DE4403528A1 - Verfahren zur Raumkühlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raumkühlung mit abgehängten Kühldecken bzw. Kühldeckenelementen.

Derartige Kühlverfahren sind allgemein bekannt, wobei die Kühl­ elemente als ebene Kühlflächen, wie in der Offenlegungsschrift DE 20 35 936, zum Raum weisend oder als luftdurchströmbare schräge parallele Kühlfläche wie in der EP-A-03 33 032 zur Erhöhung der Konvektion und somit der gesamten Kühlleistung installiert sind.

Die ebenen Kühlflächen, als klassische Strahlungskühldecke be­ kannt, haben den Nachteil, daß sie relativ geringe Kühlleistun­ gen übertragen können.

Die konvektiven Kühldeckenelemente mit schräggestellten, paral­ lelen Kühlflächen, haben zwar den Vorteil, daß sie wesentlich größere Kühlleistungen erbringen, rufen jedoch bei den großen Kühlleistungen durch die Konvektionsströmungen leicht Zuger­ scheinungen hervor.

Eine gute Übersicht der verschiedenen bekannten Kühldeckenkon­ struktionen bietet die CCI 4/1991, Seite 52 bis 54 und die CCI 4/1993, Seite 50 bis 57 und Seite 67 bis 72 mit Kühlleistungsan­ gaben.

Bei allen Kühldeckenkonstruktionen werden die zur Rohdecke wei­ senden Seiten vorzugsweise wärmedämmend isoliert oder die Iso­ lierung wird im Abstand höher oder direkt an der Rohdecke ange­ bracht, um einen Strahlungsaustausch zu verhindern. Alle Kon­ struktionen haben den Nachteil, daß eine gewollte natürliche Zirkulation der Raumluft zwischen der Rohdecke und der Isolie­ rung nicht vorhanden ist und somit eine bedeutende Kühllastein­ speicherung in den Baukörper verhindert wird.

Ein weiterer Nachteil ist besonders bei Einzelbüros, daß die Abluft unterhalb der Kühldecke gegenüber der Außenfassade ge­ kühlt abgesaugt wird, wie in der CCI 4/1993, Seite 56 beschrei­ ben und in Abb. 4 dargestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren mit gat­ tungsgemäßen Kühldecken so zu gestalten, daß die Nachteile be­ seitigt werden und vor allem eine bedeutende Kühllasteinspeiche­ rung in die Rohdecke erfolgen kann und die Abluft nicht unter Raumlufttemperatur abgeführt wird.

Die Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Bei diesem Verfahren ist der Zwischenraum zwischen der Rohdecke und der Isolierung der Kühldecke, die vorzugsweise aus mehreren Kühldeckenelementen besteht, vorzugsweise durch natürliche Kon­ vektion der Raumluft durchlüftbar.

Werden Kühllasten im Raum wirksam, so kommt es an den Wärme­ quellen zu aufsteigenden Luftbewegungen, die Raumluftwalzen bil­ den und von der Zulufteinbringung und der Konstruktion der Kühl­ decke in der Intensität beeinflußbar sind.

Obwohl die Kühllastverteilung im Raum immer ungleichmäßig ist, die Kühlflächen in der Regel nicht die ganze Decke einnehmen und oft ungleichmäßig verteilt sind, kann dennoch meistens vorherge­ sagt werden, welche Raumströmungsbilder sich einstellen werden. Besonders bei Büros an der Außenfassade werden die größten Kühl­ lasten fast ausschließlich mehr im Bereich der Fassade wirksam, weil die Schreibtische und Personen im fensternahen Bereich ste­ hen, wodurch sich im fensternahen Bereich die Raumluftwalze zur Decke empor bewegt und die höheren Raumlufttemperaturen auf­ weist. Kommt die äußere Kühllast hinzu, wird die Raumluftwalze intensiver und die Raumlufttemperaturen im Fassadenbereich lie­ gen deutlich höher als im weiter entfernten inneren Bereich. Die aufsteigende wärmere Raumluft strömt durch die Auftriebskräfte durch Öffnungen in der Kühldecke auch in den Zwischenraum zwi­ schen Rohdecke und Isolierung der Kühldecke. Beim Durchströmen des Zwischenraumes nimmt die obere Abdeckung der Isolierung und die Rohdecke Wärme auf, wobei die durch Wärmeübergang aufgenom­ mene Wärme der Abdeckung der Isolierung durch Strahlung an die Rohdecke abgegeben wird. Beim Durchströmen durch den Zwischen­ raum kühlt sich die Luft unter Raumlufttemperatur ab und fällt durch Öffnungen in der Decke, die nicht nur im Bereich der ver­ tikalen Raumumschließungsflächen liegen, durch den Dichteunter­ schied und der von den Wärmequellen aufgezwungenen Strömungen in den Raum zurück, wodurch ein zusätzlich erheblicher Anteil der Kühllast, besonders die Spitzenkühllast der äußeren Kühllast, abgeführt wird und in die Rohdecke eingespeichert wird.

