DE4027833A1 - Building heating and cooling circuit - directs fresh air through chambers in ceilings containing heat-transfer pipes - Google Patents

Building heating and cooling circuit - directs fresh air through chambers in ceilings containing heat-transfer pipes

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Abstract

The circuit heats a building in winter and cools it in summer with the aid of the ceilings (2) of the different floors, into which pipes (4) are built for heat-transfer fluid from a refrigerating or heat-generating compressor (3). The ceilings contain chambers (5) through which the fresh air (1) flows which is to be delivered to the building interior, and which is to be heated or cooled. ADVANTAGE - Low installation cost and power consumption.

Description

Stand der TechnikState of the art

Bekannt ist die Beheizung von Gebäuden mit Hilfe von Heizkör­ pern, Fußboden- oder Deckenstrahlungsheizungen aber auch durch Zufuhr erwärmter und Absaugung abgekühlter Luft.The heating of buildings using radiators is known but also radiant floor or ceiling heating Supply of heated air and extraction of cooled air.

Bekannt ist die Kühlung von Gebäuden durch Zufuhr kalter Luft und Absaugung erwärmter Luft.The cooling of buildings by supplying cold air is known and extraction of heated air.

Bekannt ist neuerdings auch die Kühlung von Gebäuden mit Hilfe von Kühldecken. Das sind entweder unterhalb der tragenden Ge­ schoßdecken und oberhalb einer offen ausgebildeten abgehängten Decke nackt angeordnete oder in die abgehängten Decken selbst integrierte, Wärmeträgerflüssigkeit führende und mit einem der Kühlung dienenden Kompressor verbundene Rohre, die dem Raum Wärme durch Absorption entnehmen und mit Hilfe eines Kompres­ sors und eines Wärmetauschers an die Außenluft abgeben. Dabei wird aber immer noch die dem Innern von Gebäuden zuzuführende Frischluft mit Hilfe besonderer Kühlregister örtlich oder zen­ tral gekühlt und im letzteren Fall dem Gebäude durch Kanäle zu­ geführt.The cooling of buildings with the help is also known recently of chilled ceilings. These are either below the supporting Ge lap blankets and above an openly designed suspended Blanket arranged naked or in the suspended ceiling itself integrated, heat transfer fluid leading and with one of the Cooling compressor connected pipes that flow into the room Take heat by absorption and with the help of a compress sors and a heat exchanger to the outside air. Here but will still be the one to be supplied to the interior of buildings Fresh air locally or with the help of special cooling registers tral cooled and in the latter case to the building through channels guided.

Bekannt sind auch Systeme, bei welchen Kompressoren sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden. Systems are also known in which compressors are used both for Heating and cooling can be used.  

Nachteile des Stands der TechnikDisadvantages of the prior art

Da Luft volumenbezogen nur wenig Wärme bzw. Kälte transportie­ ren kann (weil sie eine - volumenbezogen - geringe Wärmekapa­ zität aufweist und weil sie weder besonders kalt noch besonders warm in das Innere von Gebäuden transportiert und eingeblasen werden kann), ist jeder Transport von Wärme oder Kälte mit Luft als Wärmeträger - im Gegensatz zum Transport von Wärme mit einer Wärmeträgerflüssigkeit - mit relativ großen Volu­ menströmen, großen Kanalquerschnitten, und (bei zentraler Luftaufbereitung) mit langen Kanalwegen und damit hohen Ventilatorleistungen und letztlich mit sehr hohen Kosten für die Anschaffung und für den Betrieb verbunden. Die weitgehende Deckung des Wärme- bzw. Kältebedarfs mit im Gebäude angeordne­ ten Wärmetauschflächen (Deckenstrahlungsheizungen und Kühldec­ ken) und die Reduzierung des Luft-Volumenstroms auf das für die Frischluftversorgung notwendige Maß und die Erwärmung oder Kühlung der Frischluft mit dezentral angeordneten, herkömm­ lichen Heiz- und Kühlregistern ergeben zwar eine Einsparung an Kanälen, dafür aber zusätzliche mit Rohren anzufahrende und extra zu steuernde Heiz- und Kühlregister - und damit immer noch eine komplizierte und teure Installation.Because air only transports little heat or cold in terms of volume can (because they have a - in terms of volume - low heat capacity quality and because it is neither particularly cold nor particularly transported and blown warm inside buildings every transport of heat or cold is included Air as a heat carrier - in contrast to the transport of heat a heat transfer fluid - with a relatively large volume flow, large channel cross sections, and (with central Air treatment) with long canal paths and thus high Fan performance and ultimately with very high costs for the acquisition and related to the operation. The most extensive Covering the heating and cooling requirements with the building heat exchange surfaces (radiant ceiling heating and cooling dec ken) and the reduction of the air volume flow to that for the necessary fresh air supply and the heating or Cooling of the fresh air with decentrally arranged, conventional Liche heating and cooling registers result in savings Channels, but additional and to be approached with pipes Heating and cooling registers to be controlled separately - and therefore always another complicated and expensive installation.

