DE4403528C2

DE4403528C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Raumkühlung

Info

Publication number: DE4403528C2
Application number: DE4403528A
Authority: DE
Inventors: Klaus Randel; Gisela Randel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2014-02-05
Also published as: DE4403528A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Raumkühlung mit abgehängten Kühldecken bzw. Kühldeckenelemen ten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für das Verfahren und Oberbegriff des Anspruchs 12 für die Vorrichtung.

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 0333032 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 Kühlleistungs angaben.

Bei allen Kühldeckenkonstruktionen werden die zur Rohdecke wei senden Seiten vorzugsweise wärmedämmend isoliert oder die Iso lierung wird im Abstand höher oder direkt an dar 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 beschrie ben und in Abb. 4 dargestellt.

Die DE 40 32 113 A1 zum Beispiel stellt in den Raum hineinrei chende dreidimensionale Kühlelemente mit mindestens einem tie feren Bereich dar, um Schwitzwasser abzuführen, was im Anspruch 1 als Hauptanspruch erhoben wird, es gibt keine Thermische Trennung durch eine Isolierung zwischen Kühlelement und Rohdec ke. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt wird, stehen die Kühldeckenele mente im Strahlungsaustausch mit der Geschoßdecke. Ein Teil der Kühlleistung wird durch Strahlungsaustausch in die Geschoßdecke eingespeichert und steht dem Raum momentan zur Kühlung nicht zur Verfügung. Das ganze System wird träge, wie auch von Fußbo denheizungen bekannt.

Für die DE 42 16 136 A1 gelten im Prinzip die gleichen Aussagen wie schon zur DE 40 32 113 A1 dargelegt. Auch in dieser Schrift ist kein Anspruch auf Einspeicherung von Kühllasten in die Ge schoßdecke erkennbar. Die dargestellten Kühlelemente sind mehr in die Gruppe der Kühlkonvektoren einzuordnen. Sie erbringen nur einen geringen Kühlleistungsanteil durch Strahlungsaus tausch. Es ist bekannt, daß die konvektiv absinkenden kalten Luftmassen direkt unter den Kühlelementen zu Zugbelästigungen führen. In der DE 42 16 136 A1, in Spalte 3, Zeilen 30 bis 34 wird somit auch von einer Hochleistungskühldecke gesprochen.

Im Gegensatz hierzu wird angestrebt eine erhöhte Kühllastabfuhr nicht durch massive Wärmetauscher und durch Absenken der Kühl fächentemperaturen unter den Taupunkt zu erreichen, sondern durch Ausnutzung des Baukörpers zur Speicherung ohne die Nach teile eines trägen Systems in Bezug auf die Raumtemperaturen zu haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ei ne Vorrichtung mit gattungsgemäßen Kühldecken so zu gestalten, daß die Nachteile beseitigt werden und vor allem eine bedeuten de Kühllasteinspeicherung in die Rohdecke erfolgen kann und die Abluft nicht unter Raumlufttemperatur abgeführt wird.

Die Aufgabe wird bei dem Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst und für die Vorrichtung nach Anspruch 12. Vorteilhafte 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 bilden und von der Zulufteinbringung und der Konstruktion der Kühldecke 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 vor hergesagt werden, welche Raumströmungsbilder sich einstellen werden. Besonders bei Büros an der Außenfassade werden die größten Kühllasten fast ausschließlich mehr im Bereich der Fas sade wirksam, weil die Schreibtische und Personen im fensterna hen Bereich stehen, wodurch sich im fensternahen Bereich die Raumluftwalze zur Decke empor bewegt und die höheren Raumluft temperaturen aufweist. Kommt die äußere Kühllast hinzu, wird die Raumluftwalze intensiver und die Raumlufttemperaturen im Fassadenbereich liegen deutlich höher als in weiter entfernten inneren Bereich. Die aufsteigende wärmere Raumluft strömt durch die Auftriebskräfte durch Öffnungen in der Kühldecke auch in den Zwischenraum zwischen Rohdecke und Isolierung der Kühldec ke. Beim Durchströmen des Zwischenraumes nimmt die obere Abdec kung der Isolierung und die Rohdecke Wärme auf, wobei die durch Wärmeübergang aufgenommene Wärme der Abdeckung der Isolierung durch Strahlung an die Rohdecke abgegeben wird. Beim Durchströ men durch den Zwischenraum kühlt sich die Luft unter Raumluft temperatur ab und fällt durch Öffnungen in der Decke, die nicht nur im Bereich der vertikalen Raumumschließungsflächen liegen, durch den Dichteunterschied und der von den Wärmequellen aufge zwungenen Strömungen in den Raum zurück, wodurch ein zusätzlich erheblicher Anteil der Kühllast, besonders die Spitzenkühllast der äußeren Kühllast, abgeführt und in die Rohdecke eingespei chert 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 Som mer entspeichert sich die Rohdecke durch Eigendynamik.

