EP0513289A1 - System zur klimatisierung von räumen - Google Patents

System zur klimatisierung von räumen

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Publication number
EP0513289A1
EP0513289A1 EP91920738A EP91920738A EP0513289A1 EP 0513289 A1 EP0513289 A1 EP 0513289A1 EP 91920738 A EP91920738 A EP 91920738A EP 91920738 A EP91920738 A EP 91920738A EP 0513289 A1 EP0513289 A1 EP 0513289A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
heat exchange
exchange liquid
ceiling
rooms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91920738A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Charly Cornu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geilinger AG
Original Assignee
Geilinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geilinger AG filed Critical Geilinger AG
Publication of EP0513289A1 publication Critical patent/EP0513289A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/0035—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0089—Systems using radiation from walls or panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0089—Systems using radiation from walls or panels
    • F24F5/0092—Systems using radiation from walls or panels ceilings, e.g. cool ceilings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/54—Free-cooling systems

Definitions

  • the present invention relates to a system for the air conditioning of rooms, in particular office spaces, and for residential construction in a noisy environment, where ventilation and cooling of the room through the window opening is unpleasant and disruptive.
  • the air conditioning is intended to achieve a lower and therefore more pleasantly tolerable internal temperature in the rooms to be air-conditioned, especially in summer when the outside temperature and sunlight are high. In addition, it may be necessary to provide sufficient fresh air in the rooms.
  • cooled fresh air is usually blown into the rooms to be air-conditioned, with refrigeration machines being used to cool the air.
  • the cooling of the rooms that can be achieved during the night is not always sufficient to ensure the natural warming of the rooms during the day even on hot days with outside temperatures around or even above 30 ° C. - inter alia by the people in the rooms and the office machines and lamps operated in it - to be able to limit them to a temperature value that is still perceived as pleasant or at least tolerable.
  • the system according to the invention is accordingly characterized by the combination of a heat-active blanket, in which pipes of a heat exchange liquid circuit are arranged, with at least one integrated into this circuit or integrable heat exchange device in which heat absorbed by the heat exchange liquid in the above-mentioned pipelines in the heat-active ceiling is at least partially released to the outside air by evaporation of another liquid.
  • the natural nightly cooling is used in an energetically favorable manner for room cooling
  • the relative humidity of outside air is usually well below 100%.
  • the evaporation process in the heat exchange device therefore allows the temperature of the heat exchange liquid to be lowered considerably (up to 10 ° C.) below the temperature of the outside air.
  • the air conditioning system according to the invention is more effective. Even during hot days with outside temperatures around or even above 30 ° C, the natural warming of the rooms during the day can be limited to a temperature value that is still pleasant or at least tolerable.
  • the (electrical pump) energy required for the transport of the heat exchange liquid is substantially (up to 20 times) lower than the energy which has to be applied in the ventilation method described at the outset for the operation of the required fans with the same heat transfer .
  • Air conditioning system according to the invention is still significantly (up to 4 times) cheaper than in the ventilation solution described at the beginning.
  • Buildings equipped with the air conditioning system according to the invention can therefore be constructed with a lower storey height than buildings in which the ventilation solution described at the outset is used.
  • the pipes of the heat exchange liquid circuit are preferably embedded in the concrete of the concrete ceiling, preferably in the lower area thereof. Because the heat exchange between the concrete and the heat exchange liquid is about twice as large as that between the room air of the heat exchange liquid, the concrete mass of the ceiling can be cooled at night below the value of the temperature of the room air. The concrete mass of the ceiling accumulates, so to speak, "night cool” during the night and, due to its relatively large heat capacity, acts as a cold store with a time constant of several hours. This delays and also reduces the warming of the rooms to be air-conditioned during the day. Partial or full cooling is also possible during the day if the weather is not too hot.
  • the pipelines used can be those which are commonly used today for underfloor heating. Correspondingly, the type of laying of the pipelines in serpentine tines and their mutual distance according to the rules for underfloor heating.
  • the pipelines can also be laid in several individual lines which can be shut off by valves.
  • the pipes can be attached to the lowest layer of the ceiling reinforcement or deeper in the concrete of the ceiling using special holding elements, for example before concreting the ceiling.