Die kleinen Wärmetauschflächen von Heiz- und Kühlregistern erfordern außerdem große Wärmegefälle an den Wärmetauschflächen - d. h. relativ hohe Heizwasser- bzw. relativ niedere Kühlwas­ sertemperaturen. Im Heizfall machen hohe Vorlauftemperaturen die Installation einer zusätzlichen, kostenaufwendigen und zudem mit klimarelevanten, fossilen Brennstoffen betriebenen herkömmlichen Heizung notwendig. Im Kühlfall haben niedere Kühlwassertemperaturen schlechtere Leistungszahlen, d. h. einen höheren Energiebedarf des Kompressors zur Folge.The small heat exchange surfaces of heating and cooling registers also require large heat gradients on the heat exchange surfaces - d. H. relatively high heating water or relatively low cooling water temperature. In the case of heating make high flow temperatures the installation of an additional, costly and also operated with climate-relevant, fossil fuels conventional heating necessary. In the cold case have lower ones Cooling water temperatures worse performance figures, i. H. one higher energy requirements of the compressor.

Dezentrale Heiz- und Kühlregister müssen zudem (mangels Speicherfähigkeit) im Augenblick des Bedarfs, also meist tags­ über betrieben werden. Dabei sind entweder - bei mit Strom betriebenen Kompressoren - die tagsüber geltenden höheren Hoch­ tarif-Stromkosten aufzuwenden oder große, teure und platzrau­ bende Naßspeicher vorzusehen.Decentralized heating and cooling registers must also (in the absence of Storage capacity) at the moment of need, usually during the day operated over. There are either - with electricity  operated compressors - the daytime higher high to spend tariff electricity costs or large, expensive and space-consuming provide wet storage.

Außerdem geht bei der z. Zt. ausschließlich angewandten "Abfacke­ lung" der sommerlichen Überschußwärme an die Außenluft diese für eine Nutzung zur Heizung im Winter verloren - und dies angesichts dessen, daß Heizungen mit Kompressoren (= Wärmepum­ penheizungen) am Mangel winterlicher Umfeldwärme kranken.In addition, the z. Currently only used "flares "of the summer excess heat to the outside air lost for use for heating in winter - and this in view of the fact that heaters with compressors (= heat pump heating) due to the lack of winter warmth.

