DE3802731C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Belüftungssystem für einen ge­ schlossenen Raum, insbesondere einen dem Aufenthalt von Per­ sonen dienenden Raum, in den Zuluft passiv eingeführt und aus dem Abluft oben absaugt wird, wobei die Zuluft über einen durch Transmissionswärme beaufschlagten Wärmetauscher geführt wird.

Ein solches Belüftungssystem ist aus der DE-AS 26 02 479 be­ kannt und dient dazu, mit Hilfe von Wärmepumpen den Trans­ missionswärmeverlust von beheizten Gebäuden zurückzugewin­ nen. Hierzu wird die Zuluft über einen in der Fensterkonstruk­ tion vorgesehenen Wärmetauschraum geführt, so daß sie durch Transmissionswärme vorgewärmt wird, die im Fensterbereich be­ sonders stark anfällt. Die vorgewärmte Zuluft wird unmittel­ bar nach Austritt aus dem Wärmetauschraum in den Raum ein­ geführt, so daß in dem Raum eine Durchmischung von Zuluft und Raumluft eintritt. Es ergibt sich dadurch meist eine in dem Raum walzenförmig ausgebildete Luftströmung, deren Ausbildung durch eventuell unter dem Fensterbereich wirksame Heizkörper begünstigt werden kann. Die walzenförmige Luftbewegung im Raum führt aber dazu, daß ein Teil der zugeführten vorgewärmten Zu­ luft eine nur kurze Verweilzeit im Raum hat, denn sie wird in die walzenförmige Bewegung in Aufwärtsrichtung eingeführt, so daß sie direkt in den oberen Raumbereich gelangt, wo die Ab­ luft abgesaugt wird. Dadurch kann dieser Teil der Zuluft nur für entsprechend kurze Zeit Wärmeenergie an den Raum abgeben und verbrauchte Luft ersetzen. Dieser Zuluftanteil tritt dann sofort wieder als Abluft aus dem Raum aus, wodurch sich ins­ gesamt eine unzureichende Lüftungswirkung und Wärmenutzung er­ gibt. Falls dem Raum keine Mittel zur Rückgewinnung der Abluft­ wärme nachgeordnet sind, geht auch der im Raum zuvor nicht ge­ nutzte Wärmeanteil der Zuluft verloren. Will man eine vorge­ gebene Lüftungswirkung erreichen, so ist bei einem solchen Be­ lüftungssystem eine große Zuluftmenge zuzuführen, die bei be­ grenztem Wärmetauschraum für die Vorwärmung eine hohe Strö­ mungsgeschwindigkeit erfordert. Dadurch wird aber der Wärmeaus­ tauschwirkungsgrad herabgesetzt.

In der DE-Z TAB 4/85, Seite 279 bis 284 sind das Prinzip und die Wirkungsweise der Verdrängungslüftung beschrieben und schematisch dargestellt. Dabei wird darauf hingewiesen, daß bei einer Verdrängungslüftung eine Reduzierung des zur Abfuhr der Wärmelast notwendigen Volumenstromes möglich ist, so daß daraus niedrigere Anlagen- und Betriebskosten resultieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach dem vorbekannten Prinzip arbeitendes Belüftungssystem anzugeben, das eine wesentliche Verringerung des Energiebedarfs gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Belüftungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Durchmischungslüftung und die da­ mit verbundene Ausbildung einer Luftwalze im Raum vermieden, denn eine Verdrängungslüftung zeichnet sich dadurch aus, daß sich im Raum übereinanderliegende Luftschichten bilden, die durch die laufend nachgelieferte Zuluft verdrängt, also in Richtung zur Absaugstelle der Abluft verlagert werden. Die Luft­ schichten durchmischen sich dabei praktisch nicht, sofern sie nicht durch Personenbewegung im Raum gestört werden. Wenn eine derartige Verdrängungslüftung nun von unten nach oben erfolgt, so bildet sich am Boden des Raumes eine laufend erneuerte Schicht aus Zuluft aus, deren Temperatur durch den Grad der Vorwärmung mit Transmissionswärme bestimmt ist. Die darüber­ liegenden Schichten werden durch den mit der Zuluft erzeugten Verdrängungseffekt in Aufwärtsrichtung verlagert und versorgen auf diese Weise den Raum mit Frischluft. Wenn die als Flächen­ strahlungsheizung ausgebildete Raumheizung im oberen Raumbe­ reich zur Wirkung kommt, so werden die Luftschichten durch Wärmeaustausch mit den Raumwänden erwärmt und dadurch ihre Ver­ lagerung in Aufwärtsrichtung begünstigt.

