DE4420167C1 - Kompakt-Luftschleieranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kompakt-Luftschleieranlage zur Abschirmung einer Gebäudeöffnung, mit einem Gehäuse, wenigstens einem in dem Gehäuse angebrachten Gebläse, wenigstens einer in der Gehäusewand anströmseitig des Gebläses angeordneten Luft­ ansaugöffnung und einer in der Gehäusewand abströmseitig des Gebläses angeordneten Luftausblasdüse.

Kompakt-Luftschleieranlagen sind im allgemeinen einbau­ fertige Geräte, die ohne wesentliche bauliche Veränderungen oder Installationen in Tore, Eingänge usw. eingebaut werden können. Die Umgebungsluft wird direkt durch eine Luftansaug­ öffnung in das Gehäuse gesaugt, so daß keine besonderen Kanäle in den benachbarten Baukörpern für die Luftzufuhr zu der An­ lage erforderlich sind. Die Ausblasrichtung der Luft ist zweckmäßigerweise verstellbar, um die Schirmwirkung dem auf die Gebäudeöffnung wirkenden Winddruck anpassen zu können.

Wenn ein Warmluft enthaltender Innenraum gegen einen kalten Außenraum abzuschirmen ist, benutzt man zweckmäßiger­ weise einen Warmluftschleier, wobei die Warmluft durch einen im Gehäuse angeordneten Heizkörper erzeugt wird. Wenn im Innenraum eine tiefe Temperatur und/oder eine konditio­ nierte Atmosphäre gegen außenseitige Warmluft abzuschirmen ist, bedient man sich zweckmäßigerweise eines Kaltluftschlei­ ers. Bei variablem Winddruck von außen auf die Gebäudeöffnung oder infolge von körperlichen Bewegungen durch die Gebäu­ deöffnung hindurch kann die Außenluft stoßweise oder kon­ tinuierlich nach innen gelangen und die Innenatmosphäre verändern und z. B. das dort befindliche Personal und/oder Material beeinträchtigen. Um dies zu vermeiden, wird die Sperrwirkung des Schleiers häufig durch einen hohen Luft­ durchsatz und/oder einen nach außen gerichteten Anstell­ winkel des Luftschleiers verstärkt. Dies hat einen höhe­ ren Energieverbrauch zur Folge, da mehr Luft gefördert werden muß und die konditionierte Schleierluft verstärkt nach außen abströmen kann.

Aus Gründen der Minimierung des Energieverbrauchs wäre es daher von Vorteil, bei variablem Winddruck der Außenatmosphäre auf die Gebäudeöffnung oder anderen auf den Luftschleier einwirkenden Störfaktoren die Schirmwir­ kung des Schleiers dem Winddruck anzupassen bzw. so zu verändern, daß die Störfaktoren kompensiert werden, und zwar derart, daß nur dann die Schirmwirkung des Schleiers verstärkt wird, wenn dies wegen der wirksamen Störfakto­ ren erforderlich ist.

