkraft induzierten aufwindes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines regelbaren Luftstromes unter Ausnutzung des durch Schwerkraft induzierten Aufwindes in Gebäuden.

Dieses Verfahren soll besonders in bestehenden und neuartigen Gewächs­ häusern zur Belüftung aber auch zu deren Anwendung als Trockner oder für andere Verfahren bei denen die Bewegung großer Luftmengen notwendig ist, eingesetzt werden.

Zur Bewegung großer Luftmengen in umschlossenen Räumen, etwa zur Be- und Entlüftung muß mechanische Energie aufgebracht werden. Steht diese nicht zur Verfügung, so wird durch Öffnen von Teilen der Gebäudehülle ein unkontrollierter Durchzug von Luft angestrebt. Bei der Trocknung von Gütern ist zum Abtransport der verdunstenden Wassermenge die Bewegung von großen Luftmengen notwendig. Um die für den Transport dieser Luft­ mengen notwendige Bewegungsenergie zu verkleinern und den Trocknungs­ prozeß zu beschleunigen, wird diese Luft in der Regel erwärmt. Bekannt sind Trocknungsanlagen, die mit Fremdenergie oder mit Hilfe von Solar­ kollektoren Luft erwärmen, und diese mit mechanisch angetriebenen Venti­ latoren oder Gebläsen in der Regel durch das Trocknungsgut pressen. Ebenfalls bekannt sind Solartrockner, die meistens als kompakte Vorrichtung Solarkollektor und Trockner vereinen. Die Zirkulation der Trocknungsluft in letzteren erfolgt meistens unkontrolliert mit Schwerkraft.

Ein wesentlicher Nachteil der mechanischen Be- und Entlüftung ist deren Bedarf an mechanischer Zusatzenergie. Unkontrollierte Schwerkraftzirku­ lation eignet sich für viele Anwendungsfälle nur bedingt oder überhaupt nicht. Bei der Verwendung von solaren Trocknersystemen ist von besonderem wirtschaftlichen Nachteil anzuführen, daß diese nur während der Trocknungsperiode zu benutzen sind, d. h. je nach Trocknungsgut während bzw. kurz nach dessen Ernte.

Mit dieser Erfindung soll erreicht werden, daß die durch Auftriebskräfte induzierte Bewegung von Luftmassen geregelt und gezielt zur Belüftung von Gebäuden und zum Abtransport von Feuchte eingesetzt werden kann.

Dieses Ziel wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Die Regelung der Luftströmung durch Öffnen und Schließen von geeigneten Klappen ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens. Dies kann entweder selbststeuernd durch entsprechend geformte oder ausbalancierte Klappen oder wahlweise auch mit bekannten, regeltechnisch geeigneten Geräten erfolgen. Eine weitere Verbesserung dieses Verfahrens kann nach Anspruch 2 dadurch erreicht werden, daß die von außen einfallende solare Strahlungsenergie durch zusätzliche Maßnahmen, wie Spiegel, verstärkt, die Absorption dieser Strahlung verbessert und die gewonnene Wärme gespeichert wird. Denkbar sind z. B. transparente Wassersäcke, die neben die Trocknerbeete gelegt werden. Ähnliche Systeme sind aus dem Gewächs­ hausbau mit phasenändernden Salzen oder Paraffinen bekannt. Eine Ver­ gleichmäßigung der Luftströmung kann nach Anspruch 3 durch zusätzlichen Einsatz von Fremdenergie erreicht werden. Eine weitere Verbesserung des Trocknungsvorganges kann darin bestehen, daß die zur Trocknung benützte Luft durch geeignete und bekannte Maßnahmen vorgetrocknet wird. Dies kann entweder durch die Abkühlung der Luft bis zur Unterschreitung des Taupunktes und Ausscheidung der zustandsgemäßen Wassermenge oder aber durch chemische Trocknung erfolgen, wie sie teilweise bereits im Gewächshausbau verwendet wird.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die durch den sogenannten Treibhauseffekt erwärmte Luft in transparenten Gebäudehüllen ohne Fremdenergie kontrolliert bewegt werden kann. Bei der Anwendung des Verfahrens zur Trocknung von Gütern ist es besonders vorteilhaft, daß im Falle von bestehenden Gewächshäusern diese nicht nur für Vegetationszwecke sondern auch als Trockner für landwirtschaftliche Güter benutzt werden können. Gewächshäuser dienen in den meisten Fällen dazu, die Nutzpflanze durch den Schutz gegen die kalte Witterung vorzeitig zur Erntereife zu bringen. Nach der Ernte werden die Gewächs­ häuser, speziell in südlichen Gebieten Europas, nicht mehr benützt, was wirtschaftlich nachteilig ist. Ihre Belüftung ist zur Vermeidung von Ernteschäden, beispielsweise durch Überhitzung, aber auch zur Vermeidung von Schimmelbildung von großer Bedeutung. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß bei gleicher Temperatur feuchte Luft bekanntlich leichter ist als trockene, so daß der Druckunterschied zwischen der Außen- und Innenluft nicht nur durch die solarthermische Erwärmung des Innenraumes, sondern auch durch die höhere Feuchte innen verursacht wird. Bei Wind wird durch Sogwirkung an der turmartigen Erhöhung ein zusätzlicher Druckunterschied induziert, der, unabhängig vom schwerkraftbedingten Auftrieb, eine Luftdurchströmung erzeugt. Der induzierte Luftstrom wird sich deshalb nicht nur tagsüber bei Sonne, sondern auch nachts, bei geringer Strahlung und bei Wind, dann allerdings mit geringerer Leistung einstellen. Die physikalischen Zusammenhänge sind aus dem Kamin- und Kühlturmbau weitgehend bekannt.

