EP1027563B1 - Wandelement zur klimatisierung von räumen - Google Patents

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EP1027563B1
EP1027563B1 EP98955526A EP98955526A EP1027563B1 EP 1027563 B1 EP1027563 B1 EP 1027563B1 EP 98955526 A EP98955526 A EP 98955526A EP 98955526 A EP98955526 A EP 98955526A EP 1027563 B1 EP1027563 B1 EP 1027563B1
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air
wall element
wall
room
heat exchange
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Erhard Mayer
Rudolf Schwab
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B9/00—Ceilings; Construction of ceilings, e.g. false ceilings; Ceiling construction with regard to insulation
    • E04B9/02—Ceilings; Construction of ceilings, e.g. false ceilings; Ceiling construction with regard to insulation having means for ventilation or vapour discharge
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a for air conditioning by exchanging heat radiation certain wall element with at least one heat exchange plate.
  • Such heat exchange plates are used in particular for temperature control Building rooms and especially for their cooling increasingly as an alternative to conventional forced ventilation used (EP 740 114 A2).
  • JP-A-08303822 is a wall element with a heat exchange plate known, which is provided with a plurality of tiny ventilation openings, so that the Wall element has a filter function.
  • a building room is divided over one Source air line that opens into the building through a source air outlet new or conditioned air supplied, which at the same time the Influences the temperature of the room and cools it, for example.
  • conventional Spring air outlets are usually installed in the foot area.
  • the common forced ventilation devices are in several ways disadvantageous - the air conditioning caused exclusively by air renewal, especially cooling the room often requires high air exchange rates unpleasant consequences for people present in the room. So the high Air exchange easily leads to thermal discomfort of people due to drafts, due to a high exit speed of compact source air and a high degree of turbulence in the source air flow.
  • Convection noises are usually very annoying acoustically.
  • This background noise can only partially due to the limited cross-sectional area of the air outlets be reduced.
  • the source air outlets are generally allowed to have a height of around Do not exceed 80 cm to avoid drafts caused by excessive horizontal currents in the Avoid head area. As a result, adequate air supply is only achievable by a correspondingly high flow rate.
  • the invention has for its object a wall element for air conditioning of the respective room by exchanging heat radiation at least one Has heat exchange plate to develop such that the quality, i.e. the purity the air is improved and its temperature in the area of each workplace individually can be adjusted.
  • the air is flushed past or directed past the heat exchange plate heat absorbed by infrared radiation as in the case of conventional Water cooling derived.
  • the heat exchange plate of the er-inventive wall element a variety of ventilation openings, so that the air used for cooling is not only discharged, but also partly in the room is led into.
  • the wall element according to the invention also has the function of Air firing too.
  • the cooling itself is done in two ways, namely by deriving the amount of heat absorbed by infrared radiation the cold air circuit on the back of the heat exchange plate (i.e. inside the Wall element and its supply and exhaust air duct) and additionally through the ventilation of the room due to colder air from those in the heat exchange plate Openings.
  • openings are preferably more over the entire area of the heat exchange plate or less evenly distributed and thus cause a large ventilation of the Space.
  • the source air supply is very even because there is turbulence due to altitude can occur at the edge of the cooling surface.
  • Their size can typically vary between the size of a desk area up to the size of the entire ceiling area vary. If the wall element covers the entire ceiling of the room, any marginal turbulence is largely eliminated.
  • the heat exchange plate is largely made of metal consists.
  • a perforated or perforated metal plate is used as Heat exchange plate used.
  • the high proportion of metal surface increases the heat radiation caused by absorption Cooling the room. Due to the good thermal conductivity, the absorbed Heat quickly to the supply air side, the side facing away from the room Heat exchange plate transported and there through the above the cooling plate main air stream flowing past is recorded and derived.
  • the second feature of the invention provides that in the heat exchange plate ventilation openings are provided with a microfilter.
  • a microfilter not only cleans the air of dust; in addition, the Air self-decelerated. This avoids the creation of Drafts and also has one over the surface of the heat exchange plate more even air passage. This can be done in the simplest case circular ventilation openings arbitrarily enlarged or instead, for example Slots or other relatively large ventilation openings can be provided without that the homogeneity of the air passage suffers.
