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Verfahren zum Klimatisieren von dicht mit Lebewesen belegten Räumen,
insbesondere Ställen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren von
dicht mit Lebewesen belegten Räumen, insbesondere Ställen, mit ausschließlicher
Frischluftzufuhr.
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Die Erfindung geht von folgenden Überlegungen aus: Es ist eine allgemein
bekannte Tatsache, daß Stallungen, insbesondere für Nutztiere, in unseren Klimata
im Winter unter Feuchtigkeitseinwirkung stehen. Diese Feuchtigkeit ist für die Tiere
gesundheitsschädlich. Auch die baulichen Teile des Stalles leiden unter dem Feuchtigkeitseinfluß
und zerfallen vorzeitig.
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Zur Entfeuchtung der Ställe und gleichzeitiger Luftversorgung der
Tiere wurden fast 'durchweg Lüftungen vorgeschlagen, .die auf dem Prinzip .des thermischen
Auftriebs der Warmluft des Stalles gegenüber der kälteren Außenluft beruhen, also
den natürlichen Kaminzug zur Entfernung der verbrauchten warmen und zum Nachsangen
einer entsprechenden Menge von im Winter kalter Frischluft ausnutzen.
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Da aber der Kaminzug vom Wetter abhängig und eine gleichmäßige Luftversorgung
nicht möglich ist, wurden auch Stallüfter mit künstlicher Luftversorgung durch Ventilatoren
vorgeschlagen und ausgeführt.
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Auf Grund biologischer Daten und thermischer Gesetzmäßigkeiten ergibt
sich, daß alle Lüftungen, welche .die warme Stalluft ausblasen und bei Außentemperaturen
in der Nähe des Gefrierpunktes oder bei tieferen Temperaturen frische, kalte Luft
als Spülmittel unmittelbar in den Stall nachsangen,
unter Berücksichtigung
der anderen, klimabestimmenden Faktoren im Stall selbst ein Klima erzeugen, dessen
relative Luftfeuchtigkeit in der Nahe der Sättigungsgrenze oder sogar darüber liegt.
Eingehendejm Rahmen der Vorarbeiten für die Erfindung gemachte Messungen bestätigen
dies. Unter günstigsten Voraussetzungen kann mit derartigen Lüftungen eine relative
Luftfeuchtigkeit von etwa 951/o erwartet werden, sofern die Temperatur im Stall
gleichzeitig übefhaupt noch in normalen Grenzen gehalten wird. Eine geringere Luftfeuchtigkeit
ist unter diesen Voraussetzungenbei solchen Lüftungen keinesfalls zu erreichen.
Ahnliches gilt auch für Räume, welche von dichten Menschenmassen besetzt sind.
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Der Vermutung folgend, daß es sich bei der festgestellten Stallfeuchtigkeit
um ein Wärmedefizit des ganzen thermischen Zyklus-handle, hat man vor einiger Zeit
versucht, durch Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft und deren Verwendung zur
Vorwärmung der nachströmenden frischen Kaltluft mittels Wärmetausches eine Besserung
zu erzielen. Es hat sich aber gezeigt, daß auch dieser Vorschlag allein kein zuverlässiges
Mittel zur Vermeidung-der Stallfeuchtigkeit bildet.
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Gemäß der Erfindung ist zur sicheren Erzielung einer trockenenStalluft
vorgesehen, daß derFrisohluftdurchsatz so bemessen wird, daß unter Berücksichtigung
der je Zeiteinheit von der Raumbelegschaft an den Raum abgegebenen Wärme und Feuchte
einerseits und bei Einstellung des Wärme-und Feuchtediffusionsdurchgangs durch die
Raumwände, sowie bei Einschaltung eines an sich bekannten Abluft-Frischluft-Wärmeaustauschers
andererseits, das Frischluft-Raumluft-Gemisch - bei normalen Raumtemperaturen diejenige
Grenze der relativen Feuchte nicht überschreitet, die mit Rücksicht auf biologische
Forderungen gesetzt ist, z. B. bei Ställen etwa 75 % relative Feuchte.
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Dieses mit Wärmeaustauscher arbeitende Verfahren wird bei mit Menschen
belegten Räumen selbstverständlich nur .zusätzlich zu den üblichen Klimatisierungsanlagen
verwendet wenden, da die von einem Menschen abgegebene Wärme undFeuchtigkeit, bezogen
auf die ihm pro Kopf zur Verfügung gestellte Luftmenge, nicht voll ausreicht, um
eine ausschließliche Verwendung des neuen Verfahrens zu ermöglichen.
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Die Klimatisierung wird gemäß der Erfindung zweckmäßig nach der vektoriellen
Darstellung im Mollierschen I-x-Diagramm überwacht, und zwar in der Weise, daß der
Vektor, der sich ergibt aus dem Mischungsverhältnis Frischluft Raumluft einerseits
und der Frisehluftaufwärmung durch die Abluft andererseits, ins vektorielle Gleichgewicht
gebracht wird mit Vektoren, die sich ergeben aus der auf die in der Zeiteinheit
durchgesetzte Luftmenge (Luftdurchsatz) entfallenden Wärme- und Feuchteabgabe der
Belegschaft und dem auf den Luftdurchsatz bezogenen Wärme- und Feuchtediffusionsdurchgang
durch die Wände.
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Für die Durchführung der Erfindung ist es also wichtig: r. die Wandisolierung
des Stalles den ungünstigsten atmosphärischen Verhältnissen entsprechend zu bemessen,
um den Wärme- und Feuchtigkeitsdurchsatz abzugrenzen; z. den Wärmeaustauscher entsprechend.
dem maximal nötigen Luftbedarf zu bemessen; er bringt bei einer gegebenen Außen-
und Innentemperaturdifferenz entsprechend den gerade vorliegenden Witterungsverhältnissen
bei ausreichender Bemessung praktisch jeweils die gleiche Temperatursteigerung der
Frischluft, wenn auch die Luftdurchsatzmenge gerade etwas kleiner sein möge; dies
rührt im wesentlichen daher, daß im allgemeinen immer die Frischluftmenge nahezu
gleich der Abluftmenge ist, so daß z. B. bei kleinerer Abluftmenge und damit kleinerer
Gesamtabluftwärme .auch die entsprechend kleinere Frischluftmenge-mit dieser kleineren
Abluftwärme praktisch ebenso stark aufgeheizt wird, wie vorher bei größerem Durchsatz;
3. daß die Durchsatzmenge richtig geregelt wird, indem sie je nach den jeweils gegebenen
Witterungsbedingungen so eingestellt wird, daß das oben definierte vektorielle Gleichgewicht
in der betreffenden Klimazone gegeben ist.
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Das Verfahren der Verwendung der vektoriellen Darstellung im Mollier-Diagramm
ist in der Regel nur anwendbar bei einem Außenluftzustand, der geringere Absolutfeuchte
als die Raumluft aufweist. Bei Ställen wird daher für .die Sommerzeit mit höherer
Außenlufttemperatur und -feuchte die Anlage als Belüftung verwendet. Es ist aber
denkbar, durch Kühlung der angesaugten Frischluft auch im Sommer eine Klimatisierung
durchzuführen.
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Die Erfindung macht sich .die bei Tieren mit konstanter Bluttemperatur
gemachten Erfahrungen zunutze, die zeigen, daß nicht nur die Bluttemperaturen von
der Maus bis zum Pferd oder Elefanten etwa das gleiche Niveau haben, d. h. alle
zwischen etwa 36 und q.2° C liegen, sondern daß auch die Wärme- und Wasserdampfabgabe
durch Lunge und Haut solcher Tiere unter einander weitgehend gleichenden Verhältnissen
vorgeht.
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Im Mollier-Diagramm dargestellt verläuft die Wärme- und Wasserdampfabgabe
für bestimmte Tiergruppen ziemlich einheitlich in einer im übrigen meßbaren Richtung
Ilx im Bereich von etwa goo kcal/kg, wenigstens so lange, wie das Tier in Ruhe ist
und in seinen spezifisch normalen, d. h. von Natur aus günstigsten Klimazonen unserer
Gegend lebt. Dieser Umstand ist für die Bemessung von Stallüftungen von ausschlaggebender
Wichtigkeit, denn in einem Stall muß .die biologische Tiermasse als oft einzige
Heiz- und Befeuchtungsquelle des Stallklimas betrachtet werden. Aber auch bei mit
Menschen belegten Räumen kann die Heiz- und Befeuchtungsquelle der biologischen
Masse durchaus beachtlich und verwertbar sein.
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In der Zeichnung ist ein Mollier- oder I-x-Diagramm für eine als Beispiel
angenommene Meereshöhe dargestellt. Die Zahlen auf der Abszisse x geben ungefähr
den absoluten Wassergehalt des Gemisches in Kilogramm pro (r plus x) kg, jene der
Ordinate
die Temperatur in Einheiten von 5° C und die schräg von links oben nach rechts unten
verlaufenden Parallelen mit ihren Zahlen .die Wärmeinhalte in kcal (i plus x) kg
an; s bedeutet die Sättigungslinie für den betreffenden Barometerstand.
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In dieser Zeichnung stellt S weiterhin das für eine bestimmte Tierart
gewünschte Stallklima dar. Dieses Klima ist als Punkt dargestellt; in der Praxis
kann sie als eine Zone um S herum betrachtet werden. In dem im Diagramm eingezeichneten
Beispiel sei die .durch Messung ermittelte mittlere Wärme- und Wass,erdampfabgabe
der sich im Stall aufhaltenden Tiere durch Lunge und Haut in Richtung Ilx etwa goo
kcal/kg. Diese Richtung wird im Diagramm durch die strichpunktierte Linie 0-R ungefähr
angedeutet. Dieser Vektor ist mit T (Tiere) bezeichnet. Die Größe des in der so
definierten Richtung verlaufenden Vektors T ist durch Messung ebenso bestimmbar
und hängt außerdem ab vom stündlich zirkulierenden Luftquantum. Die in Größe und
Richtung nunmehr bestimmte Klimakraft T sucht im Beispiel das Stallklima in der
Richtung Ilx = goo zu verändern.
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Der Wärmeverlust durch die baulichen Teile des Stalles wird in analoger
Weise durch einen Vektor, der ebenfalls von S ausgeht und senkrecht nach unten gerichtet
ist, dargestellt. SeineGröße ist nicht nur vom Luftquantum, sondern auch von den
Wärmedurchgangswerten der Bauteile und von den Umgebungstemperaturen usw. abhängig.
Dieser Wärmeverlustvektor ist mit W bezeichnet.
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Je nach Verlauf der Kondensation im Wärmetauscher und nach seiner
Konstruktion verläuft der mit L bezeichnete Luftvektor mehr oder weniger schräg
nach links unten. Er stellt, von S ausgehend, dieVeränderungstendenz der vorgewärmten
Frischluft gegenüber der Abluft dar.
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Im Klimagleichgewichtszustand von S sind die Vektoren T, W
und L im vektoriellenGleichgewicht, d. h. erst aus der Angabe der Größe und
der Richtung von T ist es möglich, Richtung und Größe der für die Erreichung des
gewünschten Klimas nötigen Vektoren W und L zu bestimmen. Aus W und
L
können dann alle einschlägigen technischen Daten einer Stallüftung mit Wärmeaustausch,
wie sie für deren konstruktive Durchbildung benötigt werden, gewonnen werden.
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Durch sinngemäße Übertragung bzw. Ergänzung ist das Verfahren auch
anwendbar für Räume, deren Bauteile nicht nur wärme-, sondern auch wasserdampfdurchlässig
(porös) sind und auch für solche, die zusätzlich geheizt oder gekühlt sind. Zusätzlich
zu den .drei Vektoren T, L, W treten dann noch die entsprechenden weiteren,
den Regeln der Klimatechnik sinngemäß folgenden Richtgrößen hinzu, die dann alle
zusammen wieder in vektorielles Gleichgewicht zubringen sind.