EP0637721B1 - Verfahren zum Klimatisieren eines Gebäudeinnenraumes - Google Patents

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EP0637721B1
EP0637721B1 EP93810555A EP93810555A EP0637721B1 EP 0637721 B1 EP0637721 B1 EP 0637721B1 EP 93810555 A EP93810555 A EP 93810555A EP 93810555 A EP93810555 A EP 93810555A EP 0637721 B1 EP0637721 B1 EP 0637721B1
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cooling
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comfort
air
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Peter Dr. Kofoed
Beat Gasser
Patrik Sprecher
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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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • 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

Definitions

  • Low-mass cooling elements in the sense of present invention are coolable elements, for example slats of a cooling ceiling, by means of which thanks to its relatively low heat capacity, it quickly changes to changing Heat loads can be reacted to.
  • a chilled ceiling made a notable contribution; is in general but additionally to provide a supply of outside air, giving a further contribution to air conditioning is.
  • ventilation aspects of secondary importance Planning information about Chilled ceilings can be found, for example, at Uwe Franzke in of the magazine "Ki climate - Refrigeration - Heating", 1992, pages 9 to 12.
  • the air conditioning system described in WO-A-92/10707 avoids this cooling room heat through a cooling ceiling made of concrete, in the pipe are arranged.
  • the cooling elements, namely the ceiling, is used as a cold store used during the night and as a heat sink during the day works.
  • Chilled ceilings are often installed in offices where several people with a variety of electrical and electronic devices work.
  • the one given Heat is dissipated by so-called "silent cooling", whereby the heat by radiation (around 60%) and by Convection from the people and devices to the chilled ceiling is transported.
  • the cooling operation only takes place during the times when the heat load occurs, i.e. during the Working hours.
  • With the people present in the room also connected to a damp load. So on the chilled ceiling no condensation forms, it must Ceiling temperature above the dew point temperature of the Indoor air can be kept.
  • the heat dissipation capacity of a chilled ceiling is small designed so that the required comfort conditions cannot be met, the question arises how to fix this problem.
  • a lowering the coolant temperature is generally due to a The formation of condensation is not possible.
  • a Increasing ventilation generally makes additional Investment necessary and also affects the Room comfort due to increased air movement. So it seems to be forced to reduce the heat load or to increase the active cooling surface. would have both considerable costs. It is therefore the job of Invention to find a way with less cost connected is.
  • the solution arises from a special one Method, namely the method according to claim 1.
  • the dependent ones Claims relate to additional features of the process, that are beneficial.
  • the method according to the invention for air conditioning relates for example a building interior, especially one Office space, the ceiling of which is at least partially coolable Elements.
  • a cooling device and a circulating coolant and discharged to the Environment According to the masonry of the building used as an additional heat sink; periodically during times when there are no jobs this heat sink will take place by means of the Chilled ceiling in the interior caused temperature drop regenerates. Leave with the inventive method yourself with a chilled ceiling that has an instantaneous heat load can not dissipate the necessary comfort conditions produce.
  • the cooling system of the office space shown in Fig.1 with the Masonry 2 comprises a chilled ceiling 1, a cooling device 3 and a control and regulating device 4.
  • the cold Coolant 12 is with the pump 13 in the flow 11 of the coolable elements 10 of the cooling ceiling (cooling fins) promoted.
  • Via a collector not shown the heated coolant 14 back into the Cooling device 3.
  • the one recorded in the building interior Heat is applied via a heat exchanger 3a (circulation pump 23) given the environment.
  • the room air can enter a chamber 60 through openings 61 above the cooling fins 10 be sucked off, with an invisible fan in the Box 62 generates the necessary vacuum in chamber 60.
  • the air passes through the air duct 63 and the vertical pipe 64 returned to the work area.
  • the current the air is indicated by arrows 6, 6 '.
  • Figures 2 and 3 show examples of curves which the dependence of the temperature T on the time t during one day - from midnight to midnight.
  • Stripe 100 indicates the period during which the The work phase lasts (comfort phase).
  • the curves are partly with extended, partly with dashed line.
  • the stripped or dashed curve sections correspond to the intervals, during which the cooling device in or out of operation is: arrows 31 mean the start of cooling, the arrows 32 End of cooling.
  • the temperature T is during the Night around 24 ° C. With the cooling is already before the start Work phase 100 started. Even after completing the Work phase 100 will continue for a while chilled. After adjusting the cooling takes place because of the im Masonry 2 and in the furnishings of the office stored heat the temperature T again.
  • Curve 602 relates to the case that the Chilled ceiling can dissipate the current heat load.
  • the Cooling only needs to be performed during comfort phase 100 will.
  • the temporary temperature drops on Beginning 101 and end 102 of phase 100 occur since the heat load is not yet or no longer full is trained.
  • FIG. 3 shows curve 600 for the small cooling ceiling of the Example, to which curve 601 of FIG. 2 is assigned, but now the inventive method for Commitment comes. Thanks to the night - i.e. during the Regeneration phase - performed cooling that works Masonry as a supplementary heat sink during the day.
  • the nighttime cooling can be done intermittently, like it is shown in Figure 3. It can also be continuous be performed.
  • comfort conditions Before the start of comfort phase 100, comfort conditions must be met to be restored: for a period of for example 3 hours before the start of phase 100 not cooled, so that the temperature T increases again.
  • comfort conditions can also be a shorter duration should be provided if during this duration by means of an additional heater (radiator 8, Fig.1) Room temperature is raised.
  • the use of a Auxiliary heating also allows a relatively deep one Minimum temperature of the masonry 2 - for example 18 ° C - to manufacture (this temperature as a over that Storage volume mean value is to be understood).
  • the Temperature of the masonry 2 can therefore be the daily average for example, be around 20 ° C.
  • the temperature of the coolant in the supply of the cooling ceiling is advantageously kept as low as possible, namely in the Near the dew point temperature. It is possible to do this Keeping the temperature below the dew point, especially when means are provided with which condensing condensation water collected and removed can be. As a rule during the regeneration phase no or a smaller moisture load than during the Comfort phase 100 is present, the coolant temperature can easily be set lower at night than during the day. It can be advantageous if the air is dehumidified.
  • the cooling capacity of the Masonry (and / or furnishings) is given and can in the short term, i.e. during a day, not to be influenced.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Klimatisieren eines Gebäudeinnenraumes. Massearme Kühlelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind kühlbare Elemente, beispielsweise Lamellen einer Kühldecke, mittels derer dank relativ geri.nger Wärmekapazität rasch auf wechselnde Wärmelasten reagiert werden kann.
Zur Klimatisierung eines Raumes leistet beispielsweise eine Kühldecke einen namhaften Beitrag; im allgemeinen ist aber zusätzlich eine Versorgung mit Aussenluft vorzusehen, wodurch ein weiterer Beitrag zur Klimatisierung gegeben ist. Bei der vorliegenden Erfindung sind Lüftungsaspekte von nebengeordneter Bedeutung. Planungshinweise zu Kühldecken findet man beispielsweise bei Uwe Franzke in der Zeitschrift "Ki Klima - Kälte - Heizung", 1992, Seiten 9 bis 12.
Das in WO-A-92/10707 beschriebene Klimatisierungsystem entzieht dem zu kühlenden Raum Wärme durch eine Kühldecke aus Beton, in der Rorhleitung angeordnet sind. Die Kühlelemente, nämlich die Decke, wird als Kältespeicher genutzt, der während der Nacht geladen wird und der am Tag als Wärmesenke wirkt.
Kühldecken werden oft in Büroräumen installiert, in denen mehrere Personen mit einer Vielzahl an elektrischen und elektronischen Geräten arbeiten. Die dabei abgegebene Wärme wird durch sogenannte "stille Kühlung" abgeführt, wobei die Wärme durch Strahlung (rund 60 %) und durch Konvektion von den Personen und Geräten zur Kühldecke transportiert wird. Der Kühlbetrieb erfolgt nur während den Zeiten, da die Wärmelast anfällt, also während den Arbeitszeiten. Mit den im Raum anwesenden Personen ist auch eine Feuchtelast verbunden. Damit an der Kühldecke sich kein Schwitzwasser ausbildet, muss die Deckentemperatur oberhalb der Taupunkttemperatur der Raumluft gehalten werden.
Ist das Wärmeabführvermögen einer Kühldecke klein ausgelegt, sodass die erforderlichen Komfortbedingungen nicht eingehalten werden können, so stellt sich die Frage, wie diesem Problem abgeholfen werden kann. Eine Absenkung der Kühlmitteltemperatur ist im allgemeinen wegen einer Ausbildung von Schwitzwasser nicht möglich. Eine Verstärkung der Lüftung macht im allgemeinen zusätzliche Investitionen nötig und beeinträchtigt auch den Raumkomfort wegen erhöhter Luftbewegung. Man scheint daher dazu gezwungen zu sein, die Wärmelast zu reduzieren oder die aktive Kühlfläche zu vergrössern. Beides hätte beträchliche Kosten zur Folge. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu finden, der mit weniger Kosten verbunden ist. Die Lösung ergibt sich durch ein besonderes Verfahren, nämlich dem Verfahren gemäss Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen zusätzliche Merkmale des Verfahrens, die vorteilhaft sind.
Während den Zeitintervallen, da erfindungsgemäss die Wärmesenke, die durch das Mauerwerk und/oder Einrichtungsgegenstände gegeben ist, regeneriert wird, halten sich in der Regel keine Personen zwecks Arbeitsverrichtungen in dem zu klimatisierenden Raum auf. Es müssen daher während der Regenerierphase keine Komfortbedingungen eingehalten werden und somit kann die Lufttemperatur auf tiefere Werte als tagsüber, während der Phase der Arbeitsverrichtungen, d.h. der Komfortphase, abgesenkt werden. Selbstverständlich können sich Personen auch während der Regenerierphase im betreffenden Raum aufhalten, wenn sie sich durch die mangelnden Komfortbedingungen nicht stören lassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Klimatisieren betrifft beispielsweise einen Gebäudeinnenraum, insbesondere einen Büroraum, dessen Decke zumindest teilweise mit kühlbaren Elementen ausgestattet ist. Bei Arbeitsverrichtungen, die während einer beschränkten Dauer des Tages laufs ausgeführten werden, wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird mittels der Kühldecke, einer Kühlvorrichtung und eines zirkulierenden Kühlmittels abgeführt und an die Umgebung abgegeben. Erfindungsgemäss wird das Mauerwerk des Gebäudes als zusätzliche Wärmesenke genutzt; periodisch während Zeiten, da keine Arbeitsverrichtungen stattfinden, wird diese Wärmesenke durch eine mittels der Kühldecke im Innenraum erzeugten Temperaturabsenkung regeneriert. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich mit einer Kühldecke, die eine momentane Wärmelast nicht abführen kann, die erforderlichen Komfortbedingungen herstellen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen Büroraum mit einer Kühldecke,
Fig. 2
ein Diagramm mit zwei Kurven, die den zeitlichen Verlauf der Temperatur in einem Büroraum darstellen, in dem eine kleine bzw. eine grosse Kühldecke vorliegt und
Fig. 3
entsprechend zu Fig.2 einen Temperaturverlauf, der für das erfindungsgemässe Verfahren zu erwarten ist.
Das Kühlsystem des in Fig.1 gezeigten Büroraums mit dem Mauerwerk 2 umfasst eine Kühldecke 1, eine Kühlvorrichtung 3 sowie eine Steuer- und Regeleinrichtung 4. Das kalte Kühlmittel 12 wird mit der Pumpe 13 in den Vorlauf 11 der kühlbaren Elemente 10 der Kühldecke (Kühllamellen) gefördert. Über einen nicht dargestellten Sammler gelangt das erwärmte Kühlmittel 14 wieder zurück in die Kühlvorrichtung 3. Die im Gebäudeinnenraum aufgenommene Wärme wird über einen Wärmetauscher 3a (Umwälzpumpe 23) an die Umgebung abgegeben. Die Raumluft kann in eine Kammer 60 durch Öffnungen 61 oberhalb der Kühllamellen 10 abgesaugt werden, wobei ein nicht sichtbarer Ventilator im Kasten 62 den nötigen Unterdruck in der Kammer 60 erzeugt. Die Luft wird über den Luftkanal 63 und das vertikale Rohr 64 wieder in den Arbeitsraum zurückgeführt. Die Strömung der Luft ist mit den Pfeilen 6, 6' angedeutet.
Die von einer arbeitenden Person 71 und einem Bürogerät 72 ausgehende Wärmestrahlung 7 wird durch die Kühldecke 1 absorbiert. Ein weiterer Teil der erzeugten Wärme (rund 40 %) wird durch Konvektion zur Kühldecke 1 transportiert. Mit einem Sensor 41, der mit der Steuer- und Regeleinrichtung 4 verbunden ist, wird die Temperatur T gemessen. Im Hintergrund des Büroraums ist ein Heizkörper 8 unterhalb eines Fensters 9 dargestellt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen Beispiele von Kurven, welche die Abhängigkeit der Temperatur T von der Zeit t während eines Tages - von Mitternacht zu Mitternacht - darstellen. Der Streifen 100 gibt den Zeitraum an, während dem die Phase der Arbeitsverrichtungen dauert (Komfortphase). Während den Zeitabschnitten 101 und 102 wird die Arbeitstätigkeit sukzessive aufgenommen bzw. eingestellt. Die Kurven sind teils mit ausgezogener, teils mit gestrichelter Linie gezeichnet. Die ausgezogenen bzw. gestrichelten Kurvenstücke entsprechen den Intervallen, während denen die Kühlvorrichtung in bzw. ausser Betrieb ist: die Pfeile 31 bedeuten Beginn der Kühlung, die Pfeile 32 Ende der Kühlung.
Im Fall der Kurve 601, die sich für das Beispiel einer kleinen Kühldecke ergibt, ist die Temperatur T während der Nacht rund 24°C. Mit der Kühlung wird bereits vor Beginn der Arbeitsphase 100 begonnen. Auch nach Abschluss der Arbeitsphase 100 wird noch eine gewisse Zeit weiter gekühlt. Nach Einstellen der Kühlung nimmt wegen der im Mauerwerk 2 und in den Einrichtungsgegenständen des Büros gespeicherten Wärme die Temperatur T wieder zu.
Die Kurve 602 bezieht sich auf den Fall, dass die Kühldecke die momentane Wärmelast abführen kann. Die Kühlung muss nur während der Komfortphase 100 durchgeführt werden. Die vorübergehenden Temperaturerniedrigungen am Anfang 101 und am Ende 102 der Phase 100 stellen sich ein, da die Wärmelast noch nicht bzw. nicht mehr voll ausgebildet ist.
Fig.3 zeigt die Kurve 600 für die kleine Kühldecke des Beispiels, dem die Kurve 601 der Fig.2 zugeordnet ist, wobei jetzt aber das erfindungsgemässe Verfahren zum Einsatz kommt. Dank der nachts - d.h. während der Regenerierphase - durchgeführten Kühlung wirkt das Mauerwerk tagsüber als ergänzende Wärmesenke. Die nächtliche Kühlung kann intermittierend erfolgen, wie es in Fig.3 dargestellt ist. Sie kann auch kontinuierlich durchgeführt werden.
Vor Beginn der Komfortphase 100 müssen Komfortbedingungen wieder hergestellt werden: Während einer Dauer von beispielsweise 3 Stunden vor Beginn der Phase 100 wird nicht gekühlt, sodass die Temperatur T wieder zunimmt. Für das Einstellen der Komfortbedingungen kann auch eine kürzere Dauer vorgesehen werden, wenn während dieser Dauer mittels einer Zusatzheizung (Heizkörper 8, Fig.1) die Raumtemperatur angehoben wird. Die Verwendung einer Zusatzheizung erlaubt es auch, eine relativ tiefe Minimaltemperatur des Mauerwerks 2 - beispielsweise 18°C - herzustellen (wobei diese Temperatur als ein über das Speichervolumen gemittelter Wert zu verstehen ist). Die Temperatur des Mauerwerks 2 kann daher im Tagesmittel beispielsweise rund 20°C betragen.
Die Temperatur des Kühlmittels im Vorlauf der Kühldecke wird mit Vorteil möglichst tief gehalten, nämlich in der Nähe der Taupunkttemperatur. Es ist möglich, diese Temperatur auch unter der Taupunkttemperatur zu halten, insbesondere dann, wenn Mittel vorgesehen sind, mit denen auskondensierendes Schwitzwasser aufgefangen und entfernt werden kann. Da während der Regenerierphase in der Regel keine oder eine kleinere Feuchtelast als während der Komfortphase 100 vorliegt, kann die Kühlmitteltemperatur nachts problemlos tiefer als tagsüber eingestellt werden. Vorteilhaft kann es sein, wenn die Luft entfeuchtet wird.
Ist an einzelnen Tagen die Wärmelast im Gebäudeinnenraum kleiner als normal, so wird die Kühlvorrichtung bei einer geringeren Leistung aufgrund einer vorgesehenen Temperaturregelung betrieben. Die Kühlleistung des Mauerwerks (und/oder Einrichtungsgegenständen) ist gegeben und kann kurzfristig, d.h. während eines Tages, nicht beeinflusst werden.
Die oben beschriebenen Fälle gelten selbstverständlich auch für Büros und andere Gebäudeinnenräume, die für mehr als eine Person und eine Vielzahl an wärmeabgebenden Geräten vorgesehen sind. Bei solchen Gebäudeinnenräumen ist das erfindungsgemässe Verfahren besonders vorteilhaft.
Beim Klimatisieren eines Gebäudeinneren nach dem erfindungsgemässen Verfahrens ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass für den Betrieb der Kühlvorrichtung während der Nacht weniger Energie benötigt wird als am Tag. Das Verfahren mit Nutzung des Mauerwerks als Wärmesenke ist daher auch energetisch dem heute praktizierten Verfahren überlegen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Klimatisieren eines Gebäudeinnenraumes, insbesondere eines Büroraumes, der mit massearmen Kühlelementen (10) ausgestattet ist, wobei während Phasen beschränkter Dauer, den sogenannten Komfortphasen (100), Komfortbedingungen eingehalten werden müssen oder zumindest eine minimale Raumtemperatur nicht unterschritten werden darf, wobei das Mauerwerk (2) und/oder Einrichtungsgegenstände des Gebäudes als zusätzliche Wärmesenke genutzt werden und wobei phasenweise während Zeitintervallen zwischen den Komfortphasen die genannte Wärmesenke durch eine mittels der Kühlelemente im Innenraum erzeugten Temperaturabsenkung regeneriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlelemente (10) während den Regenerierphasen tiefer als während den Komfortphasen (100) abgesenkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung während den Regenerierphasen bei kontinuierlichem Betrieb der Kühlvorrichtung (3) ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung während den Regenerierphasen bei intermittierendem Betrieb der Kühlvorrichtung (3) ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn einer Komfortphase (100) Komfortbedingungen mittels kurzdauernden Heizens wieder hergestellt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransport von dem Mauerwerk (2) und/oder den Einrichtungsgegenständen zu den Kühlelementen (10) mit einer Luftbewegung (6) unterstützt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum die Temperatur mit mindestens einem Sensor (41) überwacht wird und dass aufgrund der Temperaturmessungen der Betrieb der Kühlvorrichtung (3) geregelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Raumtemperatur während der Komfortphase (100) rund 21 bis 25°C vorgesehen ist und dass die Temperatur des Mauerwerks (2) und/oder der Einrichtungsgegenstände so weit abgesenkt wird, dass sie im Tagesmittel rund 0,5 bis 3 K unter der genannten Raumtemperatur liegt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft entfeuchtet wird und die Temperatur der Kühlelemente (10) in der Nähe der Taupunkttemperatur der Luft gehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Kühlelemente (10) unter der Taupunkttemperatur der Luft gehalten wird.
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