  • the Heat exchange plate be designed in several parts with appropriate ventilation openings in the gaps.
  • the microfilter is preferably on the supply air side as a full surface Coating applied to the heat exchange plate.
  • Another embodiment provides a device intended for air conditioning with at least two wall elements and with at least two air inlets, from each of which is connected to a wall element for the air supply independent of the air supply to the other wall element.
  • this embodiment enables in conjunction with a known air supply control at each individual workstation individual regulation of the room temperature, reducing the minimum Dissatisfaction rate can be reached to zero.
  • the wall element can also be on a side wall instead of on the ceiling attached, or it can be set up as a free-standing wall surface in the room and air-conditioning a workplace, for example, near the head.
  • a further embodiment provides that both wall elements to form a wall element that exchanges heat on both sides Partition are assembled.
  • the wall element according to the invention With the wall element according to the invention and its embodiments, it will possible in rooms with existing forced ventilation, a draft-free, low-noise, fine dust-filtered and individually adjustable air conditioning guarantee. Especially in view of the cost of changing the air source on water, the use of the wall elements according to the invention offers one inexpensive way out.
  • the cooling surfaces through which air flows according to the invention can also be used Air conditioning systems to be renovated are connected.
  • Air conditioning systems to be renovated are connected.
  • only one is left Part of the existing forced ventilation used for air renewal, which is a reduction of thermally and acoustically disturbing high air speeds has the consequence.
  • the wall element 1 shown in the figure points to the room or the A preferably metallic heat exchange plate 2 facing the workplace on, which contains a plurality of ventilation openings 3.
  • the main stream of Cooling air is introduced into the wall element through an air supply 5 and flows mostly between the heat exchange plate provided with d ( ⁇ m microfilter and the Back wall 6 through to the exhaust air line 7, while a smaller part of the air through the microfilter and the ventilation openings into the air conditioning system Space enters.
  • the wall element on the wall of a building room, for. B. the main flow of the cooling air can also be attached to the entire surface of the ceiling run between the wall element and the ceiling wall.
  • the wall element does not require its own rear wall. In the same way The invention extends to all other obvious modifications of the concrete embodiment.

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein zur Klimatisierung durch Austausch von Wärmestrahlung bestimmtes Wandelement mit mindestens einer Wärmetauschplatte.
Derartige Wärmetauschplatten werden zur Temperatursteuerung insbesondere von Gebäuderäumen und insbesondere zu deren Kühlung zunehmend als Alternative zur herkömmlichen Zwangsbelüftung eingesetzt (EP 740 114 A2).
Darüberhinaus ist aus der JP-A-08303822 ein Wandelement mit einer Wärmetauschplatte bekannt, die mit einer Vielzahl von winzigen Belüftungöffnungen versehen ist, so daß das Wandelement eine Filterfunktion aufweist.
Stand der Technik
Bei der herkömmlichen Zwangsbelüftung wird ein Gebäuderaum über eine Quellluftleitung, die über einen Quellluftauslass in den Gebäuderaum mündet, mit neuer oder aufbereiteter Luft versorgt, die durch ihre Temperatur gleichzeitig die Temperatur des Raumes beeinflußt und diesen beispielsweise kühlt. Herkömmliche Quelluftauslässe werden in der Regel im Fußbereich angebracht.
Die gebräuchlichen Zwangsbelüftungseinrichtungen sind in mehrfacher Hinsicht nachteilig- Die ausschließlich durch Luftemeuerung bewirkte Klimatisierung, insbesondere Kühlung des Raumes erfordert hohe Luftwechselraten mit oft unangenehmen Folgen für im Raum anwesende Personen. So führt der hohe Luftaustausch leicht zu thermischer Unbehaglichkeit der Personen infolge Zugluft, bedingt durch eine hohe Austrittsgeschwindigkeit kompakter Quellluft und durch einen hohen Turbulenzgrad der Quellluftströmung.