Ein weiterer wirtschaftlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, sofern es als Trockner eingesetzt wird, besteht darin, daß die zur Trocknung bestimmten Güter vom Betreiber der Anlage individuell mit verschiedenen Techniken eingebracht und behandelt werden können. Mit einfachen, auch vom Betreiber selbst herzustellenden Trocknungsvor­ richtungen, wie Stellagen, Spanndrähte, Horden u. ä., können sehr unter­ schiedliche landwirtschaftliche aber auch handwerklich bzw. industriell gefertigte Güter getrocknet werden. Bei Trocknung von Schüttgütern, wie Korn, besteht ein weiterer Vorteil dieses Trocknertypes darin, daß diese Schüttgüter mit den üblicherweise verwendeten Transportmitteln direkt in einen entsprechend dimensionierten Trockner eingebracht, ent- und beladen werden können. Die in einer mechanisierten Landwirtschaft verwendeten Ernte- und Lademaschinen können damit investitionsschonend mitbenutzt werden.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. An ein Gewächshaus mit transparenter Hülle (1) wird ein turmartiger Anbau (2) angebaut. Dieser kann zur Verbesserung der solarthermischen Erwärmung mit transparenten Materialien isoliert werden. Die Luft­ dichtigkeit der Seiten (3) kann im Falle von Gewächshäusern mit einer Abdeckung aus Kunststoffolien dadurch erreicht werden, daß diese unten eingegraben werden. Die Klappen (4) und (5) dienen der Regelung des Luftstromes. Diese Klappen werden während der Vegetationsperiode zur Be- und Entlüftung benutzt. Bei der Nutzung des Gewächshauses als Trockner kann die Temperatur und Geschwindigkeit der Trocknungsluft durch die Stellung der Klappen (4) und (5) beeinflußt werden. Stellt sich beispielsweise während des Trocknungsvorganges ein geringer Druckunterschied ein, so sind die Klappen offen zu halten, damit durch einen geringen Luftdurchsatz Schimmelbildung oder Fäulnis vermieden werden kann. Steigt der Druckunterschied im Trockner an, etwa durch die Erwärmung der Luft, so kann es vorteilhaft sein, die Trocknungs­ temperatur durch Drosselung des Luftdurchsatzes ansteigen zu lassen. Die verstellbaren Seitenwände (6) sind innen verspiegelt und lenken die einfallende Solarstrahlung auf das Gebäude, was zu dessen zusätzlicher Erwärmung führt und die thermischen Auftriebskräfte verstärkt.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Gewächshaus in Ost- Westausrichtung mit ebener transparenter Verglasung (1), die auf den Stützmauern (7) und (8) aufliegt. Die massive Rückwand (7) kann, um die einfallende Solar­ strahlung besser zu absorbieren, nach bekannten Verfahren dunkel ausgeführt werden. Bei geeigneter Ausführung kann diese Rückwand (7) auch als thermischer Speicher wirken. Denkbar sind Fertigbetonteile oder schweres Mauerwerk, aber auch für die thermische Speicherung speziell geeignete Materialien in entsprechenden Behältern. Die Regalflächen (10) oder sonstige Stellflächen können so angeordnet werden, daß beispiels­ weise durch mäandern der Luftströme eine gleichmäßige Strömungs­ verteilung im Gebäude erreicht wird. Bei der Trocknung von lichtempfind­ lichen Produkten können die Regale auch lichtschützend aufgestellt werden.