  • the heat-active ceiling can also be formed by a structure made of self-supporting, ribbed or profiled sheets, the pipelines being embedded between ribs or in groove-like depressions in these sheets. Depending on the version, the grooves allow ceiling suspensions without holes that could damage the pipes.
  • pipelines are advantageously embedded between the ribs of the sheets or in the groove-like recesses in mortar or concrete.
  • a hybrid cooling tower is particularly suitable as the heat exchange device.
  • the heat exchange liquid flows through heat exchange elements which are sprinkled on the outside with a further liquid, in particular water and which is surrounded by the outside air.
  • a combination of a heat exchanger and a hybrid cooling tower can also be provided, in which the heat exchanger is flowed through by the heat exchange liquid flowing through the pipes in the heat-active ceiling and a second heat exchange liquid without direct mutual contact.
  • the heat exchanger the heat absorbed by the first-mentioned heat exchange liquid in the heat-active blanket is at least partially transferred to the further heat exchange liquid.
  • the second heat exchange liquid then flows in the hybrid cooling tower through heat exchange elements sprinkled on the outside with another liquid, in particular water, and flowed around by the outside air, and thereby gives in turn, at least partially the heat absorbed in the heat exchanger from the outside air.
  • the second heat exchange liquid can be an antifreeze with a freezing point that is lower than that of the first heat exchange liquid.
  • a combination of a heat exchanger with a wet cooling tower through which the outside air flows can also be used as the heat exchange device.
  • the heat exchanger is flowed through by the heat exchange flow flowing through the pipes in the heat-active ceiling and a second heat exchange liquid without direct contact with one another.
  • the heat absorbed by the first-mentioned heat exchange liquid in the heat-active blanket is at least partially transferred to the second heat exchange liquid.
  • the second heat exchange flow is subsequently cooled by trickling in the wet cooling tower in countercurrent to the outside air.
  • the circulation of the heat exchange fluid (s) is maintained by means of pumps.
  • Water is primarily considered as the heat exchange liquid, if appropriate with additives which prevent corrosion or with additives for lowering the freezing point.
  • the water intended for evaporation can be normal or treated water, which can be drinking water, rain water or other water.
  • the air conditioning system according to the invention can advantageously be used not only for cooling rooms in summer, but also for heating purposes in winter.
  • a heat source is simply integrated in the heat exchange liquid circuit as an alternative to the heat exchange device.
  • What is important for the effectiveness of this heating is the fact that the heating power required for heating is significantly lower than the cooling power required for cooling, even at extremely low outside temperatures in winter. That for an op- Timely cooling in the summer, specially designed air conditioning system according to the invention, especially in well-insulated office buildings, can be sufficient for the necessary space heating in winter.
  • the heat output of the heat-active ceiling is limited insofar as heat emission via the ceiling of more than about 12-15 W / m2 is perceived as unpleasant.
  • the maximum cooling capacity is also limited by the fact that there is a risk of condensation on the ceiling if the ceiling temperature is below around 18 ° C. This temperature can be reduced by dehumidifying the fresh air.
  • the system according to the invention can also be supplemented by a cold or heat store which can be connected to the heat exchange liquid circuit.
  • Figure 1 in section an office room with a heat-active ceiling and displacement ventilation.
  • Fig. 5 in a histogram the resulting associated frequency distribution of the indoor air temperatures.
  • Fig. 1 denotes an office space.
  • pipelines 3 are embedded in the floor, as is customary in floor heating systems.
  • the pipelines 3 are part of a heat exchange liquid circuit 4, which is shown in FIG. 2.
  • a hybrid cooling tower 5 is further integrated into this circuit. It has heat exchange elements 6 through which the heat exchange liquid flows.
  • a fan 7 ensures a flow of outside air along the heat exchange elements 6.
  • a further liquid circuit 8 is provided. Through this circuit 8, the heat exchange elements 6 are sprinkled with water from above.
  • a pump 9 is used to generate a flow in the circuit 4.
  • the circuit 8 there are accordingly one or two pumps 10 or 11 provided (depending on the make and performance).
  • the water intended for evaporation can be partly stored or treated rainwater.
  • the function of the system described above is as follows:
  • the heat of vaporization required for this is withdrawn from the heat exchange liquid of the circuit 4 flowing through the heat exchange elements 6.
