EP0105953A1

EP0105953A1 - Klimatisiersystem für beheizte Räume

Info

Publication number: EP0105953A1
Application number: EP82109441A
Authority: EP
Inventors: Viktor Bollinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-10-13
Filing date: 1982-10-13
Publication date: 1984-04-25

Abstract

Es ist ein Klimatisiersystem für beheizte Räume (1) offenbart, bei dem an Wänden und insbesondere der Decke (5) des Raumes (1) nach dem Peltier-Effekt als Wärmepumpe arbeitende Thermoelemente (6) mit Wärmestrahlflächen (13) gleichmässig verteilt angeordnet sind. Die Thermoelemente (6) werden von der im Raum (1) zirkulierenden aufgeheizten Luft umströmt und leitet die dieser entzogene Wärme mittels der einstellbaren Wärmestrahlflächen (13) in die Teile des Raumes (1), die bei üblicher Beheizung nicht ausreichend erwärmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisiersystem für beheizte Räume, wobei an Wänden des Raumes nach dem Peltier-Effekt als Wärmepumpe arbeitende Thermoelemente mit Wärmestrahlflächen gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Es ist bekannt, daß in beheizten Räumen sich unzweckmäßige Raumtemperatur- und Klimaverhältnisse einstellen, da die von Öfen, Heizkörpern und dergleichen erwärmte Raumluft nach oben steigt und dort mehr oder weniger unbewegt verbleibt, so daß man eine verhältnismäßig hohe mittlere Raumtemperatur benötigt, wenn es auch im Bodenbereich ausreichend warm sein soll. Die bisherigen Versuche, durch besondere Heizsysteme diese Unzulänglichkeiten abzustellen, scheiterten immer wieder, weil sich durch Verringern einer Fehlerquelle andere Nachteile verstärken. Diese Versuche haben in vielen Fällen sogar dazu geführt, daß gesundheitsschädliche Klimaverhältnisse in beheizten Räumen entstehen.
Die bei den bekannten Raumheizungsmethoden auftretenden starken Luftströme der erwärmten Luft führen eine Menge Staubpartikel mit, so daß sich ein hoher Staubpegel im Raum ergibt, der sogar gesundheitsschädlich sein kann.
Zur Raumklimatisierung ist es bekannt, große Wandflächen gleichmäßig mit Thermoelementen und deren Wärmetauschflächen zu versehen, um bei Ausnutzung des Peltier-Effektes der Außenluft Wärme zu entziehen und in den zu beheizenden Raum einzustrahlen (R. Plank, Handbuch der Kältetechnik, Band 6, Teil A, Seiten 501 bis 503, Springer-Verlag, 1969). Dabei stellt sich jedoch das Problem eines unerwünschten Wärmerückflusses aus dem beheizten Raum bei zu niedriger Außentemperatur, so daß die mit der Außenluft in Kontakt tretenden Wärmetauscher in Kanäle eingebaut werden müssen, welche bei zu tiefen Außentemperaturen geschlossen werden. Auch bei dieser Art der Raumbeheizung wird nicht vermieden, daß die Räume unter der Decke überheizt werden müssen, damit im Aufenthaltsbereich ange- ; messene Temperaturen herrschen. Die Überheizung_der Räume im oberen Bereich ist um so stärker, je höher der betreffende Raum ist. Besonders in Fabrikhallen, die sehr hoch ausgebildet sein müssen, ist eine zweckmäßige und wirtschaftliche Beheizung der Aufenthaltsbereiche kaum zu erreichen, weil sich die Wärme unter der Decke bzw. dem Dach staut, während am Boden durch ständiges Öffnen und Schließen von Türen zusätzlich Kälte eindringt, die am Boden bleibt und von der im oberen Raumbereich befindlichen Wärme kaum ausgeglichen werden kann.
