EP0167729B1 - Verfahren zur Erneuerung und Konditionierung der Raumluft im Aufenthaltsbereich von Hallen - Google Patents

Verfahren zur Erneuerung und Konditionierung der Raumluft im Aufenthaltsbereich von Hallen Download PDF

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EP0167729B1
EP0167729B1 EP85104808A EP85104808A EP0167729B1 EP 0167729 B1 EP0167729 B1 EP 0167729B1 EP 85104808 A EP85104808 A EP 85104808A EP 85104808 A EP85104808 A EP 85104808A EP 0167729 B1 EP0167729 B1 EP 0167729B1
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air
hall
conditioning
temperature
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Klaus Roschmann
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Sulzer AG
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Gebrueder Sulzer AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/007—Ventilation with forced flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/26—Arrangements for air-circulation by means of induction, e.g. by fluid coupling or thermal effect

Definitions

  • the invention relates to a method for conditioning and renewing the room air in the lounge area of halls with heights greater than 5 m, conditioning air on the one hand and air, the temperature of which is at least approximately the temperature level in the at least approximately opposite air outlets above the lounge area in two opposing jets Hall corresponds to be blown into the hall.
  • CH-A-580 788 a method for ventilation of halls is known in which fresh or conditioning air is transported and distributed in the room or hall by ejector air flows, the volume of the fresh air flow being large compared to that of the ejector air flow.
  • the object of the invention is to provide a ventilation method for large halls with minimum heights of 5 m - such as Manufacturing, exhibition or sports halls - to be developed to ensure that the occupants feel comfortable and pleasant temperatures and air velocities, and for the implementation of which only systems are required that require as few installations as possible inside the hall, so that e.g. the incidence of light through skylights or work processes - such as Crane journeys - if possible not be hindered.
  • the speed of the room temperature air jet relative to the speed of the conditioning air, which may be heated to a higher temperature is selected such that the room temperature air jet still has a speed in the area of the air outlet for the conditioning air corresponds at least approximately to the rate of entry of the conditioning air into the hall, and that the room temperature air jet is also directed and expanded in such a way that it covers the hall ceiling at least in the last part of its range;
  • a device for performing the method with at least two approximately opposite air outlets, which are arranged at least 0.7 times the hall height above the floor, one of the air outlets being acted upon by a compressed air source, the air at least approximately the same temperature as the hall air promotes, while the other air outlet is connected to a source of conditioning air is characterized in that this air outlet for the conditioning air is preceded by a heat exchanger through which a heating medium flows.
  • an "air roller” is formed by the room temperature air jet, which sets the air content of the hall in a controlled rotational movement.
  • the conditioning air flowing into the hall is mainly deflected into the lounge area of the hall.
  • a room-temperature air jet can be used, for example, to ventilate and condition surfaces or zones of up to approximately 35 x 20 m 2 , so that halls, the length of which does not exceed 35 m, do not require any additional internals for ventilation.
  • "Widths" larger than 20 m can be covered by stringing together several zones.
  • the new method can be carried out with the help of air outlets installed on intermediate fittings.
  • the stressed guidance of the room air jet prevents warm air from building up in the air.
  • the aim is not to have a temperature gradient in the vertical direction over the entire height of the hall.
  • the room temperature air jet reaching up to the ceiling ensures intensive «interference» Ceiling air into the mixed air circulation generated for heating the lounge area.
  • the compressed air source for the room temperature air jet can also be supplied with suitably prepared air from the outside atmosphere or other origin, it is easiest and most economical to use hall air directly for the control jet; it is therefore expedient if this compressed air source consists of a fan that draws in and accelerates the hall air directly. In order to achieve a gradual or continuous change in the pressure potential of this fan, if necessary, the fan can also be equipped with a variable-speed drive.
  • the floor plan of Hall 1 (Fig. 1) is divided into four equal zones 2, which have dimensions of 35 x 20 m 2 .
  • the height H (Fig. 2) of hall 1 is about 9 m.
  • air outlets 3 and 4 are provided opposite one another at a height of approximately 6.5 m.
  • a conditioning air jet is blown into each zone from the air outlet 3 by means of a fan 5 (FIG. 2). This air, which is sucked in as fresh air from the outside atmosphere - possibly via filters (not shown) - passes through a heat exchanger 6 in which it may be heated, before it exits into the hall interior.
  • the heat exchanger 6 is connected via a flow line 8 provided with a flow control valve 7 and a return line 9, in which a shut-off device 12 is provided, to a network for a heating medium, which is not shown in more detail - generally appropriately tempered water.