Die Aufgaben der Erfindung sind alsoThe objects of the invention are therefore

  • - die Installation und deren Herstellung zu vereinfachen und zu verbilligen,- simplify installation and manufacture, and to cheapen
  • - den für die Kühlung von Frischluft erforderlichen Energiebe­ darf von Kompressoren zu verringern,- The energy required for cooling fresh air allowed to decrease by compressors
  • - zur Gebäude-Kühlung vorgesehene Kompressoren außerdem sowohl zum Ersatz der Transmissionswärmeverluste als auch zur Er­ wärmung der dem Innern von Gebäuden zuzuführenden Frischluft mit guten Leistungszahlen und geringen Energieverbräuchen einsetzen zu können - ohne die Zuhilfenahme einer mit zusätzlichen, kostenaufwendigen und mit klimarelevanten fos­ silen Brennstoffen, betriebenen, herkömmlichen Heizung,- Compressors intended for building cooling also both to replace the transmission heat losses as well as to er heating the fresh air to be supplied to the interior of buildings with good performance figures and low energy consumption to be able to use - without the help of a additional, costly and with climate-relevant fos silen fuels, operated, conventional heating,
  • - den Strombedarf elektrisch betriebener Kompressoren weit­ gehend in die nächtliche Niedertarif-Zeit zu verlegen, zur Nutzung des billigeren nächtlichen Niedertarifstroms,- The power requirements of electrically operated compressors far going to move to the nightly low tariff time to Use of the cheaper nightly low tariff electricity,
  • - und die im Sommer überschüssige Wärme für den winterlichen Heizbetrieb - wenigstens teilweise - nutzbar zu machen.- and the excess heat in summer for winter Make heating operation - at least partially - usable.

Die Lösung der AufgabeThe solution to the task

erfolgt dadurch, daß dem Gebäude alle zur Heizung und Kühlung erforderliche Wärme bzw. Kälte über die bei fast jedem Gebäude vorhandenen massereichen und speicherfähigen Geschoßdecken 2 aus Stahlbeton mit Hilfe von in diese einbetonierten Wärme­ trägerflüssigkeit führenden Rohren 4 zugeführt wird. Den Ge­ schoßdecken 2 werden Hohlräume 5 zugeordnet, was z. B. mit abgehängten Decken oder mit in die Geschoßdecken 2 eingebauten Kanälen möglich ist. Bevorzugterweise werden auf die Geschoß­ decken 2 Doppelböden 6 mit Abstand montiert, wie sie ohnehin - der zunehmend erforderlichen Variabilität der Elektroinstalla­ tion und der Computer-Vernetzungen wegen - in steigendem Umfang vor allem in Produktions- und Verwaltungsgebäuden eingesetzt werden. Die Frischluft 1 strömt dann durch Öffnungen 13 in den Fassaden 15 durch die zwischen Geschoßdecken 2 und Doppelböden 6 gebildeten Hohlräume 5 und wird durch die erwärmte oder gekühlte Geschoßdecke 2 vor dem Eintritt in die Aufenthaltsbe­ reiche erwärmt bzw. abgekühlt. Da die Oberfläche der Geschoß­ decken 2 groß ist, bedarf es zur Erwärmung bzw. Kühlung der dem Gebäude zuzuführenden Frischluft 1 keiner höheren bzw. niedere­ ren Oberflächentemperaturen und Vorlauftemperaturen als sie zur Erwärmung bzw. Kühlung des Gebäudeinneren erforderlich sind.takes place in that the building all the heating or cooling required for heating and cooling via the existing in almost every building massive and storable floor ceilings 2 made of reinforced concrete with the help of concrete heat carrier fluid in pipes 4 supplied. The Ge lap ceilings 2 cavities 5 are assigned, which z. B. with suspended ceilings or with 2 built-in channels in the floor ceilings. Preferably, 2 double floors 6 are mounted on the floor with spacing 6 , as they are anyway - increasingly used in production and administration buildings because of the increasingly necessary variability of the electrical installation and the computer networks. The fresh air 1 then flows through openings 13 in the facades 15 through the cavities 5 formed between floor ceilings 2 and double floors 6 and is heated or cooled by the heated or cooled floor ceiling 2 before entering the Aufenthbe. Since the surface of the storey ceilings 2 is large, heating or cooling of the fresh air 1 to be supplied to the building requires no higher or lower surface temperatures and flow temperatures than are required for heating or cooling the interior of the building.

