DE3809093A1 - Quell-lueftungssystem fuer raeume - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Quell-Lüftungssystem für Räume, bei welchem die Luft impulsarm in Bodennähe in einen Raum eingebracht und dort durch die Einwirkung vorhandener Wär­ mequellen unter Auftriebserzeugung nach oben zur Decke hin gefördert wird.

Solche Quell-Lüftungssysteme sind bereits bekannt und arbeiten nach dem Prinzip der sogenannten Verdrängungsströmung.

Eine solche Verdrängungsströmung stellt sich ein, wenn die Luft gleichmäßig über den Boden verteilt, z.B. durch den Teppich in den Raum eintritt. Sie steigt dann bevorzugt an Wärmequellen auf und durchströmt den Raum in Richtung von unten nach oben. Temperatur sowie Gas- und Partikelkonzen­ tration steigen dabei in gleicher Richtung, also von unten nach oben an.

Besonders vorteilhaft hierbei ist, daß die Luftgeschwindig­ keiten extrem niedrig und mit den meisten Meßgeräten gar nicht erfaßbar sind, so daß sich auch keine merklichen Zug­ erscheinungen einstellen können. Auch im Bereich der Luft­ auslässe selbst kann die Luftgeschwindigkeit problemlos so eingestellt werden, daß sie unterhalb der die Behaglichkeit störenden Grenzwerte bleibt.

Da die Konzentration der Schadstoffe vom Boden zur Decke hin ansteigt und an der Decke den Wert erreicht, welchen die Mischungslüftung dort auch haben würde, ergibt sich, daß bei der mit Quell-Lüftungssystemen erzeugten Verdrängungs­ strömung die Luftqualität im Aufenthaltsbereich besser ist, als bei einer üblichen Mischungsströmung.

Neben dem Einfluß der im Raum befindlichen Wärmequellen auf die Strömung liegt aber noch ein weiterer wesentlicher Ein­ fluß in der vorhandenen Strahlung zwischen den Wänden des Raumes, und zwar vor allem zwischen der Raumdecke und dem Raumboden.

Da die Decke des Raumes bestrebt ist, die Temperatur der Abluft anzunehmen, kann es vorkommen, daß die sich dort einstellende Übertemperatur so groß wird, daß der Strah­ lungsaustausch zwischen der oberen und der unteren Raum­ hälfte nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Bei einer Übertemperatur von 10 K würde nämlich immerhin etwa ein Wärmestrom von 50 W/m² von der Decke zum Boden hin abgestrahlt. Unter der Voraussetzung, daß der Boden gut isoliert ist, wird dann dieser Wärmestrom konvektiv an die Luft abgegeben. Wenn dann noch der Weg der Luft längs des Bodens relativ lang ist, dann führt dies zwangs­ läufig zu einem erhöhten Temperaturanstieg in der Frisch­ luftschicht am Boden, der nicht in jedem Falle hingenommen werden kann.

Bisher wurde dieser bei Quell-Lüftungssystemen auftretenden Unzulänglichkeit durch den Einbau einer Deckenkühlung ent­ gegengewirkt. Hieraus resultiert jedoch ein erhöhter An­ lagen- und Wartungsaufwand, der nur in wenigen Sonderfällen in Kauf genommen wird.

Ziel der Erfindung ist es, den durch die Strahlung zwischen den Wänden, und zwar insbesondere zwischen der Decke und dem Boden erzeugten Wärmestrom unter Vermeidung einer Decken­ kühlung zu vermindern.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß im wesentlichen da­ durch, daß die dem Rauminneren zugewendete Fläche zumin­ dest der Deckenkonstruktion metallisch glänzend ausgeführt ist.

Während die Emissionszahl als Maß für die abgegebene Wärme­ strahlung für den grauen Strahler etwa bei 0,9 liegt, haben metallisch glänzende Strahler Emissionszahlen zwischen 0,1 und 0,2. Folglich läßt sich durch Anwendung des Erfindungs­ vorschlags der Wärmestrom von der Raumdecke zum Boden hin gegenüber einer üblichen, als grauer Strahler wirkenden Decke bis in die Nähe von 10% reduzieren.