  • the flow control valve 7 is adjusted by a controller 10, the input signal of which is supplied by a room thermostat 11, which is arranged separately in the area 1A of the people in the hall 1 or in each zone 2.
  • the controller 10 outputs a second signal, which reaches a speed controller 13 for the drive motor, not shown, of a second fan 14. Hall air is sucked in directly by this fan 14, the drive speed of which can assume different values, and is blown out of the air outlet 4 into the hall 1 as a room temperature air jet, as will be described later.
  • Excess and used exhaust air from the individual zones 2 is drawn off via exhaust air devices 15, while 16 in FIG. 1 denotes the roof structure of the hall 1, which is not shown, supports.
  • the curve shown in the upper area shows the position of the valve 7 as a function of the temperature t when a heating medium passes through the heat exchanger 6, the lower level z being for a closed valve and level g being for a fully open valve 7.
  • a setpoint temperature t 1 of, for example, 19 ° C. is first set on the room thermostat 11.
  • the valve 7 on the heat exchanger 6, which is charged with a heating medium is initially fully open.
  • the fan 14 runs at a speed m, so that the flow pattern of FIG. 3 is given.
  • the valve 17 is closed linearly in proportion to the rising temperature. If the hall air temperature continues to rise, the heat generated in hall 1 from internal heat sources is sufficient to meet the demand.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konditionierung und Erneuerung der Raumluft im Aufenthaltsbereich von Hallen mit Höhen grösser 5 m, wobei aus mindestens annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen oberhalb des Aufenthaltsbereichs in zwei gegeneinander gerichteten Strahlen einerseits Konditionierungsluft und andererseits Luft, deren Temperatur mindestens annähernd dem Temperaturniveau in der Halle entspricht, in die Halle eingeblasen werden.
  • Aus der US-A-4 079 665 ist eine Anlage für die Erneuerung der «Raumluft» in Landwirtschafts-Gebäuden, wie Ställen etc., bekannt; bei dieser Anlage sind einander mindestens annähernd gegenüberliegende Luftauslässe vorhanden, aus denen zwei von Ventilatoren erzeugte Luftstrahlen gegeneinander geblasen werden. Diese Luftstrahlen, die etwa gleiche Energie aufweisen, treffen sich dabei etwa in der Stallmitte und erzeugen dort Zirkulationsströmungen im Bereich des Viehbestandes, ehe sie als Umluft von den Ventilatoren wieder angesaugt werden. Die Luftstrahlen können - zur Variation der klimatischen Bedingungen - aus unterschiedlichen Anteilen an Frischluft und Umluft bestehen, wobei diese Anteile durch Temperaturregler variiert werden können. Es ist bei dieser Anlage auch möglich, die Ventilationsbedingungen zu regeln.
  • Ganz abgesehen davon, dass derartige Ställe relativ niedrig sind, reicht eine solche Anlage nicht aus, in hohen Hallen im Aufenthaltsbereich der Menschen als behaglich empfundene Temperaturen besonders während der Heizperiode aufrechtzuerhalten.
  • Weiterhin ist aus der CH-A-580 788 ein Verfahren zur Belüftung von Hallen bekannt, bei dem Frisch- oder Konditionierungsluft durch Ejektorluftströme in dem Raum bzw. der Halle transportiert und verteilt wird, wobei das Volumen des Frischluftstromes gross ist gegenüber demjenigen des Ejektorluftstromes.
  • Die für die Durchführung dieses bekannten Belüftungsverfahrens notwendige Anlage, für die z.B. über den Hallenraum verteilt Ejektordüsen und das notwendige Netz von Versorgungsleitungen erforderlich sind, ist aufwendig und benötigt über die Deckenfläche verteilte Installationen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Belüftungsverfahren für grosse Hallen mit Mindesthöhen von 5 m - wie z.B. Fabrikations-, Ausstellungs-oder Sporthallen - zu entwickeln, mit dem von den Insassen als behaglich und angenehm empfundene Temperaturen und Luftgeschwindigkeiten gewährleistet werden, und für dessen Durchführung nur Anlagen erforderlich sind, die im Innenbereich der Halle möglichst wenig Installationen erfordern, so dass z.B. der Lichteinfall durch Oberlichter oder Arbeitsabläufe - wie z.B. Kranfahrten - möglichst nicht behindert werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Geschwindigkeit des Raumtemperatur-Luftstrahles relativ zur Geschwindigkeit der gegebenenfalls auf eine höhere Temperatur aufgeheizten Konditionierungsluft so gewählt wird, dass der Raumtemperatur-Luftstrahl im Bereich des Luftauslasses für die Konditionierungsluft noch eine Geschwindigkeit besitzt, die mindestens annähernd der Eintrittsgeschwindigkeit der Konditionierungsluft in die Halle entspricht, und dass ferner der Raumtemperatur-Luftstrahl so gerichtet und aufgeweitet wird, dass er mindestens im letzten Teil seiner Wurfweite die Hallendecke bestreicht; eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens zwei annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen, die mindestens in 0,7-facher Hallenhöhe über dem Boden angeordnet sind, wobei der eine der Luftauslässe von einer Druckluftquelle beaufschlagt ist, die Luft von mindestens annähernd gleicher Temperatur wie die Hallenluft fördert, während der andere Luftauslass mit einer Quelle für Konditionierungsluft verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass diesem Luftauslass für die Konditionierungsluft ein von einem Heizmedium durchströmter Wärmeübertrager vorgelagert ist.