Aus AT 219245 ist die Steuerung einer Luftschlei­ eranlage bekannt, die in der Nähe des Fußbodeneinlaßgit­ ters zwei Temperatursensoren aufweist. Bei Verschiebungen des Luftschleiers treten so Temperaturdifferenzen zwi­ schen den beiden Sensoren auf, die zur Steuerung der Drehzahl des Gebläses und/oder der Stellung der Schau­ feln, welche die Ausblasrichtung des Luftschleiers bestimmen, mittels einer Auswerteschaltung ausgenutzt wer­ den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kom­ pakt-Luftschleieranlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit minimalem Energieaufwand die Gebäude­ öffnung sicher gegen Einbrüche der Außenluft oder ähnli­ che Störgrößen abschirmt. Die energetische Optimierung des Luftschleierbetriebs soll ohne Hilfe von Installatio­ nen irgendwelcher Art außerhalb der Kompakt- Luftschleieranlage erreicht werden, insbesondere ohne An­ ordnung von Sensoren irgendwelcher Art außerhalb des Ge­ häuses der Luftschleieranlage.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Kom­ pakt-Luftschleieranlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Gehäuse wenigstens ein auf eine vom Luft­ schleier beaufschlagte Meßstelle in der Begrenzungsfläche der Gebäudeöffnung gerichteter Sensor eines IR-Temperaturmeßgeräts angeordnet ist, das über eine Verar­ beitungs- und Regelelektronik den Drehzahlgeber des Ge­ bläsemotors und/oder den Stellmotor der Luftausblas­ düse so regelt, daß die Meßstellentemperatur in einem durch die Temperatur des Luftschleiers vorgegebenen Be­ reich gehalten wird. Es wurde gefunden, daß durch die Messung der Infrarot-Eigenstrahlung (Emission) von der Oberfläche einer von dem Luftschleier beaufschlagten Meß­ stelle ein empfindlicher Indikator für die durch seitli­ che Außenluft-Störeinwirkungen verursachte Positionsände­ rung und/oder Streuung des Luftschleiers zur Verfügung steht. Das Material der Meßstelle sollte an sich einen hohen und konstanten Emissionsgrad haben. Dies ist für Kunststoff-, Holz- und Farboberflächen mit einem Emissi­ onsgrad von etwa 95% der Fall. Wegen der guten Wärmeleit­ fähigkeit sollte die Meßstelle nicht auf einer Metall­ oberfläche liegen, da hierdurch die Empfindlichkeit her­ abgesetzt würde. Die Meßstelle liefert ein praktisch kon­ stantes Temperatursignal, wenn der sie beaufschlagende Luftschleier keinen Außeneinwirkungen unterliegt. Wenn dagegen die Außenatmosphäre auf den Luftschleier ein­ wirkt, kann dieser flächig nach innen gedrückt und/oder gestreut oder sogar aufgerissen werden. Dies hat eine Verschiebung und/oder Vergrößerung und/oder Verformung des Beaufschlagungsbereiches zur Folge, was im allgemei­ nen eine Temperaturerniedrigung und dementsprechend eine Verringerung der IR-Eigenstrahlung der Meßstelle zur Fol­ ge hat. Die aus der Absenkung der IR-Strahlungsemission entwickelten Signale bewirken dann eine Drehzahlsteige­ rung des Gebläsemotors, was zu einer Verstärkung der Luftgeschwindigkeit im Schleier und damit zu einer Ver­ stärkung der Schirmspannung führt, und/oder eine Vergrö­ ßerung des Anstellwinkels des Luftschleiers, das heißt des Winkels zwischen der Ebene des Luftschleiers und der Ebene der abzuschirmenden Gebäudeöffnung. Der Luftschlei­ er erhält hierdurch eine nach außen gerichtete Komponen­ te, die den nach innen gerichteten Druck der Außenatmo­ sphäre kompensiert. Läßt die Einwirkung der äußeren Stör­ faktoren auf den Schleier wieder nach, hat die höhere Luftvolumengeschwindigkeit und/oder stärkere Neigung des Schleiers zur Folge, daß die Meßstelle von dem Schleier stärker erwärmt wird, so daß der Solltemperaturbereich wieder überschritten wird. Dementsprechend werden die Ge­ bläsedrehzahl und/oder die Schleierneigung durch die im Gehäuse enthaltenen Regeleinrichtungen wieder zurückge­ fahren. Die hier und im folgenden gegebene Darstellung betrifft nur beispielhaft eine Warmluftschleieranlage. Die erfindungsgemäße Kompakt-Luftschleieranlage kann auch zur Erzeugung eines Kaltluftschleiers benutzt werden.

Die erfindungsgemäße Anlage erlaubt somit eine Mi­ nimierung des Energieverbrauchs, da Luftdurchsatz und Neigung des Luftschleiers immer nur den jeweils wirksamen Störfaktoren entsprechend angepaßt werden, so daß eine zu große Volumengeschwindigkeit der konditionierten Luft und das unnötige Abströmen konditionierter Luft nach außen infolge eines unnötig großen Anstellwinkels des Schleiers vermieden werden.