Es hat sich gezeigt, daß die für eine solche Art der Belüftung erforderliche Saugleistung zum Abführen der Abluft und Zufüh­ ren der Zuluft nur sehr gering sein muß, weil die in den Raum eingeführte Zuluft bei der Verdrängungslüftung den Raum ins­ gesamt von unten nach oben durchläuft und somit eine optimale Lüftungswirkung erzeugt. Da hierbei kein Anteil der Zuluft für die Lüftung verlorengeht, wie es bei dem zuvor beschriebenen bekannten System der Fall ist, ist der Bedarf an Zuluft zur Belüftung eines Raums entsprechend geringer, was ein bedeuten­ des Herabsetzen des Luftwechsels und damit eine Einsparung an Energie für das Absaugen der Abluft bedeutet. Durch die gleich­ zeitig erreichte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Zuluft in dem Wärmetauschraum ist eine Erhöhung des Wärme­ tauschwirkungsgrades gegeben, wodurch die vorgewärmte Zuluft mit einer Temperatur in den Raum eingeführt wird, die nur wenig unter der Raumtemperatur liegt. Eine eventuell vorgesehene Raumheizung muß also einen geringeren Wärmebedarf als bei vor­ bekannten Systemen decken. Da eine solche Raumheizung als Flächenstrahlungsheizung im oberen Raumbereich ausgebildet ist, wird jeglicher störende Einfluß auf die Ausbildung der über­ einanderliegenden Luftschichten vermieden. Die Flächenstrah­ lungsheizung beheizt nicht unmittelbar die Raumluft, sondern die Raumwände und den Boden, so daß an diesen Flächen ein Wärmeaustausch mit der Raumluft stattfindet.

Bei dem oben beschriebenen bekannten Belüftungssystem ist die Wärmetauschkammer zwischen den Scheiben eines Mehrfachscheiben­ fensters ausgebildet. Dieses Fenster hat an seiner Außenseite eine Einfachglasscheibe und an seiner Innenseite eine stark isolierende Mehrfachglasscheibe. Dadurch wird zwar der Trans­ missionswärmeverlust im Fensterbereich herabgesetzt, aber der Wärmetauschwirkungsgrad in der Wärmetauschkammer ist ent­ sprechend gering. Deshalb ist bei Verwendung einer in eine Fensterkonstruktion eingebauten Wärmetauschkammer eine vor­ teilhafte Weiterbildung der Erfindung gegeben, wenn auf der Rauminnenseite eine Einfachglasscheibe und auf der Raumaußen­ seite eine Mehrfachglasscheibe vorgesehen ist. Dadurch wird der Wärmetauschwirkungsgrad der Wärmetauschkammer erhöht und gleichzeitig erreicht, daß die auf die Zuluft übertragene Transmissionswärme zu einem möglichst hohen Anteil in der Zu­ luft bleibt und nicht in den Außenraum eintritt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 den Vertikalschnitt eines zu belüftenden Raums mit einer Fensterkonstruktion und

Fig. 2 den Vertikalschnitt eines Gebäudes mit zwei zu belüftenden Räumen.

In Fig. 1 ist schematisch der Querschnitt eines Raumes mit einer Außenwand 1, einer Bodenfläche 2, einer Innenwand 3 und einer Decke 4 dargestellt. In die Außenwand 1 ist ein Fen­ ster 5 eingelassen, das außenseitig eine Mehrfachglasscheibe 6 und im Abstand hiervon rauminnenseitig eine Einfachglasscheibe 7 aufweist. Hierdurch wird ein kammerförmiger Fensterinnenraum 8 gebildet, der als Wärmetauschkammer dient. Im oberen Bereich des Fensters 5 ist ein Lufteinlaß 9 vorgesehen, der in eine oder mehrere Düsen 10 mündet, die in den Fensterinnenraum 8 ragen.