Der Ertindung liegt die Autgabe zugrunde, in beheizten Räumen die Wärme gleichmäßiger als bisher möglich zu verteilen-und dabei Luftströmungen so gering wie möglich zu halten, damit geringere Heizkosten anfallen und das Raumklima verbessert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Klimatisiersystem der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, daß die Thermoelemente von der im Raum zirkulierenden aufgeheizten Luft umströmt sind. Die nach dem Peltier-Effekt als Wärmepumpe arbeitenden Thermoelemente dienen gemäß der vorliegenden Erfindung also nicht dazu, Wärme in einen zu beheizenden Raum einzuleiten, sondern dazu, die in dem beheizten Raum befindliche Wärme im beheizten Raum in die Bereiche zu leiten, in denen die Wärme hauptsächlich benötigt wird. Die Thermoelemente nehmen überflüssige Wärme an den Stellen des beheizten Raumes auf, wo sie nicht benötigt wird, und strahlen dieselbe in andere Bereiche des Raumes ab. Damit kann insbesondere der im Deckenbereich eines beheizten Raumes sich aufbauende Wärmestau ständig abgebaut werden, so daß die für eine ausreichende Erwärmung des Aufenthaltesbereiches des Raumes erforderliche mittlere Raumtemperatur niedriger als bisher notwendig ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Klimatiersiersystem wird der Peltier-Effekt zur gleichmäßigeren Verteilung der erwärmten Raumluft im beheizten Raum benutzt. Peltier hat gefunden, daß eine an einen aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern gebildeten Stromkreis angelegten Gleichspannung bewirkt, daß sich die eine Kontaktstelle der beiden Leiter abkühlt, während sich die andere Kontaktstelle erwärmt. Mit nach diesem Prinzip arbeitenden Wärmepumpen wird bei dem erfindungsgemäßen Klimatisiersystem der im Bereich der Thermoelemente befindlichen Raumluft Wärme entzogen und den Strahlflächen zugeführt. Um von den Wärmestrahlflächen einen Wärmetransport zum Boden oder auch zu den kälteren Wänden des beheizten Raumes in Gang zu setzen, genügt schon ein geringer Temperaturanstieg an den Wärmestrahlflächen. Der ständige Abtransport der Wärme aus den Wärmestaubereichen des beheizten Raumes schafft einen Beharrungszustand, der zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im beheizten Raum führt. Die deshalb notwendige niedrigere mittlere Raumtemperatur ermöglicht bedeutende Einsparungen an Heizenergie und damit auch an Heizkosten.
Da das erfindungsgemäße Klimatisiersystem nur zur Wärmeverteilung und nicht zur Deckung des Wärmebedarfes eines beheizten Raumes dient, d.h. also zusätzlich zu konventionellen Heizsystemen vorgesehen wird, kann die Oberflächentemperatur der Wärmestrahlflächen der Thermoelemente niedrig gehalten werden. Dementsprechend kommt es nicht zu intensiven Wärmeeinstrahlungen wie bei bekannten Strahlungsheizungen. Man kann deshalb die Wärmestrahlflächen der Thermoelemente so anordnen, daß sie auf die Bereiche gerichtet sind, zu denen ein Wärmetransport gewünscht ist.