Die Förderung der Frischluft 1 wird entweder durch den Unterdruck bewirkt, der durch die Absaugung der Abluft mit Hilfe von Abluftventilatoren 14 im Gebäudeinnern entsteht, oder durch den Hohlräumen 5 zugeordnete Ventilatoren 7 bewirkt.The promotion of fresh air 1 is effected either by the negative pressure which arises from the extraction of the exhaust air with the aid of exhaust air fans 14 inside the building, or by fans 7 assigned to the cavities 5 .

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Heranziehung der großflächigen, und massereichen Geschoß­ decken 2 (eine z. B. 30 cm starke Geschoßdecke aus Stahlbeton hat je 1 m2 ca. 750 kg Masse!) zur Erwärmung bzw. Kühlung der dem Gebäudeinnern zuzuführenden Frischluft 1 ermöglicht:The use of the large-scale, massive storey ceilings 2 (e.g. a 30 cm-thick storey ceiling made of reinforced concrete has 1 m 2 approx. 750 kg mass!) For heating or cooling the fresh air 1 to be supplied to the building interior:

  • - den Verzicht auf besondere Heiz- und Kühlregister samt Zuleitungen und zugehörigen Steuerungen.- the omission of special heating and cooling registers together Supply lines and associated controls.
  • - im Heizfall den Verzicht auf die Installation einer zusätz­ lichen, kostenaufwendigen und zudem mit fossilen, klimarele­ vanten Brennstoffen betriebenen herkömmlichen Heizung,- In the case of heating, no additional installation is required lichen, costly and also with fossil, Klimarele vanten fuel operated conventional heating,
  • - im Kühlfall geringe Temperaturgefälle und damit gute Leis­ tungszahlen und geringe Energieverbräuche, - In the case of cooling, low temperature drops and therefore good noise numbers and low energy consumption,  
  • - geringe Temperaturgefälle und einen automatischen Selbstrege­ lungseffekt, der aufwendige Steuerungen erübrigt,- low temperature gradient and automatic self-rain effect that eliminates the need for complex controls,
  • - bei elektrisch angetriebenen Kompressoren die Einspeicherung der täglich erforderlichen Wärme- oder Kältemenge nachts mit billigem Strom.- In the case of electrically driven compressors, storage the daily required amount of heat or cold cheap electricity.

Die Heranziehung von im Fundamentbereich 17 einbetonierten mit dem angrenzenden Erdreich 18 wärmeschlüssig verbundenen, Wär­ meträgerflüssigkeit führenden und mit dem Kompressor 3 verbun­ denen Rohren 11 zur Aufnahme der sommerlichen Überschußwärme ermöglichtThe use of concrete concreted in the foundation area 17 with the adjacent soil 18 is connected in a heat-tight manner, leads to heat transfer fluid and connects to the compressor 3 where pipes 11 for absorbing the summer excess heat

  • - die zumindest teilweise Nutzbarmachung der sommerlichen Abwärme für die winterliche Heizung und schafft eine weitere Voraussetzung zu einem Verzicht auf eine mit fossilen Brenn­ stoffen betriebene Wärmeerzeugung und verringert die klimarele­ vanten CO2-Emissionen,- the at least partial utilization of the summer waste heat for winter heating and creates a further prerequisite for foregoing heat generation using fossil fuels and reduces the climate-relevant CO 2 emissions,
  • - den Verzicht auf einen teuren, Ventilator-betriebenen, Ge­ räusche erzeugender und deshalb oft mit Schalldämpfern auszurü­ stender Wärmetauscher zur "Abfackelung" der sommerlichen Ab­ wärme. Die Abführung der Wärme in den Fundamentbereich erfolgt ohne jedes Geräusch,- the waiver of an expensive, fan-operated, Ge noise generating and therefore often equipped with silencers Constant heat exchanger for "flaring" the summer off warmth. The heat is dissipated into the foundation area without any noise,
  • - die Abführung der sommerlichen Abwärme in das Erdreich 18 mit weniger Energie als die Abfackelung an die Außenluft, da die Temperaturen des Erdreichs - insbesondere an den heißen Ta­ gen mit Kühlbedarf - immer niederer sind als die der Außenluft.- The removal of the summer waste heat into the ground 18 with less energy than the flaring to the outside air, since the temperatures of the ground - especially on hot days with cooling requirements - are always lower than those of the outside air.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht somit nicht nur eine erhebliche Verbilligung der Herstellungs- und Betriebs­ kosten für die thermische Konditionierung der - vor allem Produktions- und Verwaltungsgebäuden zuzuführenden - Frischluft (eine vorsichtige Kalkulation ergab eine Verringerung der Her­ stellungskosten auf weniger als die Hälfte jener von herkömm­ lichen lufttechnischen Einrichtungen) sondern sie verringert auch den Verbrauch fossiler Brennstoffe und die klimarelevanten CO2-Emissionen.The device according to the invention thus not only enables a considerable reduction in the manufacturing and operating costs for the thermal conditioning of the fresh air to be supplied, especially production and administration buildings (careful calculation resulted in a reduction in the manufacturing costs to less than half that of conventional ones) ventilation systems) but also reduces the consumption of fossil fuels and the climate-relevant CO 2 emissions.