Schließlich spricht die Kom­ pakt-Luftschleieranlage mit minimaler Trägheit und maxi­ maler Empfindlichkeit auf die auf den Luftschleier wir­ kenden Störfaktoren an, so daß die Außenatmosphä­ re z. B. auch bei stoßweiser Einwirkung die Gebäudeöffnung nicht durchbrechen kann.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Kompakt-Luftschleieranlage sind der Sensor des IR-Temperaturmeßgeräts an der Unterseite des Gehäuses und die Meßstelle in der von dem Schleier ange­ strömten Fläche des Fußbodens der Gebäudeöffnung angeord­ net. Normalerweise zeigt der von dem Luftschleier ange­ strömte Boden der Gebäudeöffnung in der Richtung senk­ recht zur Öffnung eine Temperaturverteilung, wobei die Temperatur von dem Fußpunkt der Mittelebene des Schleiers nach außen abfällt. Die Meßstelle wird zweckmäßig so an­ geordnet, daß sie dort liegt, wo der Temperaturabfall möglichst groß ist, so daß sich eine Störung, insbesonde­ re eine Verschwenkung des Schleiers stark auf die Änderung der Meßpunkttemperatur auswirkt. Selbstverständlich können in dem Gehäuse über seine Länge verteilt auch mehrere IR-Strahlungs­ sensoren und in dem Boden dementsprechend mehrere Meßstellen vorgesehen sein, wenn dies bei breiten Gebäudeöffnungen zweck­ mäßig ist.

Vorzugsweise ist die Luftausblasdüse durch einen drehbar gelagerten Düsenkörper mit einem Schlitz gebildet und ist der Stellungsgeber ein Stellmotor, der über ein Getriebe mit dem Düsenkörper gekoppelt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Strömungsrichtung des Luftschleiers in herkömmlicher Weise durch eine Düse mit parallelen, schwenkbaren Lamellen zu erzeu­ gen.

Die Erfindung ist darüber hinaus gerichtet auf ein Verfah­ ren zur Steuerung des Luftschleiers einer Kompakt-Luftschleier­ anlage mit den oben beschriebenen Merkmalen, bei dem man die emittierte IR-Eigenstrahlung einer von dem Luftschleier beauf­ schlagen Meßstelle berührungslos mißt, die Meßwerte in elek­ trische Ausgangssignale umwandelt und durch sie die Volumen­ geschwindigkeit der Schleierluft und/oder die Neigung des Luft­ schleiers zur Ebene der Gebäudeöffnung steuert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gebäudeöffnung mit einer Kompakt-Luftschleieranlage und einer Meßstelle am Fußboden;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Lufttemperatur­ verlaufs unmittelbar über dem Fußboden in der Richtung senkrecht zur Gebäudeöffnung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß benutzten Steuerung;

Fig. 4 einen Querschnitt der Luftschleieranlage senkrecht zur Ebene der Gebäudeöffnung mit einer zylindrischen Ausblas­ düse; und

Fig. 5 den Düsenkörper einer erfindungsgemäßen Warmluft­ schleieranlage mit Stellantrieb in vergrößertem Maßstab.

Nach Fig. 1 ist an der Decke einer Gebäudeöffnung eine Kompakt-Luftschleieranlage 1 angebracht, die einen gegen den Fußboden 2 gerichteten Luftschleier 3 erzeugt. In dem Gehäuse der Luftschleieranlage 1 befindet sich ein Sensor 4 eines IR-Temperaturmeßgeräts, der die IR-Eigenstrahlung einer am Boden 2 fixierten Meßstelle MP aufnimmt. Die aufgenommene IR-Strahlung wird in geeigneter Weise in Befehle für die Modi­ fizierung des Luftschleiers 3 verarbeitet, wie weiter unten noch erläutert wird. Der in ausgezogenen Linien dargestellte Luftschleier 3 zeigt dessen Normallage zwischen der Außenseite A und der Innenseite I der Gebäudeöffnung. Bei der Einwirkung eines von der Außenseite A wirksamen Winddrucks auf den Luft­ schleier 3 wird dieser nach innen gedrückt entsprechend der gestrichelten Darstellung 3′. Die Meßstelle MP liegt dann im Randbereich des Schleiers 3′.

Während der Lufttemperaturverlauf unmittelbar über dem Boden 2 bei der störungsfreien Ausbildung des Luftschleiers 3 in Fig. 2 durch die ausgezogene Kurve dargestellt ist, ergibt sich für einen Luftschleierverlauf 3′ eine Parallelverschiebung der Temperaturkurve entsprechend der in Fig. 2 gestrichelten Linie. Es ist ersichtlich, daß damit ein Temperaturabfall bei MP verbunden ist, der durch den Sensor 4 erfaßt wird. Der Luft­ schleier 3′ wird dann durch Steigerung des Luftvolumendurchsatzes und/oder durch Schwenkung der Ausblasdüse zur Außenseite A so modifiziert, daß MP wieder mit Luft höherer Temperatur beauf­ schlagt wird. Dadurch wird den von A wirksamen Störungen ent­ gegengewirkt und eine sichere Abschirmung gewährleistet. Lassen die Störungen von A nach, steigt die Temperatur und damit die IR-Eigenemission von MP über den Sollwert, was zur Folge hat, daß der Luftdurchsatz bzw. der Anstellwinkel der Ausblasdüse wieder zurückgefahren werden.

Die erfindungsgemäße Steuerung eignet sich nicht nur für Warmluftschleier für die Abschirmung eines Raumes mit höherer Lufttemperatur gegen das Eindringen von Kaltluft von außen, sondern auch zur Abschirmung eines Raumes, dessen Luft sich auf tieferer Temperatur befindet oder in anderer Weise kondi­ tioniert ist, gegen das Eindringen von wärmerer bzw. unkon­ ditionierter Außenluft. Der dann herrschende Temperaturverlauf ist in Fig. 2 durch die strichpunktierte Linie dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß das Steuerungsprinzip auch bei dem dann herrschenden umgekehrten Temperaturverlauf anwendbar ist. In der Fig. 2 bezeichnet T_A die Außentemperatur, T_I(w) die Innentemperatur im Falle eines Warmluftschleiers und T_I(k) die Innentemperatur im Falle eines Kaltluftschleiers.

Fig. 3 zeigt die Steuerung schematisch. Der Temperatur­ sensor 4 liefert über die Verarbeitungs- und Steuerelektronik 5 elektrische Steuersignale an einen Drehzahlgeber 22 für den Motor 23 des in der Anlage 1 befindlichen Gebläses 8 sowie an einen Stellungsgeber 19 für eine Ausblasdüse 6 (vergl. Fig. 4). Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Luftschlei­ eranlage ist die Luftausblasdüse 6 in Form eines walzenförmigen Rotors ausgebildet, dessen Schlitz 9 sich über die gesamte Länge des Rotors erstreckt und durch den der Luftschleier 3 erzeugt wird. Anstelle der Rotordüse 6 kann auch eine mit schwenkbaren Lamellen bestückte Ausblasdüse Anwendung finden. Die Luftansaugung erfolgt bei der in Fig. 4 gezeigten Kompakt- Luftschleieranlage horizontal durch die Ansaugöffnung 25.

Aus der vergrößerten Darstellung der Fig. 5 ist ersicht­ lich, daß die Zylindersegmente 7, 8 als Strangpreß-Hohlprofil­ körper ausgebildet sind, in denen innen Stabilisierungsrippen 10 mit Bohrungen 11 angeformt sind. Die beiden Zylindersegmen­ te 7, 8 sind an ihren beiden Stirnseiten auf Kreisscheiben 12 montiert, von denen in Fig. 5 nur eine sichtbar ist. Die Kreisscheibe 12 hat den Bohrungen 10 entsprechende Löcher, die von in die Gewindebohrungen 11 eingeschraubte Schrauben durchgriffen sind (nicht dargestellt). Die Zylindersegmente 7, 8 bilden mit ihren Außenflächen 7a bzw. 8a die Außenseite des Düsenkörpers und mit ihren ebenfalls zylindersegmentför­ migen Innenflächen 7 ^b, 8 ^b den konvergenten Schlitz 9. Der Dü­ senkörper 6 ist auf den nach innen gekanteten Auflageleisten 1a gelagert. Die Zylindersegmente 7, 8 des in Fig. 5 gezeigten Düsenkörpers 6 haben an ihren Anströmlängskanten 13, 14 außen­ seitig Hohlkehlen 15, 16, die bei der Montage der Zylinderseg­ mente zur Bildung einer Düse für eine Warmluftschleieranlage funktionslos sind. Zur Bildung eines Düsenkörpers für eine Kaltluftschleieranlage werden die Zylindersegmente 7, 8 um 180° gedreht zwischen die Stirnscheiben 12 montiert, so daß die Kanten 13, 14 dann die Abströmlängskanten bilden. Zur Erzeugung eines Kaltluftschleiers ist ein scharf gebündelter Luftstrom möglichst ohne Sekundärluftein­ saugung und ohne Verwirbelung an der Düsenabströmkante er­ wünscht. Dies wird durch die relativ scharfen Kanten 13, 14 am Abströmende des Schlitzes 9 erreicht.

Die eine Stirnscheibe 12 trägt am Umfang zwischen den Segmentkanten 13 und 14 eine Verzahnung 17, z. B. eine Trapez­ verzahnung, die für den Schwenkantrieb des Düsenkörpers 6 dient. Zu diesem Zweck ist in dem Gehäuse ein Schneckentrieb 18 drehbar gelagert, dessen Schneckengänge mit der Verzahnung 17 in Eingriff sind. Die Schnecke 18 wird von einem Stell­ motor 19 angetrieben.

In dem Gehäuse 1 sind ferner Bürstenleisten 20 angebracht, die den Zylinderaußenflächen 7a, 8a der Zylindersegmente 7, 8 anliegen und diese gegen das Gehäuse 1 gegen Staub und dergl. abdichten.

Fig. 5 zeigt den Düsenkörper 6 in der Schwenklage, in welcher der Luftschleier die maximale Ablenkung von der Verti­ kalen hat. Dabei ist der Winkel α zwischen der Mittelebene 21 des Düsenkörpers 6 und der Vertikalen etwa 30°.

Abschließend ist noch zu bemerken, daß die Meßstelle MP nicht nur an dem im allgemeinen frontal angeströmten Boden der Gebäude­ öffnung angeordnet sein kann (Fig. 1), sondern auch an den Seiten­ wandungen (Laibung) der Gebäudeöffnung, wenn die Temperatur dieser Meßstelle von der Richtung und Temperatur des Abschirmluftstroms abhängt.

Claims (4)

1. Kompakt-Luftschleieranlage zur Abschirmung einer Gebäude­ öffnung, mit einem Gehäuse (1), wenigstens einem in dem Gehäuse angebrachten Gebläse (8), wenigstens einer in der Gehäusewand anströmseitig des Gebläses angeordneten Luftansaugöffnung (25) und einer in der Gehäusewand abströmseitig des Gebläses angeord­ neten Luftausblasdüse (6), dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gehäuse (1) wenigstens ein auf eine vom Luftschleier beaufschlagte Meßstelle (MP) in der Begrenzungsfläche (2) der Gebäudeöffnung gerichteter Sensor (4) eines IR-Temperaturmeßgeräts angeordnet ist, das über eine Verarbeitungs- und Regelelektronik den Drehzahl­ geber (22) des Gebläsemotors (23) und/oder den Stellmotor (19) der Luftausblasdüse (6) so regelt, daß die Temperatur der Meßstelle (MP) in einem durch die Temperatur des Luftschleiers (3) vorgege­ benen Bereich gehalten wird.

2. Kompakt-Luftschleieranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4) des IR-Temperaturmeßgeräts an der Unterseite des Gehäuses (1) und die Meßstelle (MP) in der von dem Luftschleier (3) angeströmten Fläche des Fußbodens (2) der Gebäudeöffnung angeordnet sind.

3. Kompakt-Luftschleieranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftausblasdüse (6) durch einen drehbar gelagerten Düsenkörper (7, 8, 12) mit einem Schlitz (9) gebildet ist und der Stellungsgeber ein Stell­ motor (19) ist, der über ein Getriebe (17, 18) mit der Luft­ ausblasdüse (6) gekoppelt ist.

4. Verfahren zur Steuerung des Luftschleiers einer Kompakt- Luftschleieranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die emittierte IR-Eigenstrahlung einer von dem Luftschleier beaufschlagten Meßstelle berührungslos mißt, die Meßwerte in elektrische Ausgangssignale umwandelt und durch sie die Volumengeschwindigkeit der Schleierluft und/oder die Neigung des Luftschleiers zur Ebene der Gebäudeöffnung steuert.