  • Bei dem neuen Verfahren wird durch den Raumtemperatur-Luftstrahl eine «Luftwalze» gebildet, die den Luftinhalt der Halle in eine kontrollierte Rotationsbewegung versetzt. Dadurch wird die in die Halle einfliessende Konditionierungsluft vorwiegend in die Aufenthaltszone der Halle abgelenkt. Durch einen solchen Raumtemperatur-Luftstrahl können dabei beispielsweise Flächen oder Zonen bis zu etwa 35 x 20 m2 belüftet und konditioniert werden, so dass Hallen, deren eine Längsabmessung 35 m nicht übersteigt, im Inneren keine zusätzlichen Einbauten für die Belüftung benötigen. Grössere «Breiten» als 20 m lassen sich durch Aneinanderreihen mehrerer Zonen abdecken.
  • Ist der Minimalabstand zwischen den Hallenwänden grösser als 35 m, so lässt sich das neue Verfahren mit Hilfe von Luftauslässen, die an Zwischeneinbauten installiert sind, durchführen.
  • Mit dem neuen Verfahren sind «verschiedene Betriebsarten» möglich:
    • - Heizen während der kalten Jahreszeit: Die notwendige Wärme wird der Halle von aussen zugeführt, vorteilhalfterweise durch erhöhte Konditionierungstuft-Temperaturen.
    • - Betrieb während der Übergangszeit: Hierbei reicht die in der Halle produzierte Wärme für eine Beheizung des Aufenthaltsbereiches aus; eine Wärmezufuhr mittels der Temperatur der zugeführten Konditionierungsluft ist nicht erforderlich.
  • Um die Hallenwärme möglichst voll für die Heizung des Aufenthaltsbereiches zu nutzen und Verluste - beispielsweise durch das Dach - gering zu halten, wird mit der beanspruchten Führung des Raumtemperatur-Luftstrahles verhindert, dass sich Warmluft in der Höhe ansammelt. Es wird dabei angestrebt, über die ganze Höhe der Halle möglichst keinen Temperatur-Gradienten in vertikaler Richtung zu haben. Gleichzeitig sorgt der bis zur Decke reichende Raumtemperatur-Luftstrahl für eine intensive «Einmischung» der Deckenluft in die für die Beheizung des Aufenthaltsbereiches erzeugte Mischluft-Zirkulation.
  • Obwohl die Druckluftquelle für den Raumtemperatur-Luftstrahl auch mit gegebenenfalls entsprechend aufbereiteter Luft der Aussenatmosphäre oder anderer Herkunft gespeist werden kann, ist es am einfachsten und wirtschaftlichsten, für den Steuerstrahl direkt Hallenluft zu verwenden; es ist daher zweckmässig, wenn diese Druckluftquelle in einem Ventilator besteht, der Hallenluft direkt ansaugt und beschleunigt. Um gegebenenfalls eine stufenweise oder kontinuierliche Änderung des Druckpotentials dieses Ventilators zu erreichen, kann man den Ventilator darüberhinaus mit einem drehzahlveränderbaren Antrieb ausrüsten.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1 ist stark schematisiert ein Grundriss einer in mehrere Zonen unterteilten Halle, die mit Hilfe des neuen Verfahrens belüftet wird;
    • Fig. 2 stellt den Schnitt 11-11 von Fig. 1 dar;
    • Fig. 3 zeigt schematisch die Luftströmungen in der Halle;
    • Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Regelung der Hallenlufttemperatur wiedergibt.