Claims (11)

1. Einrichtung zur winterlichen Erwärmung bzw. sommerlichen Kühlung von Gebäuden mit Hilfe von deren Geschoßdecken (2), in welche Wärmeträgerflüssigkeit führende und mit einem Wärme- bzw. Kälte erzeugenden Kompressor (3) verbundene Rohre (4) eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Geschoßdecken (2) von der dem Innern des Gebäudes zuzuführenden und zu erwärmenden oder zu kühlenden Frischluft (1) durchströmte Hohlräume (5) zugeord­ net sind.1. Device for winter warming or summer cooling of buildings with the help of their floor ceilings ( 2 ), in which heat transfer fluid and with a heat or cold generating compressor ( 3 ) connected pipes ( 4 ) are installed, characterized in that the storey ceilings ( 2 ) of the fresh air ( 1 ) to be supplied to the interior of the building and to be heated or cooled are cavities ( 5 ) which are assigned net. 2. Einrichtung gem. Ziffer 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (5) mit Hilfe von auf die Geschoßdecken (2) mit Abstand aufgebauten Doppel­ böden (6) gestaltet sind.2. Establishment acc. Number 1, characterized in that the cavities ( 5 ) with the help of on the floor ceilings ( 2 ) are constructed with spaced double floors ( 6 ). 3. Einrichtung gemäß Ziffer 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Hohlräumen (5) die Frisch­ luft (1) von außerhalb des Gebäudes durch die Hohlräume (5) in das Gebäude fördernde Ventilatoren (7) zugeordnet sind.3. Device according to numbers 1 and 2, characterized in that the cavities ( 5 ), the fresh air ( 1 ) from outside the building through the cavities ( 5 ) in the building promoting fans ( 7 ) are assigned. 4. Einrichtung gem. Ziffer 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kompressor (3) zur Um­ schaltung der Einrichtung von der Erwärmung der Frischluft mit Hilfe der Geschoßdecken (2) auf deren Kühlung dienende Umstell­ ventile (12) zugeordnet sind. 4. Establishment acc. Numbers 1 and 2, characterized in that the compressor ( 3 ) for switching the device by heating the fresh air with the help of the floor ceilings ( 2 ) on their cooling changeover valves ( 12 ) are assigned. 5. Einrichtung gem. Ziffer 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) mit Elektro­ motor angetrieben und daß diesem eine die Wärme bzw. die Kälte vorwiegend mit nächtlichem Niedertarifstrom in die Geschoßdec­ ken (2) einspeichernde Speichersteuerung (8) mit Außenfühler (9) und Restwärmefühler (10) zugeordnet ist.5. Establishment acc. Numbers 1 and 2, characterized in that the compressor ( 3 ) is driven by an electric motor and that this one, the heat or cold predominantly with nightly low tariff current in the Geschoßdec ken ( 2 ), memory controller ( 8 ) with external sensor ( 9 ) and Residual heat sensor ( 10 ) is assigned. 6. Einrichtung gem. Ziffer 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) an im Funda­ mentbereich (17) des Gebäudes eingebaute, Wärmeträgerflüssig­ keit führende und mit dem angrenzenden, als sommerliche Wärme­ senke und -speicher - und damit auch als winterliche Wärme­ quelle dienenden Erdreich (18) - wärmeschlüssig verbundenen Rohre (11) angeschlossen ist.6. Establishment acc. Numbers 1 and 2, characterized in that the compressor ( 3 ) installed in the foundation area ( 17 ) of the building, carrying heat transfer fluid and with the adjacent, as a summer heat sink and storage - and thus also serves as a winter heat source ( 18 ) - thermally connected pipes ( 11 ) is connected. 