EP0976988A1 - Mischungseinheit für raumlufttechnische Anlagen - Google Patents

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EP0976988A1
EP0976988A1 EP98810745A EP98810745A EP0976988A1 EP 0976988 A1 EP0976988 A1 EP 0976988A1 EP 98810745 A EP98810745 A EP 98810745A EP 98810745 A EP98810745 A EP 98810745A EP 0976988 A1 EP0976988 A1 EP 0976988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing unit
air
nozzle
room
constriction
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Withdrawn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
EP98810745A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Otto Hans Fritschi
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.)
Fritschi und Partner GmbH
Original Assignee
Fritschi und Partner GmbH
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 Fritschi und Partner GmbH filed Critical Fritschi und Partner GmbH
Priority to EP98810745A priority Critical patent/EP0976988A1/de
Publication of EP0976988A1 publication Critical patent/EP0976988A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/01—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station in which secondary air is induced by injector action of the primary air

Definitions

  • the invention relates to a mixing unit for ventilation systems according to the generic term of Claim 1. It further relates to the use of Mixing unit.
  • Ventilation systems for air conditioning or ventilation of spaces are known.
  • the document FR 2 720 484 a device for Temperature control of a room by feeding conditioned air. This becomes a constant Primary airflow before reaching a nozzle-shaped Outlet by targeted cooling in its temperature so set that after the addition of secondary air little different in temperature from the indoor air Fresh air flow results. This fresh air flow is used for Replace extracted air and to reduce the Room temperature without the appearance of being uncomfortable sensible air currents in the room.
  • the task of Invention for more extensive ventilation systems Measures to indicate improvements in multiple Respect.
  • the energy balance should of the systems can be improved and individual ventilation or air conditioning independent rooms at least not compared to increased installation costs known systems may be possible.
  • Another job concerns the improvement of control options ventilation systems.
  • FIG. 1 shows the longitudinal section through a mixing unit 11 for ventilation and air conditioning purposes, that is for ventilation and Air conditioning.
  • This unit 11 preferably comprises one cylindrical jacket tube 15, through which a Primary air flow V1 can be supplied.
  • the mixing unit 11 further comprises a rectifier 19 for generating a laminar flow, a concentrically arranged, in essential conical induction nozzle 12 with a minimal Constriction 13, for example about a quarter of the Cross section of the casing tube 15 is one axially movable nozzle cone 14, and circular or cut rectangularly into the casing tube 15 Suction openings 16 for secondary air.
  • the rectifier 19 and the induction nozzle 12 are rigid in the casing tube 15 arranged and so with respect to the suction openings 16 positioned that an exiting through the constriction 13 Primary air flow V1 a clear secondary air flow V2 generated through the openings 16 from the outside to the inside.
  • the Nozzle cone 14, on the other hand, is supported and with one Adjustment mechanism 17 connected that he between two Extreme positions can be moved through solid line and dashed and hatched representation are indicated.
  • the mechanism 17 can consist of levers and a push rod (as shown) be formed or any other way, for example under Use a pneumatic cylinder, or one electric linear motor.
  • the mixing unit 11 has the property that the from the primary air flow V1 and the secondary air flow V2 composing mixed air flow V3 essentially constant is independent of the strength of the primary air flow V1.
  • This previously unknown property offers the possibility by changing the position of the nozzle cone 14 with respect to the induction nozzle 12, the mixing ratio between the primary air and the secondary air share in the To control fresh air flow V3 very significantly.
  • Nozzle cone 14 and openings 16 result further linear relationship between the change in position of the Nozzle cone 14 and the mixing ratio mentioned. This linear relationship offers good conditions for the construction of a simple air conditioning control loop, at which the mixing unit 11 serves as an actuator.
  • FIG. 2 shows a variant of the mixing unit 11 in FIG. 1.
  • the casing tube 15 extends Area of the nozzle 12 to a mixed air tube 18 with essential enlarged cross-section, for example doubled Cross-section.
  • the suction openings 16 for the secondary air are in the conical transition region 20, for example between the casing tube 15 and the mixed air tube 18 arranged.
  • This arrangement leads to the Nozzle constriction 13 significantly in the direction of flow reduced flow resistance, due to which the Share of secondary air in mixed air flow V3 compared to Unit 11 is massively enlarged according to Figure 1.
  • the Nozzle cone 14 continues on the nozzle 12 and the Narrowing 13 matched that this completely lockable and thus the primary air flow V1 completely can be prevented.
  • FIG. 3 shows a basic scheme of a more extensive Building air conditioning system 20, in the inventive Mixing units 11 are used.
  • This attachment 20 essentially comprises a central air treatment 22, a main supply air line 24, a main exhaust air line 25, a any number of independent, too air-conditioning rooms 21.1, 21.2, ... or control areas, and regulation and control arranged in these rooms Air conditioning facilities.
  • the air treatment 22 comprises in a manner known per se a heat recovery system 31 connected to the main feed and -Exhaust air lines 24, 25 is connected.
  • a heat recovery system 31 connected to the main feed and -Exhaust air lines 24, 25 is connected.
  • Air from the building is used by fans 32, 33 with approximately same output.