  • Der Grundriss der Halle 1 (Fig. 1) ist in vier gleichflächige Zonen 2 unterteilt, die Abmessungen von 35 x 20 m2 haben. Die Höhe H (Fig. 2) der Halle 1 beträgt etwa 9 m. In der Mitte jeder Zonenschmalseite sind einander gegenüberliegend in einer Höhe von etwa 6,5 m Luftauslässe 3 und 4 vorgesehen. Aus dem Luftauslass 3 wird mittels eines Ventilators 5 (Figl 2) ein Konditionierungsluftstrahl in jede Zone eingeblasen. Diese Luft, die als Frischluft aus der Aussenatmosphäre - gegebenenfalls über nicht gezeigte Filter - angesaugt wird, durchsetzt vor ihrem Austritt in den Halleninnenraum einen Wärmetauscher 6, in dem sie gegebenenfalls erwärmt wird. Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 6 über eine mit einem Durchflussregelventil 7 versehene Vorlaufleitung 8 und eine Rücklaufleitung 9, in der ein Absperrorgan 12 vorgesehen ist, an ein nicht weiter dargestelltes Netz für ein Heizmedium - im allgemeinen entsprechend temperiertes Wasser - angeschlossen.
  • Das Durchflussregelventil 7 wird von einem Regler 10 verstellt, dessen Eingangssignal von einem Raumthermostaten 11 geliefert wird, der im Aufenthaltsbereich 1 A der Personen in der Halle 1 bzw. in jeder Zone 2 gesondert angeordnet ist.
  • Der Regler 10 gibt ein zweites Signal aus, das zu einem Drehzahlsteller 13 für den nicht dargestellten Antriebsmotor eines zweiten Ventilators 14 gelangt. Von diesem Ventilator 14, dessen Antriebsdrehzahl verschiedene Werte annehmen kann, wird Hallenluft direkt angesaugt und als Raumtemperatur-Luftstrahl aus dem Luftauslass 4 in die Halle 1 geblasen, wie später noch beschrieben wird.
  • Überschüssige und verbrauchte Abluft aus den einzelnen Zonen 2 wird über Abluftgeräte 15 abgezogen, während mit 16 in Fig. 1 die nicht dargestellte Dachkonstruktion der Halle 1 tragende Stützen bezeichnet sind.
  • Zur Versorgung des Aufenthaltsbereiches mit Wärme aus externen oder internen Wärmequellen ergibt sich bei dem neuen Verfahren die in Fig. 3 gezeigte Strömungsverteilung. Konditionierungsluft, die mindestens auf Hallentemperatur erwärmt ist, bildet hierbei nur einen relativ kurzen «Strahl», da der aus Hallenluft gebildete Raumtemperatur-Luftstrahl eine Raumluftwalze erzeugt, die im Bereich des Luftauslasses 3 für die Konditionierungsluft eine relativ hohe Geschwindigkeit besitzt. Dadurch vermischen sich die beiden Luftmengen direkt im Bereich des Luftauslasses 3; die aus Konditionierungs- und Raumtemperaturluft gebildete Zuluft wird gemäss den Gesetzen der Strahlausbreitung dabei vorwiegend nach unten abgelenkt und durchströmt den Aufenthaltsbereich 1 A. Weiterhin entsteht - eine intensive Durchmischung mit der Raumluft. Somit wird ein grösstmöglicher Ausgleich der Temperaturen vertikal und horzontal erreicht, was eine Nutzung der sich normalerweise im Deckenbereich sammelnden Warmluft zur Heizung - und damit Energieeinsparungen - ermöglicht.
  • Im Diagramm der Fig. 4, dem ein angenommenes Beispiel zugrundeliegt, ist horizontal als Abszisse die Raum- oder Hallenlufttemperatur t in Grad C aufgetragen, die vom Raumthermostaten j 1 (Fig. 2) gemessen wird.
  • Der im oberen Bereich dargestellte Kurvenverlauf zeigt in Abhängigkeit von der Temperatur t die Stellung des Ventils 7 an, wenn ein Heizmedium den Wärmetauscher 6 durchsetzt, wobei das untere Niveau z für ein geschlossenes und das Niveau g für ein völlig geöffnetes Ventil 7 gilt.
  • Darunter ist schematisch die Drehzahl für den Antrieb des Ventilators 14, - d.h. dessen Druckpotential, das auch ein Mass für die in dem Raumtemperatur-Luftstrahl enthaltene Bewegungsenergie ist-aufgetragen.