Zudem wirken die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten verursachten Konvektionsgeräusche akustisch meist sehr störend. Diese Hintergrundgeräusche können wegen der begrenzten Querschnittsfläche der Luftaustritte nur bedingt reduziert werden. So dürfen die Quelluftauslässe in der Regel eine Bauhöhe von etwa 80 cm nicht überschreiten, um Zugluft durch zu hohe waagerechte Strömungen im Kopfbereich zu vermeiden. Infolgedessen ist eine ausreichende Luftversorgung nur durch eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit erreichbar.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Klimatisierung durch Zwangsbelüftung besteht darin, daß die Luftzuführung über einen einzigen Quellluftauslass eine individuelle Einstellung des Raumklimas, d. h. eine arbeitsplatzspezifische Regulierung der (lokalen) Raumtemperatur prinzipiell ausschließt. Auch im Falle mehrerer Quellluftauslässe wird nach bisherigem Stand der Technik die Quellluftzuführung lediglich verzweigt, ohne dass eine Steuerung der Luftzufuhr durch die einzelnen Quellluftschächte vorgesehen ist. Jedoch kann eine undifferenzierte Belüftung aufgrund des naturgemäß individuell unterschiedlichen Wärmeempfindens nur von einem Teil der in Arbeits- und Aufenthaltsräumen gleichzeitig anwesenden Personen als angenehm empfunden werden. So beträgt die sog. minimale Unzufriedenheitsrate bei konventioneller Belüftung auch in günstigen Fällen immer noch 5 % bis 20 %.
Schließlich führt die Luftbewegung bei derzeit erforderlichen Strömungsgeschwindigkeiten in konventionell belüfteten Aufenthaltsräumen zu häufigen Klagen über trockene Luft, wobei der Staubgehalt der zugeführten Luft wesentlich zur Belastung der Atemwege beiträgt. Diese Belastung wird besonders im Falle der Heizung des Raumes durch Quellluftzufuhr spürbar.
Aber selbst bei Verwendung der wasser- oder luftdurchströmten Deckenkühlung wird hierdurch lediglich die Raumtemperatur beeinflusst; der Austausch verbrauchter Luft dagegen muss weiterhin durch Luftzufuhr über konventionelle Quellluftauslässe erfolgen. Damit bleiben die mit der Zwangsbelüftung bisher verbundenen Nachteile, insbesondere die Zugluft- und Geräuschentwicklung, weiter bestehen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement, das zur Klimatisierung des jeweiligen Raumes durch Austausch von Wärmestrahlung mindestens eine Wärmetauschplatte aufweist, derart weiterzubilden, dass die Qualität, d.h. die Reinheit der Luft verbessert wird und ihre Temperatur im Bereich jedes Arbeitsplatzes individuell eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Durch die an der Wärmetauschplatte vorbeigespülte bzw. vorbeigeleitete Luft wird die durch die Infrarotstrahlung aufgenommene Wärme wie im Falle der herkömmlichen Wasserkühlung abgeleitet. Darüber hinaus weist die Wärmetauschplatte des er-findungsgemäßen Wandelements eine Vielzahl von Belüftungsöffnungen auf, so dass die zur Kühlung verwendete Luft nicht nur abgeleitet, sondern teilweise auch in den Raum hinein geleitet wird.
Dadurch kommt dem erfindungsgemäßen Wandelement zugleich die Funktion der Luftemeuerung zu. Auch die Kühlung selbst geschieht auf zweifache Weise, nämlich durch die Ableitung der durch Infrarotstrahlung aufgenommenen Wärmemenge durch den Kaltluftkreislauf auf der Rückseite der Wärmetauschplatte (d.h. im Innem des Wandelements und seiner Zuluft- und Abluftleitung) und zusätzlich durch die Belüftung des Raumes durch kältere Luft aus den in der Wärmetauschplatte befindlichen Öffnungen.
Entsprechendes gilt für den Fall der Heizung des Raumes.
Diese Öffnungen sind bevorzugt über die ganzen Bereich der Wärmetauschplatte mehr oder weniger gleichmäßig verteilt und bewirken somit eine großflächige Belüftung des Raumes. Insbesondere bei Anbringung des erfindungsgemäßen Wandelements an der Decke ist die Quelluftversorgung sehr gleichmäßig, da höhenbedingte Turbulenzen nur am Rand der Kühlfläche auftreten können. Deren Größe kann typischerweise zwischen der Größe einer Schreibtischfläche bis hin zur Größe der gesamten Deckenfläche variieren. Sofern das Wandelement die gesamte Decke des Raumes verkleidet, entfallen auch eventuelle Randturbulenzen weitgehend.
Durch die Großflächigkeit der mit Belüftungsöffnungen versehenen Kühlplatte ergibt sich bei vorgegebenem Volumenstrom eine kleine Austrittsgeschwindigkeit, wodurch der bislang unvermeidbaren Zugluftentstehung vorgebeugt wird. Die große Austrittsfläche bedingt femer einen entsprechend geringen Strömungswiderstand, so dass auch die akustische Belästigung durch Konvektionsgeräusche abnimmt. Eine möglichst große Wandelementfläche ist nicht zuletzt wegen des dadurch erhöhten langwelligen Strahlungsaustausches von Vorteil.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Wärmetauschplatte weitgehend aus Metall besteht. Im einfachsten Fall wird eine perforierte bzw. gelochte Metallplatte als Wärmetauschplatte verwendet.
Der hohe Metallflächenanteil erhöht die durch Absorption von Wärmestrahlung bewirkte Kühlung des Raumes. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit wird die aufgenommene Wärme schnell zur zuluftseitigen, dem Raum abgewandten Seite der Wärmetauschplatte transportiert und dort durch den oberhalb der Kühlplatte vorbeiströmenden Hauptluftstrom aufgenommen und abgeleitet.
Das zweite erfindungsgemäße Merkmal sieht vor, dass die in der Wärmetauschplatte befindlichen Belüftungsöffnungen mit einem Mikrofilter versehen sind. Durch einen solchen Mikrofilter wird nicht nur die Luft von Staub gereinigt; zusätzlich wird auch die Austrittgeschwindigkeit der Luft selbst gebremst. Dies vermeidet die Entstehung von Zugluft und hat ferner einen über die Fläche der Wärmetauschplatte noch gleichmäßigeren Luftdurchtritt zur Folge. Dadurch können die im einfachsten Fall kreisrunden Belüftungsöffnungen beliebig vergrößert oder stattdessen beispielsweise Schlitze oder andere relativ großflächige Belüftungsöffnungen vorgesehen sein, ohne dass die Homogenität des Luftdurchtritts darunter leidet. Ebenso kann die Wärmetauschplatte mehrteilig gestaltet sein mit entsprechenden Belüftungsöffnungen in den Zwischenräumen. Der Mikrofilter wird vorzugsweise zuluftseitig als vollflächige Beschichtung auf der Wärmetauschplatte angebracht.
Gerade durch großflächige Austrittsöffnungen werden die bei Einsatz eines Filters zunächst in Kauf zu nehmenden Reibungsverluste am Filter und die dadurch bedingten Energieverluste der Ventilatoren minimiert. Positiv macht sich die durch den Mikrofilter verursachte zusätzliche Dämpfung der Ventilationsgeräusche bemerkbar.
Eine weitere Ausführungsform sieht eine zur Klimatisierung bestimmte Vorrichtung vor mit mindestens zwei Wandelementen und mit mindestens zwei Luftzuführungen, von denen jede mit je einem Wandelement verbunden ist, um dessen Luftzufuhr unabhängig von der Luftzufuhr des jeweils anderen Wandelements zu steuem.
In Gruppenarbeitsräumen ermöglicht diese Ausführungsform in Verbindung mit einer an sich bekannten Luftzufuhrsteuerung an jedem einzelnen Arbeitsplatz eine individuelle Regulierung der Raumtemperatur, wodurch die Reduzierung der minimalen Unzufriedenheitsrate auf Null erreicht werden kann.
Grundsätzlich kann das Wandelement statt an der Decke ebenso an, einer Seitenwand angebracht sein, oder es kann als freistehende Wandfläche im Raum aufgestellt werden und einen Arbeitsplatz beispielsweise in Kopfnähe klimatisieren.