Durch dieses Verfahren können die aktiven Kühlflächen bis zu 50% reduziert werden, es bleiben somit immer genügend Fläche für Akustik, Beleuchtung etc. übrig.

In der Übergangszeit oder bei nur kurzen Wärmeperioden im Sommer entspeichert sich die Rohdecke durch Eigendynamik.

Zusätzlich kann bei diesem Verfahren eine besonders wirkungs­ volle Entspeicherung der Rohdecke sowie des übrigen Baukörpers durch eine aufgezwungene Nachtauskühlung dadurch erreicht wer­ den, daß die Kühlflächen ganz oder teilweise mit der Rohdecke in Strahlungsaustausch gebracht werden oder direkt gekühlt werden.

Die Abluft wird vorzugsweise in der Zwischendecke im Fassadenbe­ reich oder über Abluftleuchten abgeführt, weil die Lufttempera­ turen dort am größten sind.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein viertes Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch ein fünftes Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch ein sechstes Ausführungsbei­ spiel des Verfahrens.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Kühldecke mit mehreren einzelnen, vom Baukörper 2 mit Zwischenraum 10 ab­ gehängten Kühldeckenelementen 3 mit planen Oberflächen 5, die in wärmeleitender Verbindung mit den kühlwasserdurchflossenen Rohren 4 stehen, mit darüber angeordneter Isolierung mit oberer Abdeckplatte 9 dargestellt. An den Raumgegrenzungsflächen sind vorzugsweise Durchbrechungen zum Zwischenraum 10 vorhanden, die eine Durchlüftung des Zwischenraumes 10 durch Eigenkonvektion bewirken und sich ein gesamtes Raumströmungsbild mit Strömungs­ richtung durch Pfeile angegeben, einstellt.

Bei entsprechend vorhandener Kühllast strömt aufsteigende er­ wärmte Raumluft durch den Zwischenraum 10 und gibt dort Wärme über die Putzschicht mit eingelegten Kühlwasserrohren 4.1 an die Rohdecke 2 ab und zusätzlich geht Wärme durch Strahlung von der oberen Abdeckplatte der Isolierung 8 auf die Putzschicht und von dort durch Wärmeleitung an die Rohdecke 2 über, wodurch die Luft nach Durchströmung des Zwischenraumes 10 abgekühlt in den Raum 1 gelangt.

Die Kühlrohre 4.1 werden nur bei extrem hohen Kühllasten im Nor­ malbetrieb von Kühlwasser durchflossen. Bei täglich hohen Kühl­ lasten werden sie vorzugsweise nur zur Nachtauskühlung einge­ setzt, wobei die Kühldeckenelemente 3 nicht in Funktion sind.

Bei einem ähnlichen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel bei niedrigeren Kühllasten, wird das Verfahren ohne die Kühlwasser­ rohre 4.1 und dem Putz betrieben.

Die Zuluft wird in Fig. 1 mit kleinen Geschwindigkeiten im unte­ ren Innenwandbereich über mindestens einen Luftdurchlaß 16 zur Stabilisierung der Raumluftwalze in Richtung zur Außenfassade, dem Bereich der größeren Kühllast mit Schreibtisch und Computer 20 gekennzeichnet, eingeblasen. Die Abluft wird in Fig. 1 über die Leuchten 19 und Abluftleitung 22 abgesaugt, um die konvek­ tive Beleuchtungswärme direkt abzuführen.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren mit zusätzlich durchlüfteten Kühlelementen 3 mit Zwischenraum 11 zwischen den gekühlten planen Flächen 5 und der Isolierung 8 dargestellt. Durch die Durchlüftung der Kühlelemente wird die abführbare Kühlleistung erhöht. Vorzugsweise sind zwischen den einzelnen Kühldeckenelementen 3 und den Isolierelementen 8 Durchbrechungen 12 vorhanden, durch die abgekühlte Teilluftmengen nach unten in den Raum 1 austreten, um die konvektiven Abwärtsbewegungen aus den Zwischenräumen 10 und 11 aufzusplitten.