  • Liquid which has not evaporated on the heat exchange elements 6 is collected by collecting devices 12 and fed to a storage vessel 13 arranged in the circuit 8.
  • FIG. 4 shows a typical temperature profile (curve I) to be expected in a room air-conditioned with a system according to the invention of the type described above in a well-insulated office building during a midsummer week.
  • the course of the outside temperature is shown in the lower part of Figure 4.
  • the course of the temperature of the heat exchange liquid circulating in the ceiling of the air-conditioned room is also shown (curve II).
  • the daily fluctuations are clearly recognizable, with the interior temperature on Monday morning being around 20 ° C.
  • the daily temperature fluctuations which are more than 15 ° C for the outside temperature, are reduced to only about 5.5 ° C by the air conditioning system according to the invention.
  • the interior temperature does not exceed 26.5 ° C. As can be seen in particular from the histogram of FIG. 5, this value is also only reached towards the end of the week and for a short time before the end of the office, whereas the interior temperature for most of the office time is 23-25 ° C which can still be comfortably tolerated.
  • FIG. 1 a pipeline system for displacement ventilation is also shown at 14.
  • fresh air is introduced into the room 1 from the floor at an extremely low flow rate and therefore practically inaudibly. Since the fresh air introduced remains at a slightly lower temperature than room temperature, it forms a fresh air lake in the floor area of room 1. Heated, for example by the body heat of the people in the room, it then rises to the ceiling and is discharged there via exhaust air ducts 15.

Landscapes

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Description

System zur Klimatisierung von Räumen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Klima¬ tisierung von Räumen, insbesondere von Büroräumen sowie für den Wohnbau in lärmbelasteter Umgebung, wo eine Raumbelüftung und -kühlung durch Fensteröffnung unangenehm und störend ist.
Durch die Klimatisierung soll vor allem im Sommer bei hoher Aussentemperatur und Sonneneinstrahlung eine niedrigere und dadurch angenehmer zu ertragende Innentemperatur in den zu kli¬ matisierenden Räumen erreicht werden. Daneben muss ggf. auch noch für ausreichend Frischluft in den Räumen gesorgt werden.
Stand der Technik
Üblicherweise wird bei Klimaanlagen gekühlte Frischluft in die zu klimatisierenden Räume eingeblasen, wobei zur Kühlung der Luft Kältemaschinen verwendet werden.
Im Zuge von Energiesparmassnahmen wird zunehmend jedoch der Einsatz von Kältemaschinen für die Büroklimatisierung von staatlichen Behörden nicht mehr genehmigt. Für die Klimati¬ sierung müssen deshalb neue Konzepte gesucht werden. Am einfachsten lässt sich eine Kühlung von Räumen natürlich erreichen durch ein Öffnen der Fenster während der Nacht. Wo dies nicht möglich oder erwünscht ist, muss auf eine mehr technische Lösung zurückgegriffen werden. So wurde bereits ein Konzept erarbeitet, bei dem die zu klimatisierenden Räume während der kühleren Nachtstunden intensiv durchlüftet und dadurch abgekühlt werden. Diese Lösung erfordert jedoch grosse Querschnitte der für den Lufttransport notwenigen Schächte und einen erheblichen Energiebedarf für den Lufttransport selbst. Der Platzbedarf der Luftschächte muss bei der Erstellung der Bauwerke berücksichtigt werden und wirkt sich vor allem auf die Geschosshöhe der Bauwerke nachteilig aus. Die während der Nachtstunden erzielbare Abkühlung der Räume ist dennoch nicht immer ausreichend, um auch während heisser Tage mit Aussen- temperaturen um oder gar über 30°C die natürliche Erwärmung der Räume im Verlauf des Tages - u.a. durch die in den Räumen be¬ findlichen Personen und die darin betriebenen Büromaschinen und Lampen - auf einen noch als angenehm oder zumindest erträglich empfundenen Temperaturwert begrenzen zu können.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher insbesondere, ein System zur Klimatisierung von Räumen anzugeben, das ohne Kältemaschine auskommt, durch welches selbst an heissen Tagen noch angenehme Temperaturen in den zu klimatisierenden Räumen aufrechterhalten werden können, das verhältnismässig wenig Betriebsenergie benö¬ tigt und das, sich raumsparend installieren lässt.