Zusätzlich kann bei diesem Verfahren eine besonders wirkungs volle Entspeicherung der Rohdecke sowie des übringen 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 wer den.

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

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erleu tert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch ein erstes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein viertes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch ein fünftes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch ein sechstes Ausführungsbei spiel der Vorrichtung

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Kühl decke mit mehreren einzelnen, vom Baukörper 2 mit Zwischenraum 10 abgehängten Kühldeckenelementen 3 mit planen Oberflächen 5, die in wärmeleitender Verbindung mit den kühlwasserdurchflossen Rohren 4 stehen, mit darüber angeordneter Isolierung mit oberer Abdeckplatte 9 dargestellt. An den Raumbegrenzungsflächen 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 Normalbetrieb von Kühlwasser durchflossen. Bei täglich hohen Kühllasten werden sie vorzugsweise nur zur Nachtauskühlung ein gesetzt, wobei die Kühldeckenelemente 3 nicht in Funktion sind.

Bei einem ähnlichen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, bei niedrigeren Kühllasten, wird die Vorrichtung ohne die Kühl wasserrohre 4.1 und dem Putz betrieben.

Die Zuluft wird in Fig. 1 mit kleinen Geschwindigkeiten im un teren Innenwandbereich über mindestens einen Luftdurchlaß 16 zur Stabilisierung der Raumluftwalze in Richtung zur Außenfas sade, 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 konvektive Beleuchtungswärme direkt abzuführen.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 Durchbrechun gen 12 vorhanden, durch die abgekühlte Teilluftmengen nach un ten in den Raum 1 austreten, um die konvektiven Abwärtsbewegun gen aus den Zwischenräumen 10 und 11 aufzusplitten.

Die kompletten Kühldeckenelemente 3 sind in den vertikal lie genden Stirnflächen mit nicht dargestellten Stirnblechen ver bunden 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 Abluftleitung 22 abgesaugt, weil dort die größten Raumlufttem peraturen herrschen und somit ein Teil der Kühllast direkt ab geführt wird.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung mit Kühldeckenelementen 3 mit schräg angeordneten parallelen und durchlüfteten Kühlflächen 6 zur Erhöhung der konvektiven Kühlleistung und mit unterschied lich in der Höhe angeordneten zur Nachtauskühlung des Baukör pers 2 verschiebaren Isolierelementen 8 und Kühlkonvektor 7 dargestellt. Der Kühlkonvektor 7 ist zur Zusatzkühlung oder se parat zur Nachtauskühlung vorhanden. Wird der Kühlkonvektor nur separat zur Nachtauskühlung verwendet, werden die Isolierele mente nicht verschoben, die in Fig. 3 gezeigte Durchströmung des Zwischenraumes 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 die Vorrichtung ähnlich wie nach Fig. 1 beschrie ben mit einer Kühldecke 3 mit zusätzlichen von Kühlwasser durchfließbaren Rohrleitungen 4.2, die wärmeleitend mit der oberen planen Kühlfläche 5.2 verbunden sind, dargestellt. Zwi schen beiden Kühlflächen 5 und 5.2 ist die Isolierung 8 vorhan den. Die Rohrleitungen 4.2 und die Kühlfläche 5.2 werden für erhöhte Kühlleistung und/oder nur zur Nachtauskühlung einge setzt.

In Fig. 5 ist die Vorrichtung ähnlich wie in Fig. 2 darge stellt. Zum wesentlichen Unterschied sind bei der Nachtausküh lung die Isolierelemente 8, um die Achse 15 in die Senkrechte drehbar, um die Rückseiten der gekühlten Flächen 5 mit den kühlwasserdurchflossenen Rohren 4 in Strahlungsaustausch mit dem Baukörper 2 zu bringen.