Die kompletten Kühldeckenelemente 3 sind an, in der Vertikalen liegenden, Stirnflächen, mit nicht dargestellten Stirnblechen, verbunden und sind horizontal um die Achsen 14 zur intensiven Nachtauskühlung drehbar, damit die planen Kühlflächen 5 mit dem Baukörper 2 in Strahlungsaustausch gebracht werden können. Das Kühlwasser wird den Kühlelementen über die Hohlachse 14 zuge­ führt.

Die Zuluft wird in Fig. 2 gegenüber der Fassade über mindestens einen Zuluftauslaß 16 im oberen Raumbereich mit kleinen Ge­ schwindigkeiten mit Ausblasrichtung zur Fassade zur Stabilisie­ rung der Raumluftwalze eingeblasen. Die Abluft wird oberhalb der Kühldecke in Fassadennähe über den Ablufteinlaß 21 und die Ab­ luftleitung 22 abgesaugt, weil dort die größten Raumlufttempe­ raturen herrschen und somit ein Teil der Kühllast direkt abge­ führt wird.

In Fig. 3 ist das Verfahren mit Kühldeckenelementen 3 mit schräg angeordneten parallelen und durchlüfteten Kühlflächen 6 zur Er­ höhung der konvektiven Kühlleistung und mit unterschiedlich in der Höhe angeordneten, zur Nachtauskühlung des Baukörpers 2 ver­ schiebbaren Isolierelementen 8 und Kühlkonvektor 7 dargestellt. Der Kühlkonvektor 7 ist zur Zusatzkühlung oder separat zur Nachtauskühlung vorhanden. Wird der Kühlkonvektor nur separat zur Nachtauskühlung verwendet, werden die Isolierelemente nicht verschoben, die in Fig. 3 gezeigte Durchströmung des Zwischen­ raumes 10 erhält sich dann aufrecht. Die Zuluft wird über Springbrunnenauslässe 17 und/oder Drallauslässe 18 eingeblasen, um die Intensität der Raumluftwalze abzuschwächen.

In Fig. 4 ist das Verfahren ähnlich wie nach Fig. 1 beschrieben mit einer Kühldecke 3 mit zusätzlichem Kühlwasser durchfließba­ ren Rohrleitungen 4.2, die wärmeleitend mit der oberen planen Kühlfläche 5.2 verbunden sind, dargestellt. Zwischen beiden Kühlflächen 5 und 5.2 ist die Isolierung 8 vorhanden. Die Rohr­ leitungen 4.2 und die Kühlfläche 5.2 werden für erhöhte Kühl­ leistung und/oder nur zur Nachtauskühlung eingesetzt.

In Fig. 5 ist das Verfahren ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt. Zum wesentlichen Unterschied sind bei der Nachtauskühlung die Isolierelemente 8, um die Achse 15 in die Senkrechte drehbar, um die Rückseiten der gekühlten Flächen 5 mit den kühlwasserdurch­ flossenen Rohren 4 in Strahlungsaustausch mit dem Baukörper 2 zu bringen.