Speziell bei zwischen benachbarten Arbeitsplätzen aufgestellten Wandelementen bietet es sich an, zwei erfindungsgemäße Wandelemente in entgegengesetzter Orientierung miteinander zu verbinden. Daher sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass beide Wandelemente zu einem beidseitig wärmetauschenden Wandelement mit Zwischenwand zusammengefügt sind.
Auf diese Weise wird auf jeder Seite des Wandelements ein Arbeitsplatz durch eine der Wärmetauschflächen klimatisiert.
Mit dem erfindungsgemäßen Wandelement und seinen Ausführungsformen wird es möglich, in Räumen mit vorhandener Zwangsbelüftung eine zugluftarme, geräuscharme, feinstaubgefilterte und individuell einstellbare Klimatisierung zu gewährleisten. Gerade angesichts der Kosten einer Umstellung des Energieträgers Luft auf Wasser bietet der Einsatz der erfindungsgemäßen Wandelemente einen kostengünstigen Ausweg.
So können die erfindungsgemäßen luftdurchströmten Kühlflächen auch zusätzlich an zu sanierende Klimaanlagen angeschlossen werden. In diesem Fall wird nur noch ein Teil der bereits vorhandenen Zwangsbelüftung zur Luftemeuerung weiterverwendet, was eine Reduzierung thermisch und akustisch störender hoher Luftgeschwindigkeiten zur Folge hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird exemplarisch anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige
Figur
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wandelement zeigt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Das in der Fig. dargestellte Wandelement 1 weist auf der dem Raum oder dem Arbeitsplatz zugewandten Seite eine vorzugsweise metallische Wärmetauschplatte 2 auf, die eine Vielzahl von Belüftungsöffnungen 3 enthält. Zuluftseitig befindet sich ein Mikrofilter 4 zur Reinigung der Luft von Staub und dergleichen. Der Hauptstrom der Kühlluft wird durch eine Luftzuführung 5 in das Wandelement eingeleitet und strömt größtenteils zwischen der mit d(~m Mikrofilter versehenen Wärmetauschplatte und der Rückwand 6 hindurch auf die Abluftleitung 7 zu, während ein kleinerer Teil der Luft durch den Mikrofilter und die Belüftungsöffnungen hindurch in den zu klimatisierenden Raum eintritt. Sofern das Wandelement an der Wand eines Gebäuderaumes, z. B. ganzflächig an der Decke, angebracht wird, kann der Hauptstrom der Kühlluft auch zwischen dem Wandelement und der Deckenwand verlaufen. Das erfindungsgemäße Wandelement benötigt in diesem Fall keine eigene Rückwand. In gleicher Weise erstreckt sich die Erfindung auf alle weiteren naheliegenden Abwandlungen der konkreten Ausführungsform.

Claims (5)

  1. Zur Klimatisierung durch Austausch von Wärmestrahlung bestimmtes Wandelement (1) mit mindestens einer Wärmetauschplatte (2),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschplatte (2) eine Vielzahl von Belüftungsöffnungen (3) aufweist und dass die sich in der Wärmetauschplatte befindlichen Belüftungsöffnungen (3) mit einem Mikrofilter (4) versehen sind.
  2. Wandelement nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschplatte (2) weitgehend aus Metall besteht.
  3. Zur Klimatisierung bestimmte Vorrichtung mit mindestens zwei Wandelementen (2) nach Anspruch 1 oder 2 mit mindestens zwei Luftzuführungen (5), von denen jede mit je einem Wandelement (1) verbunden ist, um dessen Luftzufuhr unabhängig von der Luftzufuhr des jeweils anderen Wandelements (1) zu steuern.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass beide Wandelemente (1) zu einem beidseitig wärmetauschenden Wandelement mit Zwischenwand zusammengefügt sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzelchnet,
    dass das Wandelement als freistehende Wandfläche im Raum aufstellbar ist.
EP98955526A 1997-10-28 1998-10-28 Wandelement zur klimatisierung von räumen Expired - Lifetime EP1027563B1 (de)

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DE19747565A DE19747565C2 (de) 1997-10-28 1997-10-28 Wandelement zur Raumklimatisierung durch Strahlungsaustausch
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EP1027563A1 EP1027563A1 (de) 2000-08-16
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DE (2) DE19747565C2 (de)
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