Diese sowie weitere Aufgaben werden gemäss der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein System, wie es im Anspruch 1 ange¬ geben ist.
Das erfindungsge ässe System ist demnach gekennzeichnet durch die Kombination einer wärmeaktiven Decke, in welcher Rohr¬ leitungen eines Wärmetauschflüssigkeits-Kreislaufs angeordnet sind, mit mindestens einer in diesen Kreislauf intergrierten oder integrierbaren Wärmetauschvorrichtung, in welcher von der Wärmetauschflüssigkeit in den genannten Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke aufgenommene Wärme wenigstens teilweise durch Verdampfung einer weiteren Flüssigkeit an die Aussenluft abgegeben wird.
Die Vorteile der Erfindung sind vor allem in folgenden Punkten zu sehen:
- Durch die Erfindung wird in energetisch günstiger Weise die natürliche Nachtkühle zur Raumkühlung ausgenützt;
- Die Anordnung der Rohrleitungen des Wärmeträgerflüssigkeits- Kreislaufs in der Decke verbessert die Wärmeabfuhr, da sich die warme Raumluft stets an der Decke sammelt;
- Die relative Feuchte von Aussenluft liegt üblicherweise weit unter 100%. Durch den Verdampfungsprozess in der Wärmetausch¬ vorrichtung lässt sich deshalb die Temperatur der Wärmetausch¬ flüssigkeit erheblich (bis zu 10°C) unter die Temperatur der Aussenluft absenken.
- Im Vergleich mit der eingangs beschriebenen Durchlüftungs¬ lösung ist das erfindungsgemässe Klimatisierungssystem effek¬ tiver. Selbst während heisser Tage mit Aussente peraturen um oder gar über 30°C kann die natürliche Erwärmung der Räume im Verlauf des Tages auf einen noch als angenehm oder zumindest erträglich empfundenen Temperaturwert begrenzt werden.
- Die für den Transport der Wärmetauschflüssigkeit erforder¬ liche (elektrische Pump-) Energie ist bei gleichem Wärmetrans¬ port wesentlich (bis zu 20-fach) geringer als die Energie, die bei dem eingangs beschriebenen Durchlüftungsverfahren für den Betrieb der erforderlichen Gebläse aufgebracht werden muss.
- Bezieht man den Energieaufwand für den Betrieb der Wärme¬ tauschvorrichtung mit ein, so ist der Energiebedarf bei dem erfindungsgemässen Klimatisierungssystem immer noch wesentlich (bis zu 4-fach) günstiger als bei der eingangs beschriebenen Durchlüf ungslösung.
- Für die Rohrleitungen des Wärmetauschflüssigkeits-Kreislaufs wird kein extra Raum im Gebäude benötigt. Mit dem erfindungs¬ gemässen Klimatisierungssystem ausgestattete Gebäude können deshalb mit geringerer Geschosshöhe gebaut werden als Gebäude, beim denen die eingangs beschriebene Durchlüftungslösungs ein¬ gesetzt wird.
- Insgesamt ergibt sich gegenüber der eingangs beschriebenen Durchlüftungslösung bei gleich grossen zu klimatisierenden Räu¬ men eine erhebliche Kostenersparnis.
Weiterbildungen sowie Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Hervorzuheben ist hier vor allem bei Räumen mit Betondecke die vorzugsweise Einbettung der Rohrleitungen des Wärmetausch- flüssikeits-Kreislaufs in den Beton der Betondecke, vorzugs¬ weise in deren unterem Bereich. Dadurch dass der Wärmeaustausch zwischen dem Beton und der Wärmetauschflüssigkeit etwa doppelt so gross wie der zwischen der Raumluft der Wärmetauschflüssigkeit ist, kann die Betonmasse der Decke in der Nacht unter den Wert der Temperatur der Raumluft abgekühlt werden. Die Betonmasse der Decke akkumuliert während der Nacht sozusagen "Nachtkühle" und wirkt auf Grund ihrer relativ grossen Wärmekapazität als Kältespeicher mit einer mehrstündigen Zeitkonstante. Die Erwärmung der zu klimatisierenden Räume während des Tages wird dadurch verzögert und auch reduziert. Eine Teil- oder Vollkühlung ist bei nicht zu heissem Wetter auch tagsüber möglich.