In Fig. 6 ist das Verfahren ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt. Zum Unterschied sind die Isolierelemente 8 nicht mit Abstand über den Kühlflächen 6 angeordnet, sondern direkt darüber. Zwischen den einzelnen Isolierelementen 8 sind Luftdurchtritts­ schlitze 12 in Verlängerung der Kühlflächen so ausgebildet, daß praktisch kein Strahlungsaustausch mit dem darüberliegenden Bau­ körper 2 besteht und der konvektive Wärmeübergang an den Kühl­ flächen 6 jedoch voll erhalten bleibt. Die Kühlflächen 6 und die Isolierelemente sind gemeinsam im umlaufenden Rahmen 13 vorzugs­ weise als Einheit angeordnet, wodurch eine besonders geringe Bauhöhe gegeben ist. Die offene Rasterdecke 23 ist nur als ar­ chitektonische Variante mit dargestellt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Raumkühlung mit abgehängten Kühldecken, da­ durch gekennzeichnet, daß der Baukörper (2) oberhalb der Kühldeckenelemente (3) im Normalbetrieb nicht im Strah­ lungsaustausch mit den Kühldecken (3) steht und der Zwi­ schenraum (10) zwischen Baukörper (2) und Kühldeckenele­ menten (3) von Raumluft zur zusätzlichen Kühllastabfuhr durch Konvektion und Strahlung durchströmbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmung des Zwischenraumes (10) zwischen Baukörper (2) und Kühldeckenelementen (3) durch Eigenzirkulation erfolgen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmung des Zwischenraumes (10) zwischen Baukörper (2) und Kühldeckenelementen (3) bei gleichzeitiger Durch­ strömung des Zwischenraumes (11) zwischen den gekühlten Bau­ teilen, bei planen Kühlflächen (5) mit den im thermischen Kontakt stehenden kaltwasserdurchflossenen Rohren (4) oder bei konvektiven Kühlelementen die Kühllamellen (6) und den Isolierelementen (8) erfolgen kann.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Durchströmung des Zwischenraumes (10)/der Zwischenräume (10) und (11) mindestens ein Kühlkonvektor (7) mit/ohne Konvektorschacht an der Wand, im wandnahen Bereich oder zwischen den Kühldeckenelementen (3) mit Isolierung (8) vorhanden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungsflächen der Isolierelemente (8) aus Materia­ lien mit guter Wärmeleitfähigkeit und gutem Strahlungsaus­ tausch zur Vergrößerung der übertragenen Kühlleistung der Kühldeckenelemente und der Übertragbaren Kühlleistung der durch den Zwischenraum (10) direkt unter dem Baukörper (2) strömenden wärmeren Raumluft bestehen, wobei mindestens die nach unten weisende Seite zur Schallabsorbtion perforiert sein kann.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Erhöhung der abführbaren Kühllast aus dem Raum (1) und/oder nur zur Nachtauskühlung kühlwasserdurch­ flossene Rohre 4.1 im thermischen Kontakt mit dem Baukörper (2) oder kühlwasserdurchflossene Rohre (4.2) im thermischen Kontakt mit der gut wärmeleitfähigen oberen Umhüllungsfläche der Isolierelemente (8) oder der planen oberen Kühlfläche (5.2) stehen.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompletten Kühlelemente (3) um die horizontalen Achsen (14) oder nur die Isolierelemente um die horizontalen Achsen (15) drehbar sind oder untereinander verschiebbar sind und dadurch die Kühlflächen der Kühlelemente (3) ganz oder teil­ weise zur Nachtauskühlung mit dem Baukörper (2) im Strah­ lungsaustausch stehen.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nebeneinander schräggestellte konvektive Kühlflächen (6) im oberen Bereich des umlaufenden Rahmens (13) mehrere Isolierelemente (8) mit schrägen Durchbrechungen (12) aufweisen, um den Strahlungsaustausch zum Baukörper (2) zu verhindern, wobei die konvektive Durchströmung der Kühlflächen (6) durch die Durchbrechungen (12) und die Durchströmung des Zwischen­ raumes (10) gewährleistet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft in der aufsteigenden wärmeren Raumluft im Zwi­ schenraum (10) über Ablufteinlässe (21) oder/und Abluft­ leuchten (19) über Abluftleitungen (22) abgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchten (19) durchlüftbar sind und die konvektive Wärme oberhalb der Kühlflächen der Kühlelemente (3) wirksam wird und nicht im Raum (1).

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß gekühlte Zuluft durch Luftauslässe (16 oder/und 17) mit geringen Luftaustrittsgeschwindigkeiten im oberen Raumbe­ reich unterhalb der Kühlelemente (3) und/oder unteren Raum­ bereich zur Intensivierung und Stabilisierung der Raumluft­ walze ausgeblasen wird und eine bessere Durchströmung des Zwischenraumes (10) unmittelbar unter den Baukörper (2) erreichbar ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß gekühlte Zuluft über Springbrunnenauslässe (17) oder/und Quelluftauslässe (18) durch einen Hohlraumboden in den Raum (1) eingeblasen wird, um zu intensive Raumluftwalzen zu ver­ langsamen.