  • In strands 24, 25 are in about maintaining constant pressures and temperatures appropriately controlled, regulated or selected.
  • For the Supply air line 24 is a temperature of approximately, for example +10 +/- 3 ° C suitable, regardless of the changing Outside air temperatures all year round Heating or cooling is essentially maintained.
  • the main strands 24, 25 run through the whole, not shown buildings and are by branches 24.1, 24.2, 25.1, 25.2 connected to all rooms 21.1, 21.2 etc.
  • a mixing unit 11 with an actuator 47 for displacing the nozzle cone 14 is inserted into the casing tube 15 of the incoming branch 24.1, 24.2.
  • This unit 11 is immediately followed by a mixer 41.
  • a source air outlet 42 or any standard air outlet follows at any distance.
  • a volume flow controller 43 is inserted in each branch 25.1, 25.2 of the main exhaust air line 25.
  • the units 10, 41, 43 can be delimited from the usable volume of the respective room 21.1, 21.2 by an intermediate ceiling 44, which must be passable for the exhaust air, e.g. B. through slots.
  • Local heating surfaces 45 are preferably also arranged in the rooms, for example radiators with engine or thermostatic valves.
  • the building air conditioning system 20 described so far works as follows:
  • the central air conditioning unit 22 optimally recovers the heat energy contained in the main exhaust air duct 25 and provides conditioned fresh air for the air conditioning with parameters and pressure that remain approximately constant.
  • a control circuit acts largely independently of the conditions inside and outside the building and regardless of the conditions in the other rooms, the control sensor 46 of which is the room temperature, the air humidity and / or the CO 2 content of the room air reports.
  • the control loop adjusts the mixing unit 11 serving as an actuator, that is, it automatically brings the nozzle cone 14 into the position assigned to the control state.
  • a primary air flow V1 associated with strength and consisting of the conditioned fresh air flows through the induction nozzle 12 from the main supply air duct 24.
  • the intake openings 16 result in a secondary air flow V2 consisting of room air also associated with the strength.
  • These two flows V1, V2 combine in the mixer 41 to form the mixed air flow V3 of approximately constant strength, the temperature of which is only a few degrees colder than the room temperature, for example 2K colder in winter and 7K in summer.
  • This mixed air flow V3 escapes silently and draft-free into the room volume through the source air outlet 42 and cools and renews the room air.
  • the quantity of exhaust air corresponding to the primary air quantity introduced is sucked off via the branch 25.1, 25.2 of the main exhaust air line 25, the respective volume flow controller 43 being operated analogously and in parallel with the nozzle cone 14 of the mixing unit 11.
  • the one described Air conditioning system 20 is capable of low Regulation effort a variety of independent Rooms 21.1, 21.2 independently of each other air conditioning. This optimizes user comfort and the air conditioning adapts to each Degree of utilization of the respective room 21.1, 21.2. In particular, the fresh air supply is reduced Not using the rooms striking what the amount of required heating energy in winter and cooling energy in Can massively reduce summer and energy requirements ventilation systems 20 sustainably reduced. The Building the necessary control loops is relative uncomplicated and inexpensive. In the Air conditioning system 20 is therefore a human needs and subjective feelings well adapted overall concept for building air conditioning optimal technical conditions and minimized Energy requirements. The same applies to appropriately designed Ventilation systems or ventilation and air conditioning systems.
  • Air conditioning 1 is a conventional one Air conditioning system in which the mixing unit according to the invention is not used.
  • Air conditioning 2 is one Air conditioning system in which the mixing unit according to the invention is used.
  • Air conditioner 1 (a conventional air conditioner)
  • the required efficiency of heat recovery at -11 ° C outside temperature is approx. 85%.
  • the required heating can therefore only partially with a Heat recovery are covered, i.e. It is a additional air heater required.
  • Air conditioning system 2 (uses mixing unit according to the invention)
  • the required efficiency of heat recovery at -11 ° C outside temperature is approx. 70%.
  • the required heating requirements can therefore be 100% through a Heat recovery can be covered.

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Abstract

Mischungseinheit (11) für raumlufttechnische Anlagen (20) zum Mischen von geeignet temperierter Primärluft mit Sekundärluft aus dem zu klimatisierenden Raum (21.1, 21.2) zur Bildung eines Mischluftstromes. Zur Verbesserung der Energiebilanz der Anlage und um eine individuell einstellbare Klimatisierung voneinander unabhängigen Räume zu ermöglichen, ist die Mischungseinheit (11) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie folgende Mittel umfasst (a) eine Induktionsdüse (12) mit konischer Verengung (13) für den Primärluftstrom (V1), (b) einen Düsenkonus (14), der im Bereich der Verengung (13) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Verengung (13) und dem Düsenkonus (14) in axialer Richtung veränderbar ist, und (c) im Mantelrohr (15) der Inkuktionsdüse (12) angeordneten Ansaugöffnungen (16) für die Sekundärluft. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischungseinheit für raumlufttechnische Anlagen entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft weiter die Verwendung der Mischungseinheit.
Raumlufttechnische Anlagen zur Klimatisierung oder Lüftung von Räumen sind bekannt. Im Speziellen gibt beispielsweise die Schrift FR 2 720 484 eine Vorrichtung zur Temperaturregelung eines Raumes durch Zuführung konditionierter Luft an. Hierbei wird ein konstanter Primärluftstrom vor dem Erreichen eines düsenförmigen Auslasses durch gezielte Kühlung in seiner Temperatur so eingestellt, dass sich nach Beimengung von Sekundärluft ein von der Raumluft temperaturmässig wenig verschiedener Frischluftstrom ergibt. Dieser Frischluftstrom dient zum Ersetzen abgesaugter Raumluft und zum Vermindern der Raumtemperatur ohne das Auftreten von als unangenehm empfindbaren Luftströmungen im Raum.
Es ist weiter bekannt, in Luftkanälen mit konischen Verengungen in diesen konzentrisch angeordnete Düsenkonusse zu verwenden, um die Stärke des Luftstromes beziehungsweise die zeitliche Durchflussmenge einstellbar zu machen. Als Beispiel sei die Schrift DE 196 17 384 genannt, bei der das Mischungsverhältnis zweier Gasvolumenströme durch eine Venturi-Düse über deren motorbetriebene, axial verschiebliche Düsennadel regulierbar ist.
Für die gute Durchmischung von unterschiedlichen Luftströmen ist es weiter bekannt, diese durch zum Beispiel Verwirbeln miteinander in innigen Kontakt zu bringen.
Bei der Klimatisierung ganzer Gebäude mit einer Vielzahl voneinander unabhängiger Räume können je nach Bauweise unterschiedliche Nachteile auftreten. Lassen sich die Räume nicht unabhängig voneinander und entsprechend ihrer Nutzungsweise lüften oder klimatisieren, dann ergibt sich ein relativ zu hoher Energieverbrauch und/oder ein zu starrer Klimatisierungszeitplan, beispielsweise bei öffentlichen Gebäuden in den Abendstunden und an Wochenenden. Weiter können sich zu voluminöse Lüftungskanäle ergeben oder die Behaglichkeit der Raumbenützer kann durch Zugluft und/oder Geräusche beeinträchtigt werden.
Aus diesen und anderen Gründen ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, für umfangreichere raumlufttechnische Anlagen Massnahmen anzugeben, die Verbesserungen im mehrfacher Hinsicht ermöglichen. Insbesondere soll die Energiebilanz der Anlagen verbessert werden und eine individuelle Lüftung oder Klimatisierung voneinander unabhängiger Räume bei zumindest nicht erhöhten Installationskosten gegenüber bekannten Anlagen möglich sein. Eine weitere Aufgabe betrifft die Verbesserung der Regelmöglichkeiten bei raumlufttechnischen Anlagen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil der unabhängigen Ansprüche angegeben. Die abhängigen Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Mischungseinheit.
Figur 2
einen Längsschnitt durch eine Variante der Mischungseinheit 11 in Fig. 1.
Figur 3
ein prinzipielles Schema einer Gebäudeklimatisierungsanlage, in der erfindungsgemässe Mischungseinheiten 11 verwendet werden.
Figur 4
Diagramm aus den Regeln für die Kühllastberechnung vom Verband Schweizerischer Heizungs- und Lüftungsfirmen, Ausgabe 1980.
Figur 1 zeigt den Längsschnitt durch eine Mischungseinheit 11 für raumlufttechnische Zwecke, das heisst für Lüftung und Raumklimatisierung. Diese Einheit 11 umfasst ein bevorzugt zylindrisches Mantelrohr 15, über welches ein Primärluftstrom V1 zuführbar ist. Die Mischungseinheit 11 umfasst weiter einen Gleichrichter 19 zum Erzeugen einer laminaren Strömung, eine konzentrisch angeordnete, im wesentlichen konische Induktionsdüse 12 mit einer minimalen Verengung 13, die beispielsweise etwa ein Viertel des Querschnittes des Mantelrohres 15 beträgt, einen axial verschieblichen Düsenkonus 14, und kreisförmig oder rechteckig in das Mantelrohr 15 eingeschnittene Ausaugöffnungen 16 für Sekundärluft. Der Gleichrichter 19 und die Induktionsdüse 12 sind starr im Mantelrohr 15 angeordnet und in Bezug auf die Ansaugöffnungen 16 so positioniert, dass ein durch die Verengung 13 austretender Primärluftstrom V1 einen deutlichen Sekundärluftstrom V2 durch die Öffnungen 16 von Aussen nach Innen erzeugt. Der Düsenkonus 14 ist dagegen so gelagert und mit einem Verstellmechanismus 17 verbunden, dass er zwischen zwei Extremstellungen beliebig verschiebbar ist, die durch ausgezogene Strichdarstellung und gestrichelte und schraffierte Darstellung angedeutet sind. Der Mechanismus 17 kann aus Hebeln und einer Schubstange (wie dargestellt) gebildet sein oder beliebig anders, beispielsweise unter Verwendung eines pneumatischen Zylinders, oder eines elektrischen Linearmotors.
Die Mischungseinheit 11 hat die Eigenschaft, dass sich der aus dem Primärluftstrom V1 und dem Sekundärluftstrom V2 zusammensetzende Mischluftstrom V3 im wesentlichen konstant ist, unabhängig von der Stärke des Primärluftstromes V1. Diese bisher unbekannte Eigenschaft bietet die Möglichkeit, durch Veränderung der Position des Düsenkonusses 14 bezüglich der Induktionsdüse 12 das Mischungsverhältnis zwischen dem Primärluft- und dem Sekundärluftanteil im Frischluftstrom V3 sehr wesentlich zu steuern. Bei geeigneter Dimensionierung der Massverhältnisse von Düse 12, Düsenkonus 14 und Öffnungen 16 ergibt sich weiter ein linearer Zusammenhang zwischen der Positionsänderung des Düsenkonusses 14 und dem genannten Mischungsverhältnis. Dieser lineare Zusammenhang bietet gute Voraussetzungen für den Aufbau eines einfachen Klimatisierungsregelkreises, bei dem die Mischungseinheit 11 als Stellglied dient.
Figur 2 zeigt eine Variante der Mischungseinheit 11 in Fig. 1. Bei dieser Variante erweitert sich das Mantelrohr 15 im Bereich der Düse 12 zu einem Mischluftrohr 18 mit wesentlich vergrössertem Querschnitt, beispielsweise verdoppeltem Querschnitt. Die Ansaugöffnungen 16 für die Sekundärluft sind im beispielsweise konischen Übergangsbereich 20 zwischen dem Mantelrohr 15 und dem Mischluftrohr 18 angeordnet. Diese Anordnung bewirkt im Anschluss an die Düsenverengung 13 in Strömungsrichtung einen wesentlich reduzierten Strömungswiderstand, auf Grund dessen der Sekundärluftanteil im Mischlufstrom V3 im Vergleich zur Einheit 11 entsprechend Figur 1 massiv vergrössert ist. Der Düsenkonus 14 ist weiter so auf die Düse 12 und die Verengung 13 abgestimmt, dass diese vollständig verschliessbar und damit der Primärluftstrom V1 vollständig unterbindbar ist.
Figur 3 zeigt ein prinzipielles Schema einer umfangreicheren Gebäudeklimatisierungsanlage 20, in der erfindungsgemässe Mischungseinheiten 11 verwendet werden. Diese Anlage 20 umfasst im wesentlichen eine zentrale Luftaufbereitung 22, einen Hauptzuluftstrang 24, einen Hauptabluftstrang 25, eine beliebige Anzahl voneinander unabhängiger, zu klimatisierender Räume 21.1, 21.2, ... bzw. Regelzonen, und in diesen Räumen angeordnete Regelungs- und Klimatisierungseinrichtungen.
Die Luftaufbereitung 22 umfasst in an sich bekannter Weise eine Wärmerückgewinnungsanlage 31, die an die Hauptzu- und -abluftstränge 24, 25 angeschlossenen ist. Zum Ausaugen von Frischluft und zum Absaugen und Ausstossen der verbrauchten Luft aus dem Gebäude dienen Ventilatoren 32, 33 mit etwa gleicher Förderleistung. In den Strängen 24, 25 werden in etwa konstante Drücke aufrechterhalten und die Temperaturen geeignet gesteuert, geregelt bzw. gewählt. Für den Abluftstrang 25 wird beispielsweise die Temperatur +22°C im Winter und +26°C im Sommer nicht überschritten. Für den Zuluftstrang 24 ist eine Temperatur von beispielsweise etwa +10 +/-3°C geeignet, die unabhängig von den wechselnden Aussenlufttemperaturen das ganze Jahr hindurch durch Aufheizen oder Kühlen im Wesentlichen beibehalten wird.
Die Hauptstränge 24, 25 führen durch das gesamte, nicht dargestellte Gebäude und sind durch Abzweigungen 24.1, 24.2, 25.1, 25.2 mit allen Räumen 21.1, 21.2 usw. verbunden.
In jedem der Räume 21.1, 21.2 ist in das Mantelrohr 15 der ankommenden Abzweigung 24.1, 24.2 eine Mischungseinheit 11 mit einem Stellantrieb 47 zum Verschieben des Düsenkonusses 14 eingefügt. An diese Einheit 11 schliesst sich unmittelbar folgend ein Mischer 41 an. Weiter folgt in beliebigem Abstand ein Quellluftauslass 42 oder ein beliebiger Standard-Luftauslass. In die Abzweigung 25.1, 25.2 des Hauptabluftstrangs 25 ist jeweils ein Volumenstromregler 43 eingefügt. Die Einheiten 10, 41, 43 können aus ästhetischen Gründen durch ein Zwischendecke 44 vom Nutzvolumen des jeweiligen Raumes 21.1, 21.2 abgegrenzt sein, wobei diese für die Abluft passierbar sein muss, z. B. durch Schlitze. In den Räumen sind bevorzugt noch örtliche Heizflächen 45 angeordnet, beispielsweise Radiatoren mit Motor- oder Thermostatventilen. Weiter ist wenigstens ein Regelfühler 46 für die Raumtemperatur vorhanden. Bei komfortablerer Klimatisierung können weitere Regelfühler für die Luftfeuchte und/oder den CO2-Gehalt der Luft hinzukommen.
Die bis hierher beschriebene Gebäudeklimatisierungsanlage 20 arbeitet wie folgt: Die zentrale Luftaufbereitung 22 gewinnt die im Hauptabluftstrang 25 enthaltene Wärmeenergie optimal zurück und stellt für die Klimatisierung konditionierte Frischluft mit in etwa konstant bleibenden Parametern Druck und Temperatur bereit. In jedem der Räume 21.1, 21.2 wirkt jeweils weitgehend unabhängig von den Bedingungen in und ausserhalb des Gebäudes und unabhängig von den Bedingungen in den jeweils anderen Räumen ein Regelkreis, dessen Regelfühler 46 die Raumtemperatur, die Luftfeuchte und/oder den CO2-Gehalt der Raumluft meldet. Der Regelkreis stellt entsprechend den jeweiligen Verhältnissen die als Stellglied dienende Mischungseinheit 11 ein, das heisst er bringt den Düsenkonus 14 automatisch in die dem Regelzustand jeweils zugeordnete Position. Aus dem Hauptzuluftstrang 24 strömt hierdurch ein Primärluftstrom V1 zugeordneter Stärke und bestehend aus der konditionierten Frischluft durch die Induktionsdüse 12. Durch die Ansaugöffnungen 16 ergibt sich ein Sekundärluftstrom V2 aus Raumluft ebenfalls zugeordneter Stärke. Diese beiden Ströme V1, V2 vereinigen sich im Mischer 41 zum Mischluftstrom V3 etwa konstanter Stärke, dessen Temperatur nur wenige Grad kälter als die Raumtemperatur ist, beispielsweise 2K kälter im Winter und 7K im Sommer. Dieser Mischluftstrom V3 entweicht durch den Quellluftauslass 42 geräuschlos und zugfrei in das Raumvolumen hinein und kühlt und erneuert hierbei die Raumluft. Die der dabei eingeschleusten Primärluftmenge entsprechende Menge von Abluft wird über die Abzweigung 25.1, 25.2 des Hauptabluftstranges 25 abgesaugt, wobei der jeweilige Volumenstromregler 43 analog und parallel zum Düsenkonus 14 der Mischungseinheit 11 betrieben wird.
Es ist offensichtlich, dass die beschriebene Klimatisierungsanlage 20 in der Lage ist, bei geringem Regelungsaufwand eine Vielzahl voneinander unabhängiger Räume 21.1, 21.2 unabhängig voneinander individuell zu klimatisieren. Hierdurch optimiert sich der Benutzerkomfort und passt sich die Klimatisierung an den jeweiligen Nutzungsgrad des jeweiligen Raumes 21.1, 21.2 an. Insbesondere reduziert sich die Frischluftzufuhr bei Nichtbenutzung der Räume markant, was die Menge der erforderlichen Heizenergie im Winter und der Kühlenergie im Sommer massiv reduzieren kann und den Energiebedarf der raumlufttechnische Anlagen 20 nachhaltig vermindert. Der Aufbau der erforderlichen Regelkreise ist relativ unkompliziert und preisgünstig. Bei der Klimatisierungsanlage 20 handelt es sich daher um ein den menschlichen Bedürfnissen und dem subjektiven Empfinden gut angepasstes Gesamtkonzept für die Gebäudeklimatisierung bei optimalen technischen Gegebenheiten und minimiertem Energiebedarf. Gleiches gilt für entsprechend konzipierte Lüftungsanlagen bzw. raumlufttechnische Anlagen.
Neben den bereits erwähnten Varianten und Ausgestaltungen der Erfindung sind noch folgende explizit zu nennen:
  • Bei der Mischungseinheit 11 kommt es darauf an, den relativen Abstand zwischen der Düse 12 und dem Konus 14 veränderbar zu machen. Dies kann auch dadurch geschehen, dass der Konus 14 ortsfest und die Düse 12 verschieblich angeordnet wird.
  • Der Konus 14 lässt sich durch eine Einheit mit anderer als konischer, jedoch strömungstechnisch geeigneter Form ersetzen. Eine solche Form ist beispielsweise kugel- oder tropfenförmig.
  • Die Düse 12 und der Konus 14 müssen nicht unbedingt rotationssymmetrisch ausgebildet und konzentrisch angeordnet sein. Andere Formen, beispielsweise im Querschnitt ovale, sind möglich.
  • Die Mischungseinheit 11 kann für sehr hohe Räume auch ohne Mischluftrohr 18 und Ansaugöffnungen 16 vorgesehen werden, das heisst als Einheit mit regelbarer Freistrahldüse.
  • Die Hauptstänge 24, 25 können unverzweigt oder auch verzweigt ausgebildet sein.
  • Zum Aufbau der genannten Regelkreise in den Räumen 21.1, 21.2 ist der Stellantrieb 47 vorgesehen, der über den Verstellmechanismus 17 den Düsenkonus 14 in beiden Axialrichtungen verschiebbar macht. Für einfache Steuerungen ist es jedoch auch möglich, den Verstellmechanismus 17 manuell betätigbar zu machen, beispielsweise mittels einer Handkurbel.
Zusammenfassend seien hier nochmals die Vorteile der Erfindung aufgelistet:
  • Die Mischungseinheit 11 ist auf Grund ihres Aufbaus mit konischer Düse 12 und zugeordnetem, axial verschieblichem Düsenkonus 14 in der Lage, den unter konstanten Druck ankommenden, konditionierten Primärluftstrom V1 in seiner Stärke zu steuern. Hierbei ergibt sich ein jeweils eindeutig in seiner Stärke zugeordneter Sekundärluftstrom V2 zur Bildung eines Mischluftstromes V3 etwa konstanter Stärke.
  • Die Mischungseinheit 11 ermöglicht es auf Grund der stets annähernd konstanten Stärke des Mischluftstromes V3 den Primärluftstrom V1 den jeweiligen Bedürfnissen in einem Raum 21 anzupassen. Ist dieser unbenutzt, dann wird der Primärluftstrom V1 stark reduziert oder gar unterbunden. Ist der Raum 21 dagegen stark genutzt, dann kann der Primärluftstrom V3 massiv erhöht werden, ohne dass dabei der Mischluftstrom V3 eine wesentlich verminderte Temperatur annimmt.
  • Die individuelle Regelbarkeit der Temperatur aller Räume in einem Gebäude durch Variation der jeweils zeitlich zugeführten Primärluftmengen ermöglicht es, die zentrale Primärluftaufbereitung 22 auf eine mittlere Leistung und damit kleiner als bei vergleichbaren Anlagen mit konstantem Volumenstrom und variabler Primärluft-Temperatur auszubilden. Dieser Vorteil resultiert vor allem aus Dimensionierungsgegebenheiten der zu klimatisierenden Gebäude und den unterschiedlichen Regelungsanordnungen.
  • Als Regelgrössen können neben der Temperatur auch die Luftfeuchte und der CO2-Gehalt der Raumluft dienen. Diese Eigenschaft erlaubt es, das Raumklima in den Räumen 21 individuell zu optimieren.
Die Einsparung, die durch die Verwendung einer erfindungsgemässen Mischungseinheit zur Lüftung oder Klimatisierung einer Mehrzahl unabhängiger Räume erzielbar ist, lässt sich z.B. durch einen Vergleich der berechneten Energiekosten einschätzen, die nachstehend für zwei Klimaanlagen für das selbe Gebäude (mit etwa 30 Zimmer) angeführt werden. Klimaanlage 1 ist eine konventionelle Klimaanlage, bei der die erfindungsgemässe Mischungseinheit nicht verwendet wird. Klimaanlage 2 ist hingegen eine Klimaanlage, bei der die erfindungsgemässe Mischungseinheit verwendet wird.
In den nachstehenden Berechnungen werden folgende Abkürzungen verwendet:
tA
Aussenlufttemperatur
tZUL
Zulufttemperatur
tAm
Mittlere Aussenlufttemperatur
PB
Barometrische Luftdruck
ρ
Dichte
GOel
Oelgewicht
E
Energiekosten
h
Stunde
h/a
Stunden pro Jahr
Fr.
Schweizer Franken
EWB
Elektrizitätswerk der Stadt Bern
WRG
Wärmerückgewinnung
WRG
Wärmerückgewinnungsfaktor
Klimaanlage 1 (eine konventionelle Klimaanlage) Energiekosten:
  • 1. Berechnung der mittleren Wintertemperatur nach Monatsmittel-Temperaturen Bern Liebefeld (Quellennachweis Metereologische Anstalt in Zürich, Schweiz)
  • Jahre: 1984 bis 1997, Monate: Oktober bis März
  • Winter Mitteltemperatur = 16.6/6 = + 2.76 °C
  • 2. Berechnung der Lüftungsgradstunden nach dem Diagrammm gemäss Figur 4 (Diagramm aus den Regeln für die Kühllastberechnung vom Verband Schweizerischer Heizungs- und Lüftungsfirmen, Ausgabe 1980)
    • Maximalwert von tZUL auf + 17 °C eingestellt
    Jährliche Stundenzahl mit tA < + 17 °C
    = 3'500 h/a
    Lüftungsgrad-Tagesstunden Bern tA< +17°C
    = 39'500 °Kh/a
    Lüftungsgrad-Tagesstunden Bern tA< +2,76°C
    = 4'000 °Kh/a
    Effektive Heizsrunden =
    = 35'500 °Kh/a
    Von einem Lüftungsbedarf von 84h pro Woche ausgehend und bei folgender Verteilung der Laufzeit der Anlage: 5 Tage zu 14h und 1 Tag zu 8h, beträgt die Laufzeit 78h pro Woche. Der Reduktionsfaktor ist daher 78/84= 0.9285.
  • Zuluftmenge V = 9200 m3/h = 2.55 m3/s
  • tAm = (2.76 + 15)/2 = 8.9 °C und PB = 950 mbar
  • ρ bei tAm = 1.293 * (950/1013) * (273/282.9) = 1.18 kg/m3
    • 3. Berechnung vom Wärmebedarf
  • QH = 2.55 * 1.180 * 1.005 * 35'500 * 0,9285 = 98'833 kWh
    • 4. Berechnung des Oelverbrauchs bei einem Gesamtheizverteilwirkungsgrad von η = 0,7
  • GOel = 98'833 kWh / (0.7 * 11.36 kWh/kg) = 12'428 kg
    • 4.1 Berechnung der Heizkosten ohne Wärmerückgewinnung
  • E = 12'428 kg * 0,3 Fr./kg = Fr. 3'728.50
    • 4.2 Fernheizkosten Wintertarif Bern Fr. 56.-- / Mwh
  • E = 98.833 kWh * 56 Fr./MWh = Fr. 5'534.--
    • Der erforderliche Wirkungsgrad einer Wärmerückgewinnung beträgt bei -11 °C Aussentemperatur ca. 85 %. Der erforderliche Heizbedarf kann daher nur zum Teil mit einer Wärmerückgewinnung abgedeckt werden, d.h. es ist ein zusätzlicher Lufterhitzer erforderlich.
    5. Berechnung der Stromeinsparungen 5.1 Berechnung der Laufzeit Tag, Hochtarif
    5 Tage von 06.00 bis 22.00
    = 14.0 h
    Samstag von 06.00 bis 14.00
    = 8 h
    Total Wochenstunden
    78 h
    Total Jahrestunden 50 x 78
    = 3900 h
    6. Berechnung des Stromverbrauchs Hochtarif
    Wintersemester total kWh
    6725 nach Tabelle 1
    Sommersemester total kWh
    6725 nach Tabelle 2
    Zwischentotal
    13452
    Anteil Hochtarif 100 %
    7. Berechnung der Stromkosten inkl. Leistungspreis
    Stromtarif gemäss Rechnung EWB
    Effektiver Strompreis
    Hochtarif 0.18 Fr. / kWh
    Niedertarif 0.115 Fr. / kWh
    8. Berechnung der Jahreskosten
    Hochtarif 13452 kWh zu 0.18 Fr./kWh
    Fr. 2'421.--
    Wärme Fernheizung mit WRG Ø 75 %
    Fr. 553.--
    Gesamttotal
    Fr. 2'974.--
    Klimaanlage 2 (verwendet erfindungsgemässe Mischungseinheit) Energiekosten:
  • 1. Berechnung der mittleren Wintertemperatur nach Monatsmittel-Temperaturen Bern Liebefeld (Quellennachweis Metereologische Anstalt in Zürich, Schweiz)
  • Jahre: 1984 bis 1997, Monate: Oktober bis März
  • Winter Mitteltemperatur = 16.6/6 = + 2.76 °C
  • 2. Berechnung der Lüftungsgradstunden nach dem Diagrammm gemäss Figur 4 (Diagramm aus den Regeln für die Kühllastberechnung vom Verband Schweizerischer Heizungs- und Lüftungsfirmen, Ausgabe 1980)
    • Maximalwert von tZUL auf + 12 °C eingestellt
    Jährliche Stundenzahl mit tA < + 12 °C
    = 2'700 h/a
    Lüftungsgrad-Tagesstunden Bern tA< +12°C
    = 24'500 °Kh/a
    Lüftungsgrad-Tagesstunden Bern tA< +2,76°C
    = 4'000 °Kh/a
    Effektive Heizstunden =
    = 20'500 °Kh/a
    Von einem Lüftungsbedarf von 84h pro Woche ausgehend und bei folgender Verteilung der Laufzeit der Anlage: 5 Tage zu 14h und 1 Tag zu 8h, beträgt die Laufzeit 78h pro Woche. Der Reduktionsfaktor ist daher 78/84= 0.9285.
  • Maximale Zuluftmenge Vmax = 6338 m3/h = 1.76 m3/s
  • Durchschnittliche Zuluftmenge
       (6338+4240)/2 = 5289 m3/h = 1.47 m3/s
  • tAm = (2.76 + 12)/2 = 7.38 °C und PB = 950 mbar
  • ρ bei tAm = 1.293 * (950/1013) * (273/280.4) = 1.17 kg/m3
    • 3. Berechnung vom Wärmebedarf
  • QH = 1.47 * 1.170 * 1.005 * 20'500 * 0,9285 = 33'163 kWh
    • 4. Berechnung des Oelverbrauchs bei einem Gesamtheizverteilwirkungsgrad von η = 0,7
  • GOel = 33'163 kWh / (0.7 * 11.36 kWh/kg) = 4'170 kg
    • 4.1 Berechnung der Heizkosten ohne Wärmerückgewinnung
  • E = 4'170 kg * 0,3 Fr./kg = Fr. 1'251.--
    • 4.2 Fernheizkosten Wintertarif Bern Fr. 56.-- / Mwh
  • E = 33'163 kWh * 56 Fr./MWh = Fr. 1'857.--
    • Der erforderliche Wirkungsgrad einer Wärmerückgewinnung beträgt bei -11 °C Aussentemperatur ca. 70 %. Der erforderliche Heizbedarf kann also zu 100 % durch eine Wäremrückgewinnung abgedeckt werden.
    5. Berechnung der Stromeinsparungen 5.1 Berechnung der Laufzeit Tag, Hochtarif
    5 Tage von 06.00 bis 22.00
    = 14.0 h
    Samstag von 06.00 bis 14.00
    = 8 h
    Total Wochenstunden
    78 h
    Total Jahrestunden 50 x 78
    = 3900 h
    6. Berechnung des Stromverbrauchs Hochtarif
    Wintersemester total kWh
    3'882 nach Tabelle 1
    Sommersemester total kWh
    3'882 nach Tabelle 2
    Zwischentotal
    7'764
    Anteil Hochtarif 100 %
    7. Berechnung der Stromkosten inkl. Leistungspreis
    Stromtarif gemäss Rechnung EWB
    Effektiver Strompreis
    Hochtarif 0.18 Fr. / kWh
    Niedertarif 0.115 Fr. / kWh
    8. Berechnung der Jahreskosten
    Hochtarif 7'764 kWh zu 0.18 Fr./kWh
    Fr. 1'397.--
    Wärme Fernheizung mit WRG
    Fr. 0.--
    Gesamttotal
    Fr. 1'397.--

    Claims (12)

    1. Mischungseinheit (11) für raumlufttechnische Anlagen (20) zum Mischen von geeignet temperierter Primärluft mit Sekundärluft aus dem zu klimatisierenden Raum (21.1, 21.2) zur Bildung eines Mischluftstromes,
      welche Mischungseinheit (11) dadurch gekennzeichnet ist,
      dass sie folgende Mittel umfasst
      (a) eine Induktionsdüse (12) mit konischer Verengung (13) für den Primärluftstrom (V1),
      (b) einen Düsenkonus (14), der im Bereich der Verengung (13) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Verengung (13) und dem Düsenkonus (14) in axialer Richtung veränderbar ist, und
      (c) im Mantelrohr (15) der Inkuktionsdüse (12) angeordneten Ansaugöffnungen (16) für die Sekundärluft.
    2. Mischungseinheit (11) nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass ein Verstellmechanismus (17) vorgesehen ist für die Veränderung des relativen Abstandes zwischen der Verengung (13) und dem Düsenkonus (14) zum Zwecke der Steuerung der Stärke des Primärluftstromes (V1).
    3. Mischungseinheit (11) nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass die Verengung (13) ortsfest und der Düsenkonus (14) verschieblich ausgebildet sind.
    4. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass der Düsenkonus (14) axial zur Verengung (13) verschieblich ist.
    5. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass der Düsenkonus (14) und die Verengung (13) so geformt und aufeinander abgestimmt sind, dass eine in etwa lineare Abhängigkeit zwischen dem Primärluftstrom (V1) und dem relativen Abstand zwischen der Verengung (13) und dem Düsenkonus (14) besteht.
    6. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Düsenkonus (14) und die Verengung (13) so geformt und aufeinander abgestimmt sind, dass der Primärluftstrom (V1) vollständig unterbindbar ist.
    7. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Verstellmechanismus (17) mit einem steuerbaren Antrieb gekoppelt ist.
    8. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
      dass der Verstellmechanismus (17) manuell betätigbar ist.
    9. Mischungseinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
      dass die Induktionsdüse (12) und der Düsenkonus (14) so eingerichtet und bemessen sind, dass eine Reduktion des axialen Abstandes zwischen diesen beiden Mitteln den Primärluftstrom (V1) reduziert und den Sekundärluftstrom (V2) erhöht.
    10. Verwendung von Mischungseinheit 11 gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Lüftung oder Klimatisierung einer Mehrzahl voneinander unabhängiger Räume (21.1, 21.2),
      dadurch gekennzeichnet,
      dass eine einzige Quelle (24) zur Bereitstellung der Primärluft vorgesehen ist, und
      dass jedem Raum (21.1, 21.2) eine Mischungseinheit (11) zugeordnet ist, die entsprechend den jeweiligen Raumklimaparametern die jeweilige Stromstärke der von der Quelle (24) ankommenden Primärluft (V1) steuert.
    11. Verwendung nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass in jedem Raum (21.1, 21.2) als einziger Raumklimaparameter ein Temperaturgrenzwert festgelegt ist.
    12. Verwendung nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet,
      dass in jedem Raum (21.1, 21.2) als Raumklimaparameter beliebig die Raumtemperatur, die Luftfeuchte und/oder der CO2-Gehalt der Luft dienen.
    EP98810745A 1998-07-31 1998-07-31 Mischungseinheit für raumlufttechnische Anlagen Withdrawn EP0976988A1 (de)

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    * Cited by examiner, † Cited by third party
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    US3981326A (en) * 1974-02-28 1976-09-21 Mitco Corporation Induction mixing nozzle
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    DE19617384A1 (de) 1996-04-30 1997-11-06 Siemens Ag Anordnung und Verfahren zur Regelung des Mischungsverhältnisses zweier Gasvolumenströme durch eine Venturi-Düse über deren Düsennadel

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