Als Rohrleitungen können solche verwendet werden, wie sie heute üblicherweise für Fussbodenheizungen verwendet werden. Entspre¬ chend kann die Art der Verlegung der Rohrleitungen in Serpen- tinen sowie ihr gegenseitiger Abstand gemäss den Regeln für Fussbodenheizungen vorgenommen werden. Auch können die Rohr¬ leitungen in mehreren einzelnen, durch Ventile absprerrbaren Strängen verlegt werden. Die Rohrleitungen können z.B. vor dem Betonieren der Decke an der untersten Lage der Deckenbewehrung oder tiefer im Beton der Decke mittels spezieller Haltelemente befestigt werden.
Die wärmeaktive Decke kann auch durch eine Konstruktion aus selbsttragenden, gerippten oder profilierten Blechen gebildet sein, wobei die Rohrleitungen zwischen Rippen oder in nuten¬ artigen Vertiefungen dieser Bleche eingebettet sind. Je nach Ausführung erlauben die Nuten Deckenaufhängungen ohne Bohrungen, welche die Rohre verletzen könnten.
Mit Vorteil werden auch hierbei wieder die Rohrleitungen zwi¬ schen den Rippen der Bleche oder in den nutenartigen Vertie¬ fungen in Mörtel oder Beton eingebettet.
Als Wärmetauschvorrichtung geeignet ist insbesondere ein Hybridkühlturm. Bei einem Hybridkühlturm fliesst die Wärme¬ tauschflüssigkeit durch aussenseitig mit einer weiteren Flüs¬ sigkeit, insbesondere Wasser berieselte und von der Aussenluft umströmte Wärmetauschelemente.
Anstatt eines HybridkühIturms kann auch eine Kombination eines Wärmetauschers mit einem Hybridkühlturm vorgesehen werden, wo¬ bei der Wärmetauscher von der durch die Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke fliessenden Warmetauschflüssikeit und einer zweiten Wärmetauschflüssigkeit ohne direkte gegenseitige Berüh¬ rung durchströmt wird. Im Wärmetauscher wird die von der erst¬ genannten Wärmetauschflüssigkeit in der wärmeaktiven Decke auf¬ genommene Wärme wenigstens teilweise auf die weitere Wärme¬ tauschflüssigkeit übertragen. Die zweite Wärmetauschflüssigkeit fliesst dann im Hybridkühlturm durch aussenseitig mit einer weiteren Flüssigkeit, insbesondere Wasser berieselte und von der Aussenluft umströmte Wärmetauschelemente und gibt dabei ihrerseits wenigstens teilweise die im Wärmetauscher aufgenommene Wärme an die Aussenluft ab. Insbesondere zur Vermeidung von Vereisungsproblemen kann die zweite Wärmetauschflüssigkeit ein Frostschutzmittel mit einen gegenüber der erstgenannten Wärmetauschflüssigkeit erniedrigten Gefrierpunkt sein.
Alternativ kann als Wärmetauschvorrichtung auch eine Kombina¬ tion eines Wärmetauschers mit einem von der Aussenluft durch¬ strömten Nasskühlturm eingesetzt werden. Der Wärmetauscher wird dabei, wie im Beispiel zuvor, von der durch die Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke fliessenden Warmetauschflussikeit und einer zweiten Wärmetauschflüssigkeit ohne direkte gegenseitige Berührung durchströmt. Im Wärmetauscher wird, wie zuvor erläu¬ tert, die von der erstgenannten Wärmetauschflüssigkeit in der wärmeaktiven Decke aufgenommene Wärme wenigstens teilweise auf die zweite W rmetauschflussigkeit übertragen. Nachfolgend wird die zweite W rmetauschflussikeit durch Verrieselung in dem Nasskühlturm im Gegenstrom der Aussenluft abgekühlt.
Die Zirkulation der Warmetauschflüssigkeit/en wird mittels Pumpen aufrechterhalten. Als Wärmetauschflüssigkeit kommt in erster Linie Wasser in Frage, ggf. mit die Korrosion verhin¬ dernden Zusätzen oder mit Zusätzen zur Gefrierpunktserniedri¬ gung. Das zur Verdampfung vorgesehene Wasser kann normales oder behandeltes Wasser sein, wobei es sich um Trinkwasser, Regenwasser oder andere Wässer handeln kann.