Da die metallisch glänzende Ausrüstung der dem Raum zugewende­ ten Fläche der Deckenkonstruktion praktisch bei jeder beliebi­ gen Deckenausführung bewirkt werden kann, ist mit relativ ge­ ringem Aufwand jederzeit auch noch eine Nachrüstung möglich, wenn sich dies als notwendig erweisen sollte.

Im einfachsten Falle sieht die Erfindung vor, daß die metal­ lisch glänzende Fläche der Deckenkonstruktion aus einem Fo­ lienbelag besteht, der auf die Raumseitenfläche eines als grauer oder schwarzer Strahler ausgelegten Tragelementes auf­ gebracht ist.

Der besondere Effekt einer solcher Ausgestaltung liegt dann darin, daß nach oben an die Decke Wärmestrahlung abgegeben werden kann und sich damit eine weitere Verbesserung der Wirkungsweise des Quell-Lüftungssystems erzielen läßt.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß der mit der metallisch glänzenden Fläche versehene, graue oder schwarze Strahler aus Schichtmetallpaneelen, insbesondere Blechpaneelen, besteht, in dem diese auf ihrer Unterseite mit einer glänzenden, reflektierenden Schicht versehen wer­ den.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend ausführ­ lich erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematisiertem Vertikalschnitt einen Raum mit einem Quell-Lüftungssystem und eingezeichnetem Strömungsbild und

Fig. 2 ebenfalls in schematisiertem Vertikalschnitt einen Sonderfall, bei dem das Quell-Lüftungssystem im Raum mit Quelluft-Induktionsgeräten arbeitet.

Nach Fig. 1 der Zeichnung ist der von den Wänden 1 umschlos­ sene Raum 4 mit einem Quell-Lüftungssystem ausgestattet, das Luftauslässe 5 unmittelbar oberhalb des Bodens 6 aufweist, von denen der Einfachheit halber nur einer dargestellt ist.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß Quell-Lüftungs­ system so zu betreiben, daß die Klimatisierungsluft unmittel­ bar durch den als Lochboden ausgelegten Boden 6 und einen luft­ durchlässigen Teppich in den Raum 4 eingeführt wird.

An einer Seite des Raumes 4 wird die Klimatisierungsluft durch den Luftauslaß 5 großflächig, nämlich vorzugsweise über die gesamte Raumbreite, mit niedriger Geschwindigkeit eingeführt, und zwar im gezeigten Beispiel unmittelbar ober­ halb des Bodens 6, so daß sie sich gleichmäßig verteilt und ein Frischluftreservoir 23 bildet, dessen Höhe im wesent­ lichen von den Wärmequellen 7 bestimmt wird, die sich im Raum 4 befinden.

Unterhalb einer unteren Trennschicht 24 a strömt dabei alle Luft zur Wärmequelle 7 hin. Im Raum 4 entsteht daher das in Fig. 1 gezeigte Strömungsverhalten. Die Höhe des Frisch­ luftreservoirs 23 bzw. der Frischluftschicht ergibt sich dabei aus dem Volumenstrom der Zuluft und dem Förderpro­ fil der Wärmequelle. Die Obergrenze des Frischluftreservoirs 23 stellt sich dort ein, wo der von der Wärmequelle 7 nach oben geförderte Volumenstrom dem Zuluftstrom je Wärmequelle 7 gleicht.

Wenn daher der Luftauslaß 5 niedriger ist als die Höhe des Frischluftreservoirs 23 bzw. der Frischluftschicht, dann wird die Luftgeschwindigkeit hinter dem Luftauslaß 5 nicht beschleunigt und die Luft fällt vom Luftauslaß 5 nicht zum Boden 6.

Auch Schadstoffe, die im Auftriebsstrom freigesetzt werden, können nicht in das Frischluftreservoir 23 bzw. die Frisch­ luftschicht gelangen, welche den gesamten Bodenbereich im Raum 4 ausfüllt.

Außer der Wärmequelle 7 ist im Raum 4 bspw. noch ein Tisch 8 vorhanden.