7. Verfahren zur winterlichen Erwärmung bzw. zur sommerlichen Kühlung von Gebäuden mit Hilfe von Geschoßdecken (2) von Gebäuden, in welche Wärmeträgerflüssigkeit führende und mit einem Wärme- bzw. Kälte erzeugenden Kompressor (3) verbundene Rohre (4) eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschoßdecken (2) sowohl das Innere von Gebäuden als auch die diesem zuzuführende und durch die Hohlräume (5) strömende Frischluft (1) je nach Bedarf erwärmen oder kühlen.7. A method for winter heating or for summer cooling of buildings with the help of floors ( 2 ) of buildings, in which heat transfer fluid leading and with a heat or cold compressor ( 3 ) connected pipes ( 4 ) are installed, characterized that the storey ceilings ( 2 ) heat or cool both the inside of buildings and the fresh air ( 1 ) to be supplied and flowing through the cavities ( 5 ) as required. 8. Verfahren gem. Ziff. 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluft (1) mit Hilfe von Ventilatoren (7) von außerhalb des Gebäudes durch die Hohlräume (5) bis ins Innere von Gebäuden gefördert wird.8. Procedure according to No. 7, characterized in that the fresh air ( 1 ) with the aid of fans ( 7 ) is conveyed from outside the building through the cavities ( 5 ) to the inside of buildings. 9. Verfahren gem. Ziff. 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) je nach Be­ darf von der Erwärmung des Gebäudes samt Frischluft (1) mit Hilfe der Geschoßdecken (2) auf deren Kühlung mit Hilfe von Um­ stellventilen (12) umgeschaltet wird. 9. Procedure according to No. 7, characterized in that the compressor ( 3 ) depending on the loading of the building including fresh air ( 1 ) with the help of the floor ceilings ( 2 ) to their cooling with the help of order valves ( 12 ) is switched. 10. Verfahren gem. Ziff 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) mit Elektro­ motor angetrieben wird und daß dieser mit Hilfe einer Speicher­ steuerung (8), eines Außenfühlers (9) und eines Restwärmefüh­ lers (10) die Wärme bzw. die Kälte vorwiegend mit nächtlichem Niedertarifstrom in die Geschoßdecken (2) einspeichert.10. Procedure according to Point 7, characterized in that the compressor ( 3 ) is driven by an electric motor and that this with the help of a memory controller ( 8 ), an outside sensor ( 9 ) and a Restwärmefüh lers ( 10 ) the heat or the cold mainly with nightly Low tariff electricity stored in the ceilings ( 2 ). 11. Verfahren gem. Ziff. 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) über die im Fundamentbereich (17) des Gebäudes eingebauten, Wärmeträger­ flüssigkeit führenden Rohre (11) je nach Bedarf Abwärme in das Erdreich (18) einspeichert und wieder als Umfeldwärme nutzt.11. Procedure according to No. 7, characterized in that the compressor ( 3 ) on the built-in the foundation area ( 17 ) of the building, heat transfer fluid pipes ( 11 ) stores waste heat in the soil ( 18 ) as required and uses it again as ambient heat.
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