Das erfindungsgemässe Klimatisierungssystem lässt sich mit Vorteil nicht nur zur Raumkühlung im Sommer, sondern daneben auch zu Heizzwecken im Winter verwenden. Dazu wird in den War¬ metauschflüssikeits-Kreislauf alternativ zu der Wärmetauschvor¬ richtung einfach eine Wärmequelle integriert. Von Bedeutung für die Wirksamkeit dieser Heizung ist die Tatsache, dass die zur Heizung erforderliche Heizleistung selbst bei extrem niedrigen Aussentemperaturen im Winter wesentlich geringer als die zur Kühlung benötigte Kühlleistung im Sommer ist. Das für eine op- timale Kühlung im Sommer speziell ausgebildete erfindungs- gemässe Klimasystem kann daher, insbesondere bei gut isolierten Bürogebäuden, durchaus für die erforderliche Raumheizung im Winter ausreichend sein.
Eine Begrenzung der Heizleistung der wärmeaktiven Decke ergibt sich insofern, als eine Wärmeabgabe über die Decke von mehr als etwa 12-15 W/m2 als unangenehm empfunden wird. Andererseits ist auch die maximale Kühlleistung begrenzt durch die Tatsache, dass bei einer Deckentemperatur unterhalb von etwa 18°C die Gefahr von Kondenswasserbildung an der Decke besteht. Durch Entfeuchtung der Frischluft kann diese Temperatur jedoch gesenkt werden.
Zur noch besseren Ausnutzung von Nachtkühle oder Tageswärme kann das erfindungsgemässe System auch noch um einen an den Warmetauschflüssigkeits-Kreislauf anschliessbaren Kälte- oder Wärmespeicher ergänzt werden.
Im Hinblick auf die meist auch noch erhobene Forderung nach einer ausreichenden Frischluftzufuhr kann schliesslich auch noch eine Verdrängungslüftung der Räume vorgesehen sein. Diese Art der Frischluftzufuhr ist speziell geeignet zur Anwendung im Rahmen des erfindungsgemässen Klimatisierungssystems. Dabei wird Frischluft mit nur geringer Strömungsgeschwindigkeit und einer Temperatur nur wenig unterhalb der Raumtemperatur in Bodennähe in die zu klimatisierenden Räume eingeführt wird und zwar derart, dass sich in Bodennähe ein Frischluftsee ausbilden kann. In der Nähe der Decke, vorzugsweise auf einer gegenüber¬ liegenden Raumseite, wird dann die gleiche, zwischzeitlich erwärmte und aufgestiegene Luftmenge aus den Räumen abgezogen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Er¬ findung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen er¬ läutert. Es zeigen: Fig. 1 im Schnitt einen Büroraum mit einem wärmeaktiven Decke sowie einer Verdrängungslüftung;
Fig. 2 schematisch einen Warmetauschflüssikeits-Kreislauf mit einem Hybridkühlturm;
Fig. 3 in einem Diagramm die mit einem System nach der Erfindung theoretisch erreichbare Abkühlung ;
Fig. 4 in einem Diagramm den Verlauf der Aussenlufttemperaur, während einer Sommerwoche gegen einen typischen zugehörigen Verlauf der Innenluftemperatur eines erfindungsge äss klimatisierten Raumes sowie der zugehörigen Temperatur der Wärmetauschflüssigkeit; und
Fig. 5 in einem Histogramm die sich ergebende zugehörige Häufigkeitsverteilung der Innenlufttemperaturen.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist mit 1 ein Büroraum bezeichnet. In der Betondecke 2 des Büroraumes 1 sind Rohrleitungen 3 wie sonst bei Fuss- bodenheizungen im Fussboden üblich eingebettet. Die Rohrlei¬ tungen 3 sind Teil eines Warmetauschflüssigkeits-Kreislaufs 4, welcher in Fig. 2 dargestellt ist. Weiter integriert in diesen Kreislauf ist ein Hybridkühltürm 5. Dieser weist Wärmetauschelemente 6 auf, durch welche die Wärmetauschflüssigkeit strömt. Ein Ventilator 7 sorgt für einen Strom von Aussenluft an den Wärmetauschelementen 6 entlang. Neben dem Kreislauf 4 ist ein weiterer Flüssigkeitskreislauf 8 vorgesehen. Durch diesen Kreislauf 8 werden die Wärmetauschelemente 6 mit Wasser von oben berieselt. Zur Erzeugung einer Stömung im Kreislauf 4 dient eine Pumpe 9. Im Kreislauf 8 sind dazu entsprechend eine oder zwei Pumpen 10 bzw. 11 vorgesehen (je nach Fabrikat und Leistung). Das zur Verdampfung vorgesehene Wasser kann zum Teil gespeichertes oder behandeltes Regenwasser sein.