Der Lufteinlaß 9 wird von einer schlagregensicheren Abdec­ kung 11 abgeschirmt. Die Luft des Fensterinnenraums 8 wird im unteren Bereich des Fensters 5 durch eine Öffnung 12 über ein Zuluftventil 13 sowie einen Luftverteilungskanal 14 abge­ führt. Der Luftverteilungskanal 14 mündet in mehrere Zuluft­ eintrittsöffnungen 15, die sich längs der Wand 1 erstrecken.

Im Bereich der Decke 4 ist eine über eine Warmwasserheizung betriebene Flächenstrahlungsheizung 16 angeordnet. Ihre Strah­ lung erwärmt gleichmäßig die Wandflächen des Raumes sowie die Bodenfläche 2. Die Innenwand 3 besitzt in ihrem oberen Bereich einen Abluftdurchlaß 17. Die ihn durchströmende Luftmenge wird über ein regelbares Abluftventil 18 eingestellt. Der Abluftdurch­ laß 17 mündet in einen Abluftkanal 19.

Eine zentrale Lüftungsanlage erzeugt im Abluftkanal 19 zum Fördern von Abluft 20 einen Unterdruck. Demzufolge herrscht auch im Raum ein um einen über das Abluftventil 18 einstellbaren Betrag verminderter Unterdruck. Aufgrund der Druckdifferenz zur Atmosphäre wird über den Lufteinlaß 9 Außenluft 21 ange­ saugt. Diese wird über die Düsen 10 in den Fensterinnenraum 8 injiziert, wobei durch den Luftstrom Luftwirbel induziert wer­ den, die eine Kondenswasserbildung verhindern. Die Fenster­ scheiben 6, 7 arbeiten zusammen mit dem Fensterinnenraum 8 als Wärmetauscher. Die Einfachglasscheibe 7, die nur in ge­ ringem Maße wärmedämmend wirkt, überträgt einen Teil der Wär­ meenergie des Raumes auf die den Fensterinnenraum 8 von oben nach unten durchströmende Luft. Die Mehrfachglasscheibe 6 ist dagegen nur in geringem Maße wärmedurchlässig, wodurch sich im Fensterbereich bei Wärmeübergang auf die Luft ein insgesamt kleiner Transmissionswärmeverlust ergibt.

Die Luft des Fensterinnenraums 8 wird über das Zuluftventil 13 und den Luftverteilungskanal 14 abgeleitet. Auch der Luftver­ teilungskanal 14 kann hier als wärmetauschende Fläche wirken. Da das Belüftungssystem mit geringem Luftwechsel arbeitet, ist auch die Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Fensterinnen­ raum 8 niedrig. Dadurch ist auch die Aufheizzeit der Luft lang, und an den Zulufteintrittsöffnungen 15 wird eine Luft­ temperatur erreicht, die der Raumtemperatur nahekommt.

Die vorgewärmte Luft strömt als Zuluft 22 über die Zuluft­ eintrittsöffnungen 15 etwa waagerecht aus. Die Temperatur der Zuluft 22 ist etwas niedriger als die Raumluft 23 und be­ sitzt damit eine höhere spezifische Dichte. Sie breitet sich deshalb in der Nähe der Bodenfläche 2 aus und verdrängt leich­ tere wärmere Luftschichten nach oben. Dadurch entsteht eine von unten nach oben gerichtete Verdrängungslüftung.

In der Nähe der Decke 4 wird die Luft über den Abluftdurch­ laß 17 abgesaugt. Im stationären Strömungszustand ist die Ver­ mischung zwischen den verschiedenen Luftschichten gering. Die von außen zugeführte Luftmenge durchströmt so zwangsweise den gesamten Raum, und wird nicht wie bei einer Verdünnungslüftung zu einem beträchtlichen Teil sofort wieder als Abluft abge­ führt. Dadurch wird die Zuluft 22 sowohl hinsichtlich ihres Wärmeinhalts als auch hinsichtlich ihrer Frischluftqualität optimal genutzt, mit der Folge, daß die dem Raum zugeführte Luftmenge pro Zeiteinheit auf einen kleinen Wert reduziert werden kann. In der Praxis kann somit ein Luftwechsel kleiner als 1 pro Stunde erreicht werden. Dementsprechend kann auch die ggf. erforderliche Heizenergie vermindert werden.