Vorzugsweise sind die Thermoelemente unter der Decke des beheizten Raumes angeordnet, weil sich dort im allgemeinen der unerwünschte Stau bildet. Sie können aber auch zusätzlich an den Wänden des beheizten Raumes angeordnet werden. Die Thermoelemente bzw. deren Wärmestrahlflächen bilden keine ununterbrochene durchgehende Fläche, sondern einzelne Elemente, zwischen denen sich einige Zentimeter breite Abstände befinden. Die beim Umströmen der Thermoelemente abgekühlte und damit schwerer gewordene Luft sinkt als Luftmasse stetig nach unten. Geschwindigkeit und Temperaturgefälle dieser sich bewegenden Luftmasse sind aber so gering, daß sie von den sich im Raum aufhaltenden Personen nicht wahrgenommen werden. Die vom erfindungsgemäßen Klimatisiersystem erzeugte Luftbewegung ist so gering, daß ein Hochwirbeln der besonders im Bodenbereich des beheizten Raumes befindlichen Staubmassen nicht zu befürchten ist.
Die Thermoelemente können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung mit unterschiedlicher Neigung angeordnet sein, um damit die Wärme gezielt in die Bereiche zu leiten, in denen sie erwünscht ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist jedes Thermoelement ein von der Raumluft zu durchströmendes Gehäuse auf, wobei das Gehäuse als Reflexionshaube ausgebildet sein kann und Öffnungen für den Durchstrom von Raumluft enthält.
Das erfindungsgemäße Klimatisiersystem läßt sich auch sehr vorteilhaft dort anwenden, wo in großen Räumen und Werkshallen örtlich begrenzte Arbeitsplätze beheizt werden müssen. Zu diesem Zweck ist es bisher üblich, Luftheizungen oder Lüftungsanlagen zur Beheizung zu verwenden. Dabei ist es kaum möglich, ausgewogene Temperaturverhältnisse zu schaffen. Die Thermoelemente des erfindungsgemäßen Klimatisiersystems können in den höher gelegenen wärmeren Luftströmen installiert und so ange- . ordnet werden, daß sie die zu beheizenden Arbeitsplatzbereiche gezielt erwärmen. Dies erfolgt schon dann, wenn die Temperatur der den Thermoelementen zuströmenden Warmluft wesentlich niedriger als bei bisherigen Raumluftbeheizungen ist, so daß sich bedeutende Einsparungen an Heizkosten ergeben.
Die Luftbewegung erfolgt bei Anwendung des erfindungsgemäßen Klimatisiersystems mit sehr geringer Geschwindigkeit, weil der Luftauftrieb nicht nur durch die für die Beheizung des Raumes vorgesehenen Heizkörper oder Öfen erzeugt wird, sondern an allen Wänden des beheizten Raumes vorhanden ist. Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß alle Wände gleichmäßig und dementsprechend besser erwärmt werden, an den Wänden niedergeschlagene Flüssigkeit abtrocknet und das für ein gutes Raumklima erforderliche Strahlungsverhältnis erheblich gefördert wird. Die Mitnahme von Staub in der hochsteigenden Luft wird hingegen auf ein Minimum verringert.
Das erfindungsgemäße Klimatisiersystem arbeitet auch dann, wenn keine zusätzliche Raumbeheizung erfolgt, was insbesondere in der Übergangszeit von Interesse ist, wenn nur ein geringer zusätzlicher Wärmebedarf in bestimmten Raumbereichen. besteht.
Das erfindungsgemäße Klimatisiersystem verteilt die in einem Raum vorhandene Wärme mittels Wärmepumpen und Wärmestrahlflächen. Es ist in allen beheizbaren Räumen einsetzbar und wird zusätzlich zu konventionellen Heizsystemen, die den Räumen Wärme zuführen, benutzt. Die wichtigsten Vorteile dieses Klimatisiersystems sind folgende:

a) Verbesserung des Raumklimas;
b) Ersparnisse an Heizenergie und Heizkosten;
c) Temperierung der Räume im Sommer und der Übergangszeit;
d) gezielte Einsatzmöglichkeit, beispielsweise in bestimmten Aufenthaltsbereichen oder für bestimmte Arbeitsplatzbereiche;
e) Kombination mit einer Entlüftungsanlage;
f) Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Wärmepumpen.- systemen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Klimatisiersystems schematisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen mit diesem Klimati- . siersystem ausgestatteten beheizten Raum,
Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Thermoelementes nach Linie II-II aus Fig. 3 und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Thermoelementes nach Linie III-III aus Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist in einem in sich abgeschlossenen Raum 1 eines Gebäudes unter dem Fenster 2 ein konventioneller Heizkörper 3 angebracht, der veranlaßt, daß die von ihm erwärmte Luft als durch Pfeile 4 angedeuteter Luftstrom an den Wänden 8 und 9 zur Decke 5 hochströmt.
Unter der Decke 5 sind im Abstand von derselben eine Wärmestrahlung erzeugende Thermoelemente 6 angebracht, die gemäß Fig. 1 horizontal angeordnet sind, jedoch auch in jeder beliebigen Neigung zur Decke 5 angebracht oder eingestellt werden können. Jedes einzelne Thermoelement 6 ist für sich allein einstellbar, so daß die von ihm abgestrahlte Wärme gezielt in bestimmte Bereiche des Raumes 1 transportiert werden kann. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die einzelnen Thermoelemente 6 in einem bestimmten Abstand 7 nebeneinander angeordnet sind.
Gemäß Fig. 1 sind die Thermoelemente 6 fast im gesamten Bereich der Decke 5 angebracht. Es ist jedoch auch möglich, Thermoelemente 6 nur in einzelnen Bereichen der Decke 5 vorzusehen.
Die an den Wänden 8 und 9 des Raumes hochsteigende erwärmte Luft wird an der Decke 5 verteilt und umströmt bzw. durchströmt die Thermoelemente 6, wie weiter unten im einzelnen erläutert wird, wobei sich die Luft abkühlt und dann gemäß Pfeilen 10 im Raum 1 langsam nach unten sinkt. Die nach unten sinkende Luft wird über dem Fußboden 11 des Raumes 1 umgelenkt und steigt nach Erwärmung an den Wänden 8 und 9 wieder hoch. Die Erwärmung der nach abwärts sinkenden Luft erfolgt mittels der Thermoelemente 6 und teilweise auch des Heizkörpers 3. Pfeile 12 deuten den nach oben gerichteten Luftstrom außerhalb des Bereiches des Heizkörpers 3 an.
Aus Fig. 2 und 3 ist zu erkennen, daß jedes Thermoelement 6 ein als Wärmestrahlfläche dienendes Blech 13 aufweist, auf dessen Innenseite ein elektrischer Isolator 14 und eine Beschichtung 15 aus wärmedämmendem Material angeordnet ist. Außerdem sind auf der Rückseite des Bleches 13 unter der wärmedämmenden Beschichtung 15 mehrere Blechstreifen 16 angeordnet, welche vom Thermoelement 6 aufgenommene Wärme an das Blech 13 abgeben. Diese Blechstreifen 16 sind jeweils über negative Leiter 17 und positive Leiter 18 mit einzelnen Blechstreifen 19 verbunden, welche zur Aufnahme von Wärme aus der über die Rückseite des Thermoelementes strömenden Luft dienen. Die Leiter 17 und 18 sind mit ihren Enden jeweils an die Blechstreifen 16 und 19 angelötet.
Die aus der über die Blechstreifen 19 strömenden Luft entzogene und an die Blechstreifen 16 abgegebene Wärme wird auf das Blech 13 übertragen und von dessen frei liegender Oberfläche gemäß den Pfeilen 20 in den Raum 1 abgestrahlt.
Das Thermoelement 6 ist an der Rückseite mit einer Reflexionshaube 21 versehen, welche sich über die Länge des Bleches 13.erstreckt und mit diesem über Klemmbügel 22 verbunden ist. Die Klemmbügel 22 sind über Verbindungsstellen 23 an der Innenseite der Reflexionshaube 21 befestigt, beispielsweise angelötet oder angenietet. Sie sind mit zwei hakenartig gebogenen und federnden Enden 24 versehen, welche zwischen hochstehende Ränder 25 des Bleches 13 eingesteckt werden, wie Fig. 2 zeigt. Da die Ränder 25 nach innen geneigt verlaufen, stellen die hakenartigen Enden 24 eine lösbare formschlüssige Verbindung zu dem Blech 13 her. Zwischen der Reflexionshaube 21 und dem Blech 13 befinden sich schlitzartige Öffnungen 26, die sich auf beiden Seiten des Thermoelementes 6 befinden und sich über dessen gesamte Länge erstrecken. Durch diese Öffnungen 26 kann gemäß den Pfeilen 27 und 28 warme Luft einströmen und nach Wärmeabgabe an das Thermoelement wieder ausströmen.
Wie Fig. 3 zeigt, ist das eine Ende des Thermoelementes an einen Pluspol 29 und das andere Ende an einen Minuspol 30 angeschlossen, so daß das Thermoelement von einem elektrischen Strom durchflossen wird und ein Wärmetausch nach dem Peltier-Effekt erfolgt.

Claims

1. Klimatisiersystem für beheizte Räume, wobei an Wänden des Raumes nach dem Peltier-Effekt als Wärmepumpe arbeitende Thermoelemente mit Wärmestrahlflächen gleichmäßig angeordnetsind, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (6) von der im Raum (1) zirkulierenden aufgeheizten - Luft umströmt sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (6) unter der Decke (5) des Raumes (1) angeordnet sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (6) mit unterschiedlicher Neigung angeordnet sind.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Thermoelement (6) ein von der Raumluft zu durchströmendes Gehäuse (21) aufweist.

5. System nacn Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (21) als Reflexionshaube ausgebildet ist und Öffnungen (26) für den Durchstrom von Raumluft aufweist.