In Fig. 6 ist die Vorrichtung ähnlich wie in Fig. 3 darge stellt. Zum Unterschied sind die Isolierelemente 8 nicht mit Abstand über den Kühlflächen 6 angeordnet, sondern direkt dar über. Zwischen den einzelnen Isolierelementen 8 sind Luftdurch trittsschlitze 12 in Verlängerung der Kühlflächen so ausgebil det, daß praktisch kein Strahlungsaustausch mit dem darüberlie genden Baukörper 2 besteht und der konvektive Wärmeübergang an den Kühlflächen 6 jedoch voll erhalten bleibt. Die Kühlflächen 6 und die Isolierelemente 8 sind gemeinsam im umlaufenden Rah men 13 vorzugsweise als Einheit angeordnet, wodurch eine beson ders geringe Bauhöhe gegeben ist. Die offene Rasterdecke ist nur als architektonische Variante mit dargestellt.

Claims

1. Verfahren zur Raumkühlung mittels abgehängter Kühldecke mit folgenden Verfahrensschritten:

1. der Baukörper oberhalb der Kühldecke befindet sich bei betrie bener Kühldecke im Normalbetrieb nicht im Strahlungsaustausch mit derselben,
2. während der Nachtzeit oder außerhalb der normalen Betriebszeit wird der Baukörper oberhalb der Kühldecke ausgekühlt,
3. bei Inbetriebnahme dient der so ausgekühlte Baukörper als Käl tespeicher,
4. der Zwischenraum zwischen Kühldeckenisolation und Baukörper wird von Raumluft durchströmt.

2. Verfahren zur Raumkühlung nach Ansprach 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Durchströmung des Zwischenraumes zwischen Baukörper und Kühldecke durch Eigenzirkulation erfolgt.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Umhüllungsfläche der Isolationselemente gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum zwischen Kühl decke und Isolierung durch Eigenkonvektion durchströmbar ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente der Kühldecke mit ihrer Isolierung um horizontale Achsen geschwenkt werden können.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß allein die Isolierelemente der Kühldecke um ihre horizontalen Achsen gedreht oder untereinan der verschoben werden können.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchströmung der Kühldecke über Durchbrechungen in derselben erfolgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß gekühlte Zuluft durch Luftaus lässe mit geringen Luftaustrittsgeschwindigkeiten im oberen Raumbereich unterhalb der Kühlelemente und/oder im unteren Be reich des zu kühlenden Raumes zur Intensievierung und Stabili sierung der Raumluftwalze ausgeblasen wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß gekühlte Zuluft über Drallaus lässe und/oder Quellauslässe durch einen Hohlraumboden zur Ver langsamung der Raumluftwalze in den Raum eingeblasen wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühldecke zur Nachtaus kühlung mit dem Baukörper in Strahlungsaustausch gebracht wer den kann.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper zusätzlich separat gekühlt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Raumkühlung mittels abgehängter Kühldecke nach einem oder mehreren der Pa tentansprüche 1 bis 11, mit folgenden Merkmalen:

1. die Kühldecke besteht aus vorzugsweise mehreren einzelnen, von einem Baukörper (2) mit einem Zwischenraum (10) abgehängten Kühldeckenelement (3),
2. die Kühldeckenelemente (3) weisen raumseitig plane Oberflächen (5) oder schräggestellte Kühlflächen (6) auf, die mit kühlwas serdurchflossenen Rohren (4) in wärmeleitender Verbindung ste hen,
3. baukörperseitig sind die Kühldeckenelemente (3) mit einer Iso lierung mit Abdeckplatte (9) oder Isolierung (8) versehen,
4. der Zwischenraum (10) zwischen Baukörper (2) und Isolierung mit Abdeckplatten (9) oder Isolierung (8) der Kühldecke ist von Raumluft durchströmbar.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Putzschicht des Baukörpers (2) kühlwasserdurchflossene Rohre (4.1) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gekühlten pla nen Oberflächen (5) oder schräggestellten Kühlflächen (6) und der Isolierung (8) der Kühldeckenelemente (3) ein Zwischenraum (11) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Kühldeckenelementen (3) und den zugeordneten Elementen der Iso lierung (8) Durchbrechungen (12) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühldeckenelemente (3) insgesamt oder die Elemente der Isolierung (8) um horizontale Achsen schwenkbar oder verschiebbar angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuluftauslässe (17, 18) im Fußbodenbereich des Raumes in der Nähe der seitlichen Raum begrenzungswände angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zuluftauslaß (16) im oberen oder unteren Bereich des Raumes angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft über durchlüft bare Lampen (19) oder/und Abluftauslässe (21) über Abluftlei tungen (22) abführbar ist.