Oberhalb der Bodenfläche 2 des Raumes bildet sich aufgrund der zuströmenden kalten Zuluft ein Kaltluftsee aus, dessen Temperatur aufgrund der Vorwärmung der Luft nur geringfügig niedriger als die der vorhandenen Raumluft ist. Eine strich­ punktiert schematisch angedeutete Begrenzungsfläche 24 soll zeigen, daß sich Luftschichten unterschiedlicher Temperatur ausbilden, und eine turbulente Durchmischung der verschiedenen Luftschichten weitgehend vermieden wird. Die Heizung des Rau­ mes in Form der Flächenstrahlungsheizung 16 unterhalb der Decke 4 vermeidet eine Störung der Luftschichtung und erzeugt durch ihre indirekte Heizwirkung ein behagliches Raumklima.

In Fig. 2 ist schematisch eine Gesamtansicht eines Wohnhauses dargestellt, das wärmedämmende Wände 30 aufweist.

Ein Wohnraum 31 und eine Küche 32 sind mit dem beschriebenen Belüftungssystem ausgestattet. Beide Räume 31, 32 besitzen je eine Deckenheizung 33, 34 sowie wärmetauschende Fenster 35, 36 und Abluftdurchlässe 37, 38. In der Küche 32 ist eine Abluft­ haube 39 vorgesehen, die dem Raum zusätzlich Abluft entnehmen kann. Sie wird beim Benutzen eines Herdes 40 zugeschaltet, wo­ durch ein erhöhter Luftdurchsatz erreicht wird.

Die Abluftdurchlässe 37, 38 sind über einen Abluftkanal 41 zu­ sammengeschlossen, der die Abluft einer Wärmepumpe 42 zuführt. Diese gewinnt einen Teil der Wärmeenergie der Abluft zurück und erwärmt ihrerseits das Wasser eines Wasserspeichers 43, der über eine Warmwasserleitung 44 die Deckenheizungen 33, 34 speist. Da diese mit sehr niedrigen Temperaturen arbeiten, die zwischen 28°C und 32°C liegen können, reicht es aus, das Was­ ser auf eine Vorlauftemperatur im Bereich von 30°C bis 40°C zu erwärmen. Auch dadurch wird die Wärmeausnutzung des Hei­ zungs- und Belüftungssystems des Hauses weiter verbessert.

Die Abluft wird über einen nicht eingezeichneten Ventilator als Fortluft 45 über einen Kellerschacht an die Atmosphäre ab­ geführt. Wenn die Fortluft 45 über die Wärmepumpe bis auf den Temperaturwert der Außenluft abgekühlt wird, dann kann der Wärmebedarf für Transmission und Lüftung allein aus der Ab­ luftwärme und der Eigenwärme infolge Nutzung des Hauses ge­ deckt werden. Bei optimaler Wärmedämmung des Hauses kann sich der Energiebedarf so auf die elektrische Versorgung einer zwei­ stufigen Wärmepumpenanlage beschränken.

Das in der Fig. 1 bzw. in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann noch durch verschiedene Ausführungsvarianten ergänzt werden, die aber aus Gründen besserer Übersicht in den Figuren nicht eingezeichnet sind. So ist es möglich, die Zulufteintrittsöffnungen 15 nicht nur im Wandbereich unter­ halb des Fensters 5 vorzusehen, sondern diese längs der ge­ samten Wand 1 zu verteilen. Der Gesamtquerschnitt der Zuluft­ eintrittsöffnungen 15 wird somit vergrößert, und die Zuluft 22 kann in breiter Front in Bodennähe austreten. Die Zuluft 22 kann auch über mehrere Luftverteilungskanäle 14 zu verschie­ denen Wänden des Raumes verteilt werden, wo sie über ent­ sprechende Zulufteintrittsöffnungen 15 in Bodennähe ausströmt. Diese Maßnahmen sind dann anzuwenden, wenn größere Räume, die von mehreren Menschen benutzt werden, zu belüften sind. Sollen sehr große Räume, z.B. Großraumbüros, auf diese Weise belüftet werden, so können Zulufteintrittsöffnungen 15 auch in der Bo­ denfläche 2 vorgesehen sein.

Die Zulufteintrittsöffnungen 15 können in vorteilhafter Weise in die Bodenleiste des Raumes einbezogen sein, so daß keine zusätzlichen Luftführungselemente erforderlich sind. Die Form der Zulufteintrittsöffnungen 15 kann z.B. schlitzförmig oder lochförmig ausgebildet sein. Es sind aber auch andere Formen der Zulufteintrittsöffnungen 15 denkbar, wobei die Luft bei­ spielsweise über Lamellen oder Gitter ausströmt.

Die Zulufteintrittsöffnungen 15 können so ausgebildet sein, daß die Zuluft 22 etwa waagerecht ausströmt. Der Luftstrom verteilt sich dann sehr gleichmäßig über die Bodenfläche 2 und schiebt sich praktisch störungsfrei unter die warme Raumluft.

Zum Absaugen der Abluft 20 kann auch ein Wandeinbauventilator vorgesehen werden, dessen Luftdurchsatz steuerbar ist. Über eine elektrische Steuerung des Ventilators läßt sich so ein automatisches Belüftungssystem in einem Gebäude realisieren, das nach vorgegebenen Zeitintervallen oder entsprechend der Raumnutzung gesteuert werden kann.

Es ist auch möglich, anstelle einer in einer Fensterkonstruk­ tion vorgesehenen Wärmetauschkammer einen Wärmetauscher an­ derer Art ggf. an einer anderen Stelle zu verwenden, der gleichfalls durch Transmissionswärme beaufschlagt wird.

Claims (15)

1. Belüftungssystem für einen geschlossenen Raum, insbesondere einen dem Aufenthalt von Personen dienenden Raum, in den Zuluft passiv eingeführt und aus dem Abluft oben abgesaugt wird, wobei die Zuluft über einen durch Transmissionswärme beaufschlagten Wärmetauscher geführt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• - die Außenluft (21) wird im oberen Bereich des Wärmetauschers über mindestens eine in die Wärmetauscherkammer (8) hineinragende Düse (10) eingeführt;
• - der untere Bereich der Wärmetauscherkammer (8) ist über mindestens einen Luftverteilungskanal (14) mit mehreren nahe der Bodenfläche (2) angeordneten Zulufteintrittsöffnungen (15) verbunden;
• - die Zuluft (22) wird über die Zulufteintrittsöffnungen (15) derart eingeführt, daß eine von unten nach oben gerichtete Verdrängungslüftung entsteht;
• - die Verdrängungslüftung erfolgt mit einem Luftwechsel kleiner als 1 pro Stunde; und
• - im oberen Raumbereich ist als Raumheizung eine Flächenstrahlungsheizung (16) vorgesehen.

2. Belüftungssystem nach Anspruch 1, mit einer Wärmetauscherkammer zwischen den Scheiben eines Mehrfachscheibenfensters, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rauminnenseite eine Einfachglasscheibe (7) und auf der Raumaußenseite eine Mehrfachglasscheibe (6) vorgesehen ist.

3. Belüftungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) im Wandbereich unterhalb des Fensters (5) vorgesehen sind.

4. Belüftungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) längs einer Wand (1, 3) des Raumes verteilt sind.

5. Belüftungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) längs mehreren Wänden (1, 3) des Raumes verteilt sind.

6. Belüftungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) auch in der Bodenfläche (2) vorgesehen sind.

7. Belüftungssystem nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) in die Bodenleiste des Raumes einbezogen sind.

8. Belüftungssystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) schlitzförmig oder lochförmig ausgebildet sind.

9. Belüftungssystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulufteintrittsöffnungen (15) so gerichtet sind, daß die Zuluft (22) etwa waagerecht ausströmt.

10. Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Zuluft (22) über ein steuerbares Zuluftventil (13) erfolgt.

11. Belüftungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuluftventil (13) im Fensterbereich angeordnet ist.

12. Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft (20) des Raumes über ein regelbares Abluftventil (18) geführt wird.

13. Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft (20) über einen Wandeinbauventilator abgeführt wird, dessen Luftdurchsatz steuerbar ist.

14. Belüftungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft (20) mehrerer Räume (31, 32) in einem Abluftkanal (41) zusammengefaßt ist.

15. Belüftungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftkanal (41) die Abluft (20) einer Wärmepumpe (42) zuführt.