Fig. 3 zeigt die Ausnutzung einer Geländeform zur Vergrößerung des Höhen­ unterschiedes zwischen Ein- und Auslaßklappen (4) und (5) und damit der Verbesserung des schwerkraftbedingten Auftriebes der inneren Luftmassen. Wird das transparente Gebäude (1), beispielsweise ein Gewächshaus, vollständig in Hanglage gebaut, so kann bei genügend großem Höhen­ unterschied zwischen den Ein- und Auslaßklappen (4) und (5), auf einen turmartigen Anbau verzichtet werden.

Fig. 4 zeigt zwei Beispiele wie der Luftstrom durch sich selbst schließende Klappen geregelt werden kann. Der Klappenkörper (11) ist eben oder wie ein Tragflügel (12) gekrümmt. Die Drehung des Klappen­ körpers (11) bzw. (12) um seine Achse (17) wird durch die Ausnutzung des Auftriebsprinzipes von umströmten gekrümmten Flächen erreicht. Dazu werden an den Be- bzw. Entlüftungsöffnungen der Gebäudehülle (1) gekrümmte (13) oder gerade (14) Luftleitbleche angebracht. Verstellbare Gewichte (15) dienen der Ausbalancierung des Klappenkörpers (11) bzw. (12). In Ruhestellung kann dieser auf verstellbaren Abstandshaltern (16) aufliegen und so beispielsweise erst bei einer bestimmten Anström­ geschwindigkeit den Schließvorgang einleiten. Der zweite verstellbare Anschlag (18 ) dient dazu, das Abreißen der Strömung am Klappenkörper (11) bzw. (12) zu verhindern. Um ein Flattern dieser Klappen zu vermeiden können diese mit bekannten Vorrichtungen etwa mit hydrau­ lischen Zylindern gedämpft werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung eines Luftstromes, der durch den Anstieg von Temperatur und Feuchte der Luft innerhalb von Gebäuden schwerkraft­ bedingt erzeugt wird, und das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

• a) an ein oder mehreren Gebäuden, die vorteilhafterweise transparente Gebäudehüllen besitzen, wird eine turmartige Erhöhung angebaut die auch
• b) durch Ausnutzung einer Geländeform erreicht werden kann, sowie durch
• c) Abdichtung der Gebäudehülle gegen unkontrollierten Lufteintritt und durch
• d) den Einbau von Be- und Entlüftungsklappen,

gekennzeichnet durch

• e) geformte Luftleitbleche und
• f) schwenkbare ebene oder gekrümmte Klappenkörper die mit Hilfe von
• g) verstellbaren Gewichten so ausbalanciert werden,

daß sie selbstregulierend auf den Luftstrom einwirken, wobei die Merkmale a), und d) die Oberbegriffe bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gebäude zusätzlich

• h) spiegelnde Flächen angebracht werden,

sowie in dem Gebäude

• i) Anstriche, Folien, Bleche oder Stellwände und
• j) thermische Speichermassen

so angebracht werden, daß die einfallende solare Strahlungsenergie auf das Gebäude geleitet, dort verbessert absorbiert und thermisch gespeichert werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 jedoch, dadurch gekennzeichnet, daß

• k) der Antrieb der Be- und Entlüftungsklappen mit Fremdantrieb nach bekannten Kriterien erfolgt, sowie
• l) Fremdenergie, thermische oder mechanische, zur Bewegung der Luft eingesetzt wird, und
• m) die Trocknung der Zuluft innerhalb oder außerhalb des Gebäudes erfolgt.