Die Tischplatte hat durch absorbierte Strahlung und durch den Wärmestrom aus dem unteren Bereich der Wärmequelle 7 eine geringe Übertemperatur gegenüber der Umgebung. Dadurch setzt sich auch eine Strömung vom Rand der Tischplatte aus in Bewegung, die aber nur um ein relativ geringes Maß, bspw. von 300 mm, aufsteigt, weil ihr Impuls und ihre Über­ temperatur nur gering sind. Sie steigt aber etwa solange nach oben, bis sich ihre Temperatur der Umgebung ange­ glichen hat. Dort breitet sich dann die Luft horizontal im Raum 4 aus und wird anschließend wieder von den stärke­ ren Wärmequellen 7 zurückgesaugt, so daß auf diese Art und Weise eine weitere Trennschicht 24 b entsteht, welche nur vom Auftrieb der stärkeren Wärmequellen 7 durchbrochen wird.

Durch die Wärmequellen ergeben sich also zwei charakteristi­ sche Strömungsformen im Raum, nämlich

• - Auftriebsfahnen über Quellen mit starkem Auftrieb, bspw. im Bereich von Personen, Computer-Terminals oder dergl., in denen die Strömung bis unter die Decke 25 reicht, und
• - Schichtenströmung über Quellen mit schwachem Auftrieb.

Beide Strömungsformen überlagern sich dabei im Raum 4.

Solange dabei die Schadstoffquellen gleichzeitig an die star­ ken Wärmequellen gekoppelt sind, entweichen die Schadstoffe aus dem Aufenthaltsbereich nach oben in die sich unter der Decke 25 ausbildende Abluftschicht 26, mit der Folge, daß die Luftqualität im Aufenthaltsbereich verbessert wird.

Aufgrund der Schichtenströmung stellt sich eine fast voll­ kommen horizontale Temperaturverteilung im Raum 4 ein.

Ein Quell-Lüftungssystem, das in dem von den Wänden 1 um­ schlossenen Raum 4 mit Quelluft-Induktionsgeräten 5 arbeitet, ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.

Das Quelluft-Induktionsgerät 5 ist dabei auf dem Boden 6 stehend angeordnet. Es kann aber auch an der Wand 1 hängend befestigt werden.

Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 tritt die Klima­ tisierungsluft an einer Seite des Raumes 4, und zwar durch die Austrittsöffnung 16 des Quelluft-Induktionsgerätes 5, großflächig, nämlich vorzugsweise über die gesamte Raumbrei­ te, mit niedriger Geschwindigkeit ein. Sie verteilt sich da­ bei in diesem Falle unmittelbar oberhalb des Bodens 6 und bildet dort das Frischluftreservoir 23, dessen Höhe im we­ sentlichen von der Höhe der schlitzartigen Austrittsöffnun­ gen am Quelluft-Induktionsgerät 5 bestimmt wird, dabei jedoch auch dem Einfluß von im Raum 4 vorhandenen - nicht gezeigten - Wärmequellen unterliegt.

Oberhalb der das Frischluftreservoir 23 bildenden Klimati­ sierungsluft wird von der bereits vorhandenen Raumluft eine Trennschicht ausgebildet, die hier bis zur Höhe von Sekundär­ luft-Ansaugöffnungen 13 des Quelluft-Induktionsgerätes 5 hoch­ reicht und deren Dicke etwa um die Bauhöhe der schlitzarti­ gen Austrittsöffnungen 16 für die Klimatisierungsluft ge­ ringer ist als der Abstand der Sekundärluft-Ansaugöffnungen 13 vom Boden 6.

Über die Bauhöhe der Sekundärluft-Ansaugöffnungen 13 bildet sich im Raum 4 eine weitere Trennschicht aus, die gewisser­ maßen als ein Sekundärluftreservoir 24 wirksam ist, aus dem die Sekundärluft in das Quelluft-Induktionsgerät 5 eingesaugt wird.

Innerhalb der zwischen dem Frischluftreservoir 23 und dem Sekundärluftreservoir 24 gebildeten Trennschicht, also im unteren Raumbereich, stellt sich hier eine Mischungsströmung von Raumluft und Klimatisierungsluft ein, während sich ober­ halb der als Sekundärluftreservoir 24 wirkenden Trennschicht, also im oberen Raumbereich, eine Quellströmung ausbildet. In diesem Raumbereich steigt also die Luft - wenn man die Turbulenzerzeugung durch Wärmequellen im Raum 4 außer Acht läßt - mehr oder weniger gleichmäßig nach oben. Unmittelbar unter der Decke 25 des Raumes 4 bildet sich dann eine Ab­ luftschicht 26 aus, die in bekannter Weise durch Abluft­ öffnungen etwa in gleicher Menge nach außen abgeführt wird, wie Primärluft in das Quelluft-Induktionsgerät 5 eingeführt wird.