Die Funktion des vorbeschriebenen Systems ist wie folgt: Die im Hybridkühlturm verrieselte und an den Wärmetauschelementen 6 nach unten fliessende Flüssigkeit des Kreislaufs 8 verdampft zum Teil unter Erhöhung der Feuchtigkeit der durch den Hybridkühlturm 5 strömenden Aussenluft. Die dazu erforderliche Verdampfungswärme wird der durch die Wärmetauschelemente 6 strömenden Wärmetauschflüssigkeit des Kreislaufs 4 entzogen. An den Wärmetauschelementen 6 nicht verdampfte Flüssigkeit wird durch Auffangvorrichtungen 12 aufgefangen und zu einem im Kreislauf 8 angeordneten Vorratsgef ss 13 zugeführt.
Anhand des Diagramms von Fig. 3 lässt sich ablesen, dass z.B. bei einer Aussenluft mit einer Temperatur von 32°C und einer relativen Feuchte von 42% (Punkt A) auf die vorbeschriebene Weise theoretisch eine Temperaturreduktion auf 21,8°C (Punkt B) ereichbar ist.
Fig 4. zeigt einen zu erwartenden typischen zeitlichen Verlauf der Temperatur (Kurve I) in einem mit einem erfindungsgemässen System der vorbeschriebenen Art klimatisierten Raum in einem gut isolierten Bürogebäude während einer Hochsommerwoche. Der Verlauf der Aussentemperatur ist im unteren Teil von Figur 4 dargestellt. Daneben ist auch der Verlauf der Temperatur der in der Decke des klimatisierten Raumes zirkulierenden Wärmetausch¬ flüssigkeit dargestellt (Kurve II). Deutlich erkennbar sind die täglichen Schwankungen, wobei die Innenraumtemperatur am Montag Morgen bei etwa 20°C liegt. Im Verlauf der Woche ergibt sich bedingt durch die Wärmeabstrahlung der in den Räumen betrie¬ benen elektrischen Einrichtungen sowie auch durch die Wärme¬ abgabe der sich in den Räumen aufhaltenden Personen von Tag zu Tag ein gewisser mittlerer Temperaturzuwachs. Dieser wird je¬ doch am folgenden arbeitsfreien Wochenende wieder ausgeglichen. Die täglichen Temperaturschankungen, die für die Aussen- temperatur mehr als 15°C betragen sind durch das erfindungs- gemässe Klimatisierungssystem auf lediglich nur etwa 5,5°C reduziert.
Die Innenraumtempertur geht über den Wert von 26,5°C nicht hinaus. Wie inbesondere anhand des Histogramms von Fig. 5 zu erkennen ist, wird auch dieser Wert nur gegen Ende der Woche sowie kurzfristig vor Büroschluss erreicht, wohingegen die Innenraumtemperatur für den grossten Teil der Bürozeit bei noch komfortabel zu ertragenden 23 - 25°C liegt.
