WO2023222539A1 - Wärmetauscherpaneel zur temperierung eines raumes - Google Patents

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WO2023222539A1
WO2023222539A1 PCT/EP2023/062743 EP2023062743W WO2023222539A1 WO 2023222539 A1 WO2023222539 A1 WO 2023222539A1 EP 2023062743 W EP2023062743 W EP 2023062743W WO 2023222539 A1 WO2023222539 A1 WO 2023222539A1
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WO
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heat exchanger
panel
wall
medium
medium line
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PCT/EP2023/062743
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Alexander Buff
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interpanel GmbH
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Publication date
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/22—Means for preventing condensation or evacuating condensate
    • F24F13/222—Means for preventing condensation or evacuating condensate for evacuating condensate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/12—Elements constructed in the shape of a hollow panel, e.g. with channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0035—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for domestic or space heating, e.g. heating radiators

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger panel for temperature control of a room and a method for temperature control of a room with such a heat exchanger panel.
  • the device includes a heat sink that has a surface facing the room. The surface is brought to a lower temperature than the room using the heat sink.
  • the heat sink is implemented, for example, by cooling pipes. Water, a water/glycol mixture or refrigerant can flow through the cooling pipes. Instead of the cooling tubes, electrically cooled components, for example via Peltier elements, can also be provided.
  • the device comprises a surface element between the surface and the room. The surface element is designed to be almost tight or impermeable to room air and water vapor, but transparent to heat radiation.
  • the dehumidification device can be, among other things, a sorbent and/or a heating device and/or a fleece.
  • the fleece is applied to the entire surface of the heat sink and extends over the sides of the heat exchanger device into a rear area in order to dry there.
  • the problem here is that if the fleece is arranged over the entire surface, large amounts of water will accumulate, leading to an uncontrolled condition. As a result, the moisture is not always dissipated into the rear area of the heat exchanger device as intended, but can partially remain in the device remain. This degrades the performance of the heat exchanger device and can lead to long-term damage to the device. Since such a heat exchange device should be designed for continuous operation over a long period of time, this is a serious problem.
  • an air cooling and water condensate removal device which comprises a thin plate.
  • the plate has a fine, wettable, serrated or porous surface on one side.
  • the opposite side of the panel is thermally insulated.
  • a cooling plate for example with a circulating liquid coolant, is arranged inside the plate. The coolant cools the wettable surface so that moisture from the air condenses. The resulting condensate is drained off using capillary systems.
  • JP H06-323577 A shows a cooling device for homes and offices that absorbs heat radiation to cool the room.
  • the cooling device includes a panel that is thermally insulated on the wall side. On the room side of the panel there is a thin polymer layer that allows heat radiation to pass through and protects the panel from direct contact with air. The panel is cooled using circulating water.
  • a radiant air conditioning device is described in CN 111 912 066 A.
  • the radiant air conditioning device includes an energy transfer layer facing away from the room, a damping layer and a radiation panel facing the room.
  • the energy transmission layer is in thermal contact with the radiation panel via the damping layer and with it the temperature of the radiation panel can be changed.
  • An adjusting device is provided with which the thickness of the damping layer can be adjusted. This allows the temperature of the radiation panel to be adjusted precisely.
  • the present invention is based on the object of providing a heat exchanger panel for temperature control of a room, which tempers the room in an energy-efficient manner and allows controlled condensation formation between a heat sink and a surface element which is arranged at some distance from the heat sink.
  • a heat exchanger panel which comprises a heat exchanger.
  • the heat exchanger has a medium line for guiding a heat exchange medium from a medium inlet to a medium outlet and a heat-conducting heat exchanger wall which is connected to the medium line.
  • the heat exchanger wall forms an interface facing a room, which can be brought to a lower temperature than a heat load.
  • At least one surface element is arranged between the interface and the room, which is at least partially permeable to thermal radiation and almost impermeable to air, so that an almost airtight space is formed between the interface and the surface element.
  • the heat exchanger panel is characterized in that in the area adjacent to the medium inlet, a condensation cavity is formed adjacent to the medium line and on the side facing away from the heat exchanger wall with respect to the surface element, and the heat exchanger wall has at least one opening, so that the intermediate space is communicatively connected to the condensation cavity.
  • a capillary material is arranged in the condensation cavity or at least one capillary-active element is provided, which is guided to an outer surface of the heat exchanger panel, so that liquid condensing in the condensation cavity is transported to the outside due to the capillary action of the capillary material or the capillary-active element in order to dry there.
  • the condensing cavity is a cavity in the sense that it is free of other bodies so that air can enter it and the moisture contained therein can condense.
  • the heat exchanger panel described has the heat exchanger and the space formed between the interface of the heat exchanger wall and the surface element. In a theoretical and idealized structure of the heat exchanger panel, this space is completely sealed, so that there is no exchange of air and no entry of water vapor in the event of a vapor pressure gradient with the environment. In practice, this is very difficult to achieve, which is why there is almost always an exchange of air, entry of water vapor and thus entry of moisture.
  • the heat exchanger panel Since the heat exchanger panel is stressed during operation by a temperature difference between the cold interface and warm room air, over time air moisture accumulates in the gap, which condenses on the cold interface. It should also be taken into account that such a heat exchanger panel will be used in continuous operation over a long period of time.
  • the main transport mechanism for the entry of moisture is water vapor diffusion due to the partial pressure gradient in different climates. The water vapor partial pressure in the room is higher than that in the space between.
  • WO 2016/207141 A2 shows a heat exchanger panel in which a fleece is arranged along an interface of the heat sink and extends outwards and can transport moisture to the outside.
  • this known heat exchanger panel does not have one Condensation cavity so that air can collect in it and cool down, so that the moisture contained in the air condenses.
  • the capillary material can be a fleece or a woven fabric or a sorptive material.
  • the capillary material can be, for example, a polymer film, in particular a polyamide film or a polyester film.
  • capillary material refers to materials that are fundamentally capable of absorbing liquids, in this case water.
  • the materials are also characterized by the fact that they have pores, a structure being formed by the pores, whereby the liquids move inside the material primarily due to capillary forces.
  • Capillary tension is a special form of surface tension.
  • the pores can be macroscopic pores or microscopic pores at the molecular level, such as hollow fibers in a polyamide or a polyester film.
  • a polyamide film is a smooth, pore-free film. However, it has very small pores, which are suitable for absorbing water and cause water to spread throughout the film. With such small pores, molecular interactions can also influence the spread of water in the film.
  • capillary channels are incorporated into the heat exchanger wall, so that no fleece or fabric is necessary.
  • the heat exchanger wall additionally forms the capillary material and leads to an outer area of the heat exchanger panel.
  • the capillary channels can, for example, be incorporated into the surface of the heat exchanger wall using a laser.
  • the capillary channels are preferably introduced into the surface of the heat exchanger wall facing the condensing cavity and only into the heat exchanger wall up to the condensing cavity.
  • the heat exchanger wall is a good heat-conducting wall, with the interface of the heat exchanger wall representing the surface of the heat exchanger in the direction of the gap.
  • thermal contact is established between individual elements of the medium line, thus increasing the cooling surface of the heat exchanger.
  • the interface is cooled by a cold medium that is passed through the medium line.
  • the medium line is first cooled and due to heat conduction, the surface of the medium line and also the heat exchanger wall and the interface become cold.
  • the medium line has the coldest point close to the medium inlet. The further the medium line extends towards the medium outlet, the warmer it becomes.
  • the heat load in the room can be caused, for example, by solar radiation or by the heat given off by people.
  • the infrared thermal radiation emitted by the heat load is absorbed by the interface and removed from the room by the cold medium.
  • the condensing cavity is provided adjacent to the medium line.
  • the condensing cavity is a small air cavity that is formed on the side facing away from the heat exchanger wall with respect to the surface element.
  • the heat exchanger wall has at least one opening, so that the intermediate space is communicatively connected to the condensing cavity.
  • the air moisture that accumulates in the gap passes through the opening from the gap into the condensation cavity and condenses there on the cold medium line.
  • the condensing liquid is transported to the outside due to the capillary effect of the capillary material and can dry there in the air.
  • the pores of the capillary material are so fine that only a minimal entry of moisture occurs through diffusion into the capillary material both inside the heat exchanger panel and outside. This means that almost no water vapor can penetrate from outside and there is almost no flow of gas from outside towards the condensation cavity. If the pores are filled with water in the case of condensation, then they are impermeable to vapor diffusion. Since the condensed water is distilled water, there is no risk of clogging of the pores. In addition, no liquid moves through the capillary material from the outside to the condensation cavity, since the water vapor pressure and material moisture of the capillary material is greater inside the condensation cavity than on the outer surface.
  • the air humidity that occurs in the gap is not evenly distributed throughout the entire gap, but rather condenses primarily at the coldest point of the medium pipe. Since the moisture is removed from the air at this point, more air with higher humidity moves in this direction and the moisture condenses again.
  • the medium line is thus shielded from a large part of the heat radiation by the heat exchanger wall and remains in a cool state.
  • the medium line can be formed from one or more straight line sections or from a meandering line.
  • the heat exchanger has a meandering medium line.
  • the medium line is preferably designed in such a way that it has a supply line and a discharge line with a large cross section, which are arranged approximately parallel to one another and connecting lines with a smaller cross section are arranged between them.
  • the connecting lines run approximately parallel to each other and connect the supply line and the discharge line.
  • These connecting lines can be capillary tubes and such a line system with capillary tubes is also referred to as a capillary tube mat, especially if the lines are made of plastic.
  • the heat exchanger panel can include a ceiling or wall panel in which the medium line is embedded.
  • the medium line is preferably integrated into the ceiling or wall panel in such a way that the material of the ceiling or wall panel fills the spaces between the individual elements of the medium line.
  • the space between the interface and the surface element can be bordered laterally by edge elements.
  • the ceiling or wall panel and the edge elements can be made of a substantially diffusion-tight material. With this configuration, the heat input into the medium line and the moisture input into the space between the interface and the surface element are kept as low as possible.
  • the interface of the heat exchanger wall is particularly relevant for temperature control of the room. This interface can be smooth or rough in order to influence its absorption or reflection behavior.
  • the heat exchanger wall can, for example, be a layer made of metal or contain or consist of a metallic alloy.
  • the performance of the heat exchanger panel according to the invention can be increased through a high thermal conductivity and/or high heat capacity of the interface and high absorption in the radiation range of the temperature radiation of 2 to 20 pm wavelength.
  • the response behavior of the heat exchanger panel can be specifically influenced by a low or high heat capacity of the interface, or by additionally introduced or attached latent heat storage materials (PCM).
  • PCM latent heat storage materials
  • the area in which the condensation cavity is formed adjacent to the medium inlet can comprise at least 10% or at least 20% or at least 30% of a length of the medium line.
  • This configuration ensures that the condensation cavity covers the area in which the medium line is coldest and where the majority of the condensate occurs. Through someone like that Limited area in which the capillary material is also arranged, there is no large accumulation of water and the condