DK165070B - Anlaeg til opvarmning og ventilation af en bygning eller et rum - Google Patents

Description

DK 165070B

ANLÆG TIL OPVARMNING OG VENTILATION AF EN BYGNING ELLER ET RUM

5 Opfindelsen vedrører et anlæg til opvarmning og ventilation af en bygning eller et rum, hvor bygningen eller rummet og i en ydervæg anbragte vinduer er isoleret på en sådan måde, at bygningen eller rummet kan opvarmes alene ved maksimal-effekten fra belysningslegemer, der tjener til rumbelys-10 ning, og hvor bygningen eller rummet tilføres friskluft, hvis temperatur højst er lig med den ønskede rumtemperatur, hvilken friskluft tilføres ved hjælp af et ventilationsanlæg .

15 Bygningers ydervægge består almindeligvis dels af gennemsigtige byggedele, for eksempel vinduer, og dels af uigennemsigtige vægdele, for eksempel facadeplader eller murværk og lignende byggedele, begge nævnte dele udviser væsentlige forskelle i varmeisoleringsevne: For almindelige 20 vinduer andrager varmegennemgangstallene (k-værdier) indtil seks gange så meget (1,0 til 2,8 W/m2.K) som for de uigennemsigtige vægdele (0,3 til 0,5 W/m2.K). Som følge heraf udviser glasarealer på kolde dage en lavere overfladetemperatur end de andre dele af ydervæggen. Det fører til 25 et koldluftnedfald foran vinduerne og til forekomst af træk, såvel som et ensidigt strålingsunderskud for dem, der opholder sig i rummet. For at sikre disse den ønskede komfort anbringes varmekilder, såsom radiatorer, konvektorer, supplerende gulvopvarmning osv., under vinduerne for med 30 det derved frembragte varmluftforhæng at kompensere for virkningerne fra den kolde vinduesoverflade.

Med disse forholdsregler og arrangementer er der forbundet forskellige tungtvejende ulemper:

Det er nødvendigt med omfangsrige og komplicerede in- 35

DK 165070B

2 stallationer med varmeledninger, der skal føres helt ud til bygningsperiferien.

Ved anbringelsen af varmeinstallationer bliver ud-5 nytteisen af vinduesområdet stærkt indskrænket.

På grund af varmluftforhænget forhøjes temperaturforskellen og varmeovergangen ved vinduet, hvad der fører til højere energitab ved vinduet.

10

Et anlæg af den i indledningen nævnte art kendes fra CH patentskrift nr. 555.519. Ved dette kendte anlæg bliver den i en central tilberedte tilgangsluft, som består af frisk luft fra atmosfæren og under visse omstændigheder blandet 15 med returluft, blæst ind gennem et mellemloft og træder fra oven ind i rummet i det mindste i vid udstrækning regel-mæsigt fordelt ved hjælp af et som hul-dæk udformet mellemloft. Denne tilgangsluft har derved en temperatur, som højst svarer til en basis- eller komforttemperatur på 20-20 22°C; den tjener udover til luftfornyelse og -befugtning om nødvendigt også til afkøling af rummet.

For i den kolde årstid at kompensere for transmissionstabet udadtil og koldluftnedfaldet foran vinduerne, er der, som 25 omtalt foran ved den med den hidtidige teknik opvarmede bygning, opstillet radiatorer fra et konventionelt varmeanlæg som varmekilder, som skal dække rummets energiunderskud om vinteren.

30 Bortførselen af afgangsluften sker umiddelbart under mellemloftet.

Da tilgangsluften ved dette anlæg tjener til dækning af kølebehovet og for eksempel ved meget lave ydertemperaturer 35 eventuelt til dækning af varmebehovet, skal der svarende til de store belastninger ved vinduerne ved hidtidige byg-

DK 165070 B

3 ninger transporteres store "effekter" med tilgangsluften, hvad der kræver store tilgangsluftmængder og relativt mange luftskifter pr. time. Den fra oven indblæste tilgangsluft bliver derved ved induktion og turbulens såvidt muligt 5 fuldstændig blandet med den i rummet forhåndenværende luft, hvorved indblæsningen sker således, at komfortbetingelserne for eksempel ifølge DIN 1946 i opholdsområder til personer bliver overholdt. Ved udtagelse af afgangsluften ligeledes i nærheden af loftet arbejder anlægget i kortslutnings-10 drift.

Som omtalt er høje luftskiftetal på 3-8 luftskifter pr. time nødvendige, da rumluften kun udskiftes indirekte ved induktion og turbulens. Derudover er det kendte anlæg set 15 fra et lufthygiejnisk standpunkt relativt lidt virksomt, da de skadelige stoffer, som opstår i rummet, først bliver jævnt fordelt før de bliver fjernet fra rummet; fjernelsen af skadelige stoffer baserer sig altså på fortyndingsprincippet. Dette betinger en relativ høj friskluftandel i 20 tilgangsluften, for at holde koncentrationen af skadelige stoffer lav, hvad der især i vinterdrift har et højt energibehov til følge, hvorved selv en forfinet regulering, der for eksempel kan være styret af C02 indholdet eller rummets beliggenhed, kun ændrer lidt.

25

Til grund for opfindelsen ligger derfor den opgave at skabe et, især med hensyn til fjernelse af skadelige stoffer, forbedret bygnings- og ventilationssystem, ved hvilket 30 - energibehovet såvel til dækning af transmissionstabene under opvarmning såvel som til køling ved hjælp af tilgangsluft er betragtelig formindsket, en høj luftkvalitet med relativt ringe friskluftandel -35 der i almindelighed skal opvarmes eller afkøles - er sikret og

DK 165070 B

4 en høj komfort er sikret, også ved mindst mulig luftskifte.

5 Denne opgave løses ved et anlæg af den indledningsvist angivne art, hvilket anlæg ifølge opfindelsen er særegent ved, at friskluftens indblæsning sker fordelt over mindst en af bygningens eller rummets vægge i nærheden af gulvet, at friskluftens indblæsningshastighed ikke overstiger en 10 maksimalhastighed på 0,2 m/sek., og at ventilationsanlæggets afgangsluftudsugning er anbragt under loftet i en væg og strækker sig over mindst 80% af dennes bredde.

Med disse forholdsregler opnås, at transmissionstabene un-15 der belægningstiden dækkes af indre varmekilder - mennesker, belysning, apparater og maskiner - såvel som ved eventuelt forekommende indstråling, og at udluftningsanlægget således er aflastet for en opvarmnings funktion -også uden specielle varmelegemer. Derved kan tilgangsluft-20 tilførslen under opvarmningsdrift ske ved komforttemperatur, lufttilførsel og -mængde kan vælges med henblik på en optimal lufthygiejnisk virkning. På grund af den ringe nødvendige mængde består tilgangsluften helt eller i det mindste for størstedelen af atmosfærisk friskluft, som strømmer 25 ind med meget ringe hastighed og tilsvarende små luft-skiftetal, under opvarmningsdrift fra n=Q,5-l/h, de skadelige stoffer bliver derved skubbet langsomt mod loftet, hvor de føres bort. Derved kommer den naturlige, af mennesker og apparatet forårsagede termik positivt til virkning.

30

Anlægget ifølge opfindelsen arbejder altså efter det princip at skabe en termisk stabil og temperaturkorrekt friskluft "sø" med komforttemperatux 20-22° i nærheden af gulvet, fra denne trækker så den - af mennesker, maskiner og fore-35 kommende indstråling - frembragte termik. Da de menneskeligt frembragte luftforureninger i al almindelighed fore-

DK 165070 B

5 kommer ved højere temperatur, går de opad med termikken, hvor de suges bort med afgangsluften. Alle indvendige varmekilder såvel som et strålingsindfald gennem vinduerne bidrager til stabilisering af den skildrede luftstrømning, 5 idet de forøger temperaturdifferensen mellem de øverste og underste luftlag.

Uden en konventionel ekstra opvarmning under vinduerne er en sådan driftsmåde kun mulig, fordi de indvendige kilder 10 og en forekommende indstråling - på grund af de lave k-værdier især fra vinduerne - er tilstrækkelig til at aflaste tilgangsluften for en varme- og energitransmission, det vil sige også dække transmissionstabene i et ekstremt tilfælde; derfor skal koldluftnedfaldet ved ydervæggene især ved vin-15 duerne og i ekstremtilfældet ligge inden for komfortbetingelsernes område, det vil sige for eksempel vinduets temperaturdifference i forhold til rummet må ikke være større end 3-4°C, for vinduesoverfladetemperaturen skal som normalt laveste overfladetemperatur på ydervæggene ligge så 20 højt, at forøgede lufttemperaturer til kompensation for menneskenes udstrålingstab ikke er nødvendige. Disse krav opfyldes med ydermure, hvis k-værdier opfylder de betingelser, som fremgår af den indledende del af hovedkravet.

25 De lave k-værdier for vinduet kan for eksempel opnås ved flere lag af glas eller ved de foranstaltninger, der er beskrevet i EP offentliggørelsésskrift nr. 0 117 885, en yderligere mulighed består i anvendelse af højisolerende og højtransparente stoffer, for eksempel Aerogelen, mellem ru-30 derne. Overholdelsen af k-værdierne for vægdelene sker ved hjælp af kendte varmeisoleringsforholdsregler og/eller -materialer. Hvis det i særtilfælde skulle være nødvendigt med varmeisolerende forholdsregler ved loft, gulv eller inder-vægge, så skal k-værdierne for disse elementer naturligvis 35 være tilpasset til ydervæggenes k-værdier.

DK 165070 B

6

Under tidsrum i hvilke rummet ikke er belagt - nat, weekends og helligdage - er nedkølingshastigheden så lille, at der for det meste kan gives afkald på opvarmning, et eventuelt optrædende opvarmningsbehov kan til opretholdelse 5 af en ønsket rumtemperatur dækkes af enkle og billige ekstraindretninger med lav effekt. Hertil har det vist sig formålstjenligt, at den yderligere elektriske effekt i var-meindretningen svarer til den elektriske effekt af belysningslegemet. Der kan dog for eksempel også findes en ind-10 retning til luftcirkulation med en luftopvarmning. Brugen af ekstra opvarmning er ikke begrænset af nogen komfortbetingelse, så at varmeindretningerne· kan holdes meget enkle og anvendes i intervaldrift.

15 Den til afkølingsdrift nødvendige "kulde" bliver ved det nye anlæg "tilført" på kendt måde med tilgangs- eller friskluften; dens temperaturdifference i forhold til den ønskede rumtemperatur er dog begrænset af komfortgrunde og bør ikke overskride 10-12°C. Til dækning af kuldebehovet 20 bliver luftskiftetallet pr. time (n/h) forhøjet efter behov til den maksimalt tilladelige indblæsningshastighed for tilgangsluften. Til en ringe køleeffekt, det vil sige en relativ ringe varmeudvikling, som skal fjernes med tilgangsluften, bidrager afgørende, at rummets varmebelastning 25 gennem vinduerne er ringe på grund af disses lave k-værdi og en lav samlet energigennemgang, som i givet fald opnås ved yderligere solbeskyttelsesforholdsregler. Derfor er det muligt også om sommeren at begrænse luftskiftetallet til maksimalt ca. n=3/h og i almindelighed at holde det der-30 under; til så lave luftskiftetal kræves ved hensigtsmæssig dimensionering af indblæsningstværsnittet indblæsnings-hastigheder på < 20 cm/sek. Da varmen, der skal føres bort, stiger opad på grund af termikken, har den kendte udsugning ved loftet - i forbindelse med indblæsning i nærheden af 35 gulvet - vist sig udmærket, derved undgås den i sammenhæng med det kendte arrangement omtalte "kortslutningsdrift".

DK 165070 B

7

Derudover bevirker en anbringelse af åbningerne for afgangsluften i nærheden af ydervæggen henholdsvis vinduet, at den ved vinduet opstående varmluft kan strømme direkte bort.

5 yderligere sker borttransporten af skadelige stoffer - såvel ved vinter- som ved sommerdrift - på grundlag af en stadig afstrømning opad, og ikke på grundlag af gradvis fortynding.

10

Fordelagtigvis andrager den maksimale tilgangslufttemperatur 20-22°C og den maksimale indblæsningshastighed 0,2 m/sek., fortrinsvis 0,15 m/sek.

15 Tilgangsluften kan yderligere reguleres på forskellige måder af hensyn til yderligere energibesparelse, for eksempel som en konstant volumenstrøm under driftstiden, 20 - med variabel volumenstrøm, styret af C02 - eller fugtig- hedsindholdet i afgangsluften, med variabel volumenstrøm, styret af antallet af personer i rummet, 25 - med variabel volumenstrøm, styret af afgangsluftens temperatur.

I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af 30 et udførelseseksempel i sammenhæng med tegningen.

Den eneste figur viser skematisk i en rumlig skitse et rum i en bygning udstyret med et anlæg ifølge opfindelsen.

35 Som udsnit af en større bygning 1 viser figuren et rum 2, der på tre sider og opadtil og nedadtil er omgivet af lig 8

DK 165070B

nende rum henholdsvis en korridor, hvad der ikke er vist yderligere. På højre side er rummet 2 afsluttet med en ydervæg, i hvilken der findes et vindue 4.

5 I rummets 2 loft 5 befinder der sig strålingsreflektorer 6, der er anbragt i afstand fra hinanden, og i hver af hvilke der er installeret et lysstofrør som belysningslegeme 7 og en i handelen værende varmestav for eksempel af keramik som varmelegeme 8. Hver reflektor 6 henholdsvis hvert strå-10 lingslegeme 7 henholdsvis 8 kan enkeltvis og hver for sig tændes og slukkes manuelt.

Belysningslegemerne 7 og varmelegemerne 8 er således valgt, at den af dem optagne effekt er ens. Den andrager for eks-15 empel 25 W/m2 rumareal. Effektoptagelsen' i de enkelte reflektorer 6 kan derved ligeledes være ens, men også forskellig.

Yderligere er belysnings- og varmelegemerne 7 og 8 i en re-20 flektor 6 - i det enkleste tilfælde ved hjælp af en kontakt, der betjenes manuelt - i deres elektriske ledningsføring koblet således med hinanden, at der i en reflektor 6 efter valg kun kan være den ene eller den anden af de to energiafgivende strålere 7 eller 8 i gang.

25 I nærheden af gulvet 9 befinder der sig i rummets med en dør 10 udstyrede væg 18 til korridoren et udblæsningsgitter II til et ventilationsanlæg, som kun er antydet skematisk. Ventilationsanlægget er udrustet med en central luftbehand- 30 lingsindretning, af hvilken der kun er skitseret en varmeveksler 12 til varmegenvinding fra afgangsluften fra rummet 2, en fortrinsvis elektrisk opvarmet luftvarmer 13 og en luftkøler 14, såvel som en ventilator 15, der virker som transportindretning for tilgangsluften. Ventilatoren ind-35 suger friskluft, som efter forudgående filtrering i givet fald opvarmes eller afkøles inden den strømmer til udblæs-

DK 165070 B

9 ningsgitteret 11; opvarmningen af friskluften sker derved i det mindste delvis ved varmegenvinding fra afgangsluften i varmeveksleren 12.

5 Udblæsningsgitteret 11 strækker sig opdelt af den 1 m brede dør 10 over hele bredden af det 5 m brede, 4 m dybe og 3 m høje rum 2. Der ligger bag ved det en ikke vist filterdug eller et fintmasket metalnet, så at dets strømningsmodstand er væsentlig højere end strømningsmodstanden i tilførsels- 10 ledningen, derfor opbygges der i tilførselsledningen i strømretning foran udblæsningsgitteret 11 et statisk lufttryk, som sikrer en jævn fordeling af tilgangsluften over hele længden af udblæsningsgitteret 11.

15 Lidt under loftet 5 er der i den samme væg 18 anbragt en over hele bredden forløbende afgangsluftslidse 16 eller flere åbninger, gennem hvilken den forbrugte med skadelige stoffer og i givet fald med overskudsvarme belastede afgangsluft udsuges af en afgangsluftventilator 17 og føres 20 til varmeveksleren 12 som varmeafgivende medium; i denne afgiver afgangsluften om nødvendig varme til den indstrømmende friskluft, før den transporteres ud af bygningen 1. Med fordel kan afgangsluftslidsen 16 også være anbragt ovenover vinduet 4 i ydervæggens 3 område, hvad der ikke 25 udtrykkelig er vist.

Den af den menneskelige termik, symboliseret ved en stående person 19, i rummet 2 "drevne" luftstrømning er antydet ved pile.

30

Beregningseksempel

Af de nævnte dimensioner giver sig, at volumenet V af rummet 2 er 60 m3, dets ydervægsflade andrager 15 m2, hvoraf 2 , 35 10 m er vinduesflade og 5 m brøstningsflade. Vinduet 4 har dobbeltglas og dets k-værdi er ved udspænding af gen-

DK 165070B

ίο nemsigtige, belagte plastfolier mellem glassene sænket til ca. 0,7 W/m2.K, medens k-værdien for de uigennemsigtige dele af ydervæggen 3 andrager 0,5 W/m2.K.

5 Derved fremkommer om vinteren transmissionstab for vinduet 4 på 7 W/K og for brøstningen på 2,5 W/K ialt 9,5 W/K. Derudover kan ved ydertemperatur på -10°C og en komfortværdi for rumtemperaturen på +22°C beregnes et effekttab ved transmission på maksimalt 304 W.

10

Den i rummet 2 installerede belysnings- henholdsvis varme-effekt er derimod 500 W, så transmissionstabene rigeligt kan dækkes. .

15 Derudover leverer under belægning af rummet et menneske ca.

80 W; uden indstråling af dagslys skal belysningen tændes, så varmeproduktionen i rummet 2 andrager 580 W, hvorved der fremkommer en betragtelig overopvarmning af afgangsluften, hvad der muliggør en opvarmning af friskluften ved varme-20 genvinding. Under belægningstid er en indstrålingsintensitet på 70 W pr. m2 derfor ved en middelenergitransmission for indstrålingen på g=0,32 i rummet 2 tilstrækkelig til at dække transmissionstabene. Dette svarer til indstrålingen fra en stærkt overskyet himmel, ved hvilken dele af belys-25 ningen alligevel skal være tændt.

Under den antagelse, at 2/3 af bredden af udblæsningsgitteret 11 består af åbne slidsmellemrum, og at højden hs af slidsen er 0,1 m, andrager det til indblæsning af 30 tilgangsluften tilgængelige strømningstværsnit A=2667 cm2.

Til en tilstrækkelig borttransport af de skadelige stoffer er et luftskifte på ca. n=0,5-1/h nødvendig. Heraf fremkommer til friskluftforsyning for rummet 2 luftmængder på 8333-16667 cm3/sek., hvortil der ved den forudsatte udblæs-35 ningsåbning kræves strømningshastigheder på 3,1-6,3 cm/sek., disse hastigheder ligger langt under de ved kom-

DK 165070 B

11 fortbetingelser tilladelige maksimale indblæs-ningshastigheder.

Til opvarmning af friskluften behøver man en varme-5 genvinding på 65%, idet man går ud fra en udvendig temperatur på -10°C ved luftskifte på n=0,5/h en yderligere effekt på 112 W, hvilken i hvert fald kan opnås ved forvarmning af friskluften.

10 På tidspunkter, hvor rummet ikke er i brug, forekommer de samme transmissionstab, til eventuelle utætheder antages at medgå et luftskifte på n=0,l/h, dermed fremkommer her et samlet tab på 368 W, som uden videre kan afgives af de installerede varmestave 8; hvorfor alle eller kun en del af 15 dem kan sættes i intermitterende drift for eksempel styret af et kontaktur eller af en rumtermostat afhængigt af temperaturen. I sammenhæng med dækningen af energitabet, når rummet ikke er i brug, skal endnu nævnes, at der under længere driftsafbrydelser kan regnes med en betydelig ind-20 stråling om dagen, som ved hjælp af bygningens oplagringsevne yder et yderligere bidrag til dækning af tabet.

Under afkølings- eller sommerdrift kan indblæsnings-hastigheden i rummet 2 forhøjes til v=20 cm/sekuden at 25 der må befrygtes forekomst af træk og dermed formindskelse af komforten, desuden falder tilgangsluftens hastighed ret hurtigt på grund af blanding med rumluften, og luftbevægelserne i rummet bliver i overvejende grad bestemt af de termiske forhold.

30

Også i dette tilfælde er der en fordel ved den lave k-værdi for vinduet og dens relativt ringe forskellighed fra k-vær-dien for resten af ydervæggen. Især i forbindelse med andre kendte solbeskyttelsesforanstaltninger - for eksempel sol-35 gardiner og/eller reflekterende belægninger på vinduets 4 ruder - opnås derved, at vinduet 4 henholdsvis ydervæggen 3 12

DK 165070B

ikke er den dominerende "varmekilde" under afkølingsdriften og heller ikke øver for stærk indflydelse på luftstrømningen i rummet 2. På denne måde slår de ifølge opfindelsen tilladelige indblæsningshastigheder, med hvilke afkølet 5 tilgangsluft, hvis temperatur kan ligge indtil 12°C under den ønskede rumtemperatur, til til en borttransport af den varme, der går ud over komfortbetingelseme, der som bekendt tillader en rumtemperatur indtil 6°C under ydertemperaturen.

10 Lægger man de allerede nævnte grænseværdier for ind-blæsningshastigheden og for temperaturen af den afkølede tilgangsluft til grund, så er tilgangsluftstrømmen pr. sekund større end 53000 cm3/sek.; af denne luftmængde kan for 15 rummet 2 beregnes et luftskiftetal på n _> 3/h. Ved en temperaturdifference på 12°C mellem tilgangsluft og rumluft lader der sig dermed bortføre 640 W i overskudsvarme.

Claims (4)

13 DK 165070B

1. Anlæg til opvarmning og ventilation af en bygning eller 5 et rum, hvor bygningen (1) eller rummet (2) og i en ydervæg (3) anbragte vinduer (4) er isoleret på en sådan måde, at bygningen eller rummet kan opvarmes alene ved maksimaleffekten fra belysningslegemer (7), der tjener til rumbelysning, og hvor bygningen (1) eller rummet (2) til-10 føres friskluft, hvis temperatur højst er lig med den ønskede rumtemperatur, hvilken friskluft tilføres ved hjælp af et ventilationsanlæg (11-17), kendetegnet ved, at friskluftens indblæsning (11) sker fordelt over mindst en af bygningens (1) eller rummets (2) vægge (18) i 15 nærheden af gulvet (9), at friskluftens indblæsnings-hastighed ikke overstiger en maksimalhastighed på 0,2 m/sek., og at ventilationsanlæggets (11-17) afgangsluftudsugning (16) er anbragt under loftet (5) i en væg (3, 18) og strækker sig over mindst 80% af dennes bredde. 20

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den maksimale temperatur af friskluften andrager 22°C, og at den maksimale indblæsningshastighed andrager 0,15 m/sek.

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at afgangsluftudsugningen (16) er anbragt nær ved ydervæggen henholdsvis ydervæggene.

4. Anlæg ifølge ethvert af kravene 1-3, kendeteg-30 net ved, at maksimaleffekten af i bygningen (1) eller rummet (2) værende elektriske varmelegemer (8) ikke overstiger maksimaleffekten af de elektriske belysningslegemer (7), og at be lysnings legemerne (7) og varmelegemerne (8) er således styret, at den afgivne totale effekt for begge 35 ikke overstiger maksimaleffekten af belysningslegemerne (7).