In Figur 1 ist schliesslich noch mit 14 ein Rohrleitungssystem einer Verdrängungslüftung dargestellt. Durch diese wird fen- sterseitig aus dem Fussboden heraus Frischluft mit äusserst geringer Strömungsgeschwindigkeit und daher praktisch unhörbar in den Raum 1 eingeführt. Da die eingeführte Frischluft weiter eine etwas geringere Temperatur als die Raumtemperatur aufweist bildet sie im Fussbodenbereich des Raumes 1 einen Frischluftsee. Erwärmt, beispielsweise durch die Körperwärme der in dem Raum sich aufhaltenden Personen, steigt sie dann nach oben zur Decke und wird dort über Abluftkanäle 15 abgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Klimatisierung von Räumen, insbesondere von Büroräumen, gekennzeichnet durch die Kombination einer wärmeaktiven Decke (2), in welcher Rohrleitungen (3) eines W rmetauschflüssigkeits-Kreislaufs (4) angeordnet sind, mit mindestens einer in diesen Kreislauf intergrierten oder inte¬ grierbaren Wärmetauschvorrichtung (5), in welcher von der Wärmetauschflüssigkeit in den genannten Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke aufgenommene Wärme wenigstens teilweise durch Verdampfung einer weiteren Flüssigkeit an die Aussenluft abgegeben wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Räumen mit Betondecke die genannten Rohrleitungen im Beton der Betondecke, vorzugsweise in deren unterem Bereich, eingebettet sind.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaktive Decke durch eine Konstruktion aus selbst¬ tragenden, gerippten oder profilierten Blechen gebildet wird, wobei die Rohrleitungen zwischen Rippen oder in nutenartigen Vertiefungen dieser Bleche eingebettet sind.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen zwischen den Rippen der Bleche oder in den nutenartigen Vertiefungen in Mörtel oder Beton eingebettet sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung ein Hybrid¬ kühlturm ist, durch welchen die Wärmetauschflüssigkeit in aussenseitig mit einer weiteren Flussikeit berieselten und von der Aussenluft umströmten Wärmetauschelementen (6) fliesst.
6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschvorrichtung eine Kombi¬ nation eines Wärmetauschers mit einem Hybridkühlturm ist, wobei der Wärmetauscher von der bereits genannten und einer zweiten Wärmetauschflüssigkeit ohne direkte gegenseitige Berührung durchströmt wird, wobei die zweite Wärmetauschflüssigkeit im Hybridkühlturm durch aussenseitig mit einer weiteren Flüssig¬ keit berieselte und von der Aussenluft umströmte Wärmetauschelemente fliesst, wobei die von der erstgenannten Wärmetauschflüssigkeit in den Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke aufgenommene Wärme in dem Wärmetauscher zunächst wenigstens teilweise auf die zweite Wärmetauschflüssigkeit übertragen und von dieser in dem Hybridkühlturm wiederum wenigstens teilweise an die Aussenluft abgegeben wird.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmetauschflüssigkeit ein Frostschutzmittel ist und gegenüber der erstgenannten Wärmetauschflüssigkeit einen erniedrigten Gefrierpunkt aufweist.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Wärmetauschvorrichtung eine Kombination eines Wärmetauschers mit einem von der Aussenluft durchströmten Nasskühlturm ist, wobei der Wärmetauscher von der bereits genannten sowie einer zweiten Wärmetauschflüssigkeit ohne direkte gegenseitige Berührung durchströmt wird, wobei die von der erstgenannten Wärmetauschflüssigkeit in den Rohrleitungen in der wärmeaktiven Decke aufgenommene Wärme in dem Wärme¬ tauscher zunächst wenigstens teilweise auf die weitere Wärme¬ tauschflüssigkeit übertragen und nachfolgend durch Verrieselung der zweiten Warmetauschflussikeit in dem Nasskühlturm an die Aussenluft wiederum wenigstens teilweise abgegeben wird.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation der Warmetauschflüssig- keit/en mittels Pumpen (10,11,13) aufrechterhalten wird.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter gekennzeichnet durch eine in den W rmetauschflüssigkeits- Kreislauf alternativ zu der Wärmetauschvorrichtung integrier¬ bare Wärmequelle.
11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter gekennzeichnet durch einen an den Warmetauschflüssigkeits- Kreislauf anschliessbaren Wärme- und/oder Kältespeicher.
12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Verdrängungs¬ lüftung der Räume vorgesehen ist, bei welcher Frischluft mit nur geringer Strömungsgeschwindigkeit und einer Temperatur nur wenig unterhalb der Raumtemperatur in Bodennähe in die Räume eingeführt wird und zwar derart, dass sich in Bodennähe ein Frischluftsee ausbilden kann und bei welcher weiter die gleiche Luftmenge in Deckennähe aus den Räumen abgezogen wird.
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