  • Bei tiefen Raum- bzw. Hallenlufttemperaturen, bei denen eine Aufheizung der Hallenluft erforderlich ist, wird zunächst eine Sollwerttemperatur t1 von beispoielsweise 19 °C am Raumthermostaten 11 eingestellt. Um diese zu gewährleisten, ist das Ventil 7 am mit einem Heizmedium beschickten Wärmetauscher 6 zunächst voll geöffnet. Der Ventilator 14 läuft mit einer Drehzahl m, so dass das Strömungsbild der Fig. 3 gegeben ist. In einem Bereich r zwischen beispielsweise 17° und 19 °C Hallenlufttemperatur wird das Ventil 17 proportional zur ansteigenden Temperatur linear kontinuierlich geschlossen. Bei weiter steigender Hallenlufttemperatur reicht die in der Halle 1 erzeugte Wärme aus internen Wärmequellen zur Deckung des Bedarfs aus. In einem Intervall s von 19° bis 21 °C wird daher bei unveränderter Drehzahl m des Ventilators 14 kein Heizmedium für die Konditionierungsluft zur Verfügung gestellt. Steigt die Hallentemperatur über den vorgesehenen einstelbaren Höchstwert - im angenommenen Beispiel also über 21 °C -, so wird die Anlage abgeschaltet.
  • Bei fehlender oder geringer Wärmeabgabe in der Halle, in der es dann bei unveränderter Antriebsdrehzahl des Ventilators 14 zum Ansteigen der Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich 1A kommen könnte, kann die Drehzahl des Ventilators 14 gegebenenfalls erniedrigt werden.
  • Andererseits kann eine Möglichkeit vorgesehen sein, beispielsweise durch Erhöhung der Antriebsenergie für den Ventilator 14, bei plötzlichem starkem Schadstoffanteil kurzzeitig eine rasche und gründliche Durchlüftung zumindest des Aufenthaltsbereichs 1 A vorzusehen, wobei die Komfortbedingungen für Personen im Aufenthaltsbereich 1A allerdings kurzzeitig verlassen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Konditionierung und Erneuerung der Raumluft im Aufenthaltsbereich von Hallen mit Höhen grösser als 5 m, wobei aus mindestens annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen (3, 4) oberhalb des Aufenthaltsbereiches (1 A) in zwei gegeneinander gerichteten Strahlen einerseits Konditionierungsluft und andererseits Luft, deren Temperatur mindestens annähernd dem Temperaturniveau in der Halle (1) entspricht, in die Halle (1) eingeblasen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Raumtemperatur-Luftstrahls relativ zur Geschwindigkeit der gegebenenfalls auf eine höhere Temperatur aufgeheizten Konditionierungsluft so gewählt wird, dass der Raumtemperatur-Luftstrahl im Bereich des Luftauslasses (3) für die Konditionierungsluft noch eine Geschwindigkeit besitzt, die mindestens annähernd der Eintrittsgeschwindigkeit der Konditionierungsluft in die Halle (1) entspricht, und dass ferner der Raumtemperatur-Luftstrahl so gerichtet und aufgeweitet wird, dass er mindestens im letzten Teil seiner Wurfweite die Hallendecke bestreicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallenluft-Temperatur durch Änderung der Konditionierungsluft-Temperatur geändert wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 mit zwei mindestens annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen (3, 4), die mindestens in 0,7-facher Hallenhöhe über dem Boden angeordnet sind, wobei der eine (4) der Luftauslässe von einer Druckluftquelle (14) beaufschlagt ist, die Luft von mindestens annähernd gleicher Temperatur wie die Hallenluft fördert, während der andere Luftauslass (3) mit einer Quelle für Konditionierungsluft verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass diesem Luftauslass (3) für die Konditionierungsluft ein von einem Heizmedium durchströmter Wärme- übertrager (6) vorgelagert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Konditionierungsluft und/oder das Druckpotential des Raumtemperatur-Luftstrahles durch im Aufenthaltsbereich (1 A) der Halle (1) gelegene Raumthermostaten (11) gesteuert sind.
EP85104808A 1984-07-04 1985-04-20 Verfahren zur Erneuerung und Konditionierung der Raumluft im Aufenthaltsbereich von Hallen Expired EP0167729B1 (de)

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CH3218/84 1984-07-04
CH3218/84A CH664003A5 (de) 1984-07-04 1984-07-04 Verfahren zur klimatisierung des aufenthaltbereichs einer halle.

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EP0167729A1 EP0167729A1 (de) 1986-01-15
EP0167729B1 true EP0167729B1 (de) 1988-08-24

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EP (1) EP0167729B1 (de)
AT (1) ATE36749T1 (de)
BR (1) BR8503172A (de)
CH (1) CH664003A5 (de)
DE (2) DE3425454A1 (de)
ES (1) ES8607520A1 (de)

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DE3425454A1 (de) 1986-01-16
EP0167729A1 (de) 1986-01-15
DE3564616D1 (en) 1988-09-29
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