Da die Luftgeschwindigkeit im Bereich der Quellströmung, also oberhalb der als Sekundärluftreservoir 24 wirksamen Trennschicht, extrem niedrig ist, werden dort Zugerschei­ nungen völlig vermieden.

Durch den relativ großen Querschnitt der Austrittsöffnungen 16 für die Klimatisierungsluft wird auch deren Austrittsge­ schwindigkeit oberhalb des Bodens 6 soweit herabgesetzt, daß im Bereich der Mischungsströmung, also im unteren Raum­ bereich, Zugerscheinungen weitestgehend entfallen.

Beim Einsatz des Quell-Lüftungssystems nach Fig. 2, welches mit Quelluft-Induktionsgeräten 5 arbeitet, bilden sich auch hier im Raum 4 zwei unterschiedliche Strömungsformen aus, die sich in verschiedenen Raumhöhenbereichen überlagern. Wenigstens annähernd bis zur Höhe der Brüstung 2 von Fen­ stern 3 ist im Raum Mischungsströmung vorhanden, während sich im darüber gelegenen Raumbereich bis zur Decke 25 hin eine Quellströmung bzw. Verdrängungsströmung ausbildet.

Durch die Quell-Lüftungssysteme nach den Fig. 1 und 2 kann nicht nur die Luftqualität im Aufenthaltsbereich eines Raumes erheblich verbessert werden, sondern es wird hier­ durch auch die vertikale Temperaturverteilung innerhalb dieses Raumes 4 optimiert.

Da sowohl nach Fig. 1 als auch nach Fig. 2 die Decke 25 des Raumes 4 bestrebt ist, die Temperatur der unter ihr anstehenden Abluft 26 anzunehmen, kann es vorkommen, daß die sich dort einstellende Übertemperatur so groß wird, daß der Strahlungsaustausch zwischen der oberen und der unteren Raumhälfte nicht mehr vernachlässigt werden kann. Deshalb wird die dem Raum 4 zugewendete Fläche der Decke 25 metallisch glänzend ausgerüstet. Im einfachsten Falle kann dies dadurch erreicht werden, daß als metallisch glänzende Fläche der Deckenkonstruktion ein Folienbelag, z.B. aus Aluminiumfolie, verwendet wird. Dieser Folienbelag kann dabei entweder direkt auf die Fläche der Decke 25 oder aber auf die raumseitige Fläche eines als grauer oder schwarzer Strahler ausgelegten Tragelementes aufgebracht werden. Im letzteren Falle wird in besonders vorteilhafter Weise er­ reicht, daß nach oben an die Decke 25 Wärmestrahlung abge­ geben werden kann und dabei eine weitere Verbesserung der Wirkungsweise des Quell-Lüftungssystems erzielt wird.

Nach einer anderen Ausbildungsmöglichkeit kann die Decken­ konstruktion auch aus Schichtmetallpaneelen, insbesondere Blechpaneelen, bestehen, die an sich als graue oder schwarze Strahler ausgeführt sind, welche jedoch an ihrer Unterseite eine glänzende, reflektierende Schicht tragen.

Claims (3)

1. Quell-Lüftungssystem für Räume, bei welchem die Luft im­ pulsarm in Bodennähe in einen Raum eingebracht und dort durch Einwirkung vorhandener Wärmequellen unter Auftriebs­ erzeugung nach oben zur Decke hin gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rauminneren zugewendete Fläche zumindest der Deckenkonstruktion metallisch glänzend ausgeführt ist.

2. Quell-Lüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisch glänzende Fläche der Deckenkonstruk­ tion aus einem Folienbelag, z.B. einer Aluminiumfolie, besteht, der auf die Raumseitenfläche eines als grauer oder schwarzer Strahler ausgelegten Tragelementes, insbe­ sondere auf die Unterseite einer abgehängten Decke, auf­ gebracht ist.

3. Quell-Lüftungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der metallisch glänzenden Fläche versehene, graue oder schwarze Strahler aus Schichtmetallpaneelen, insbesondere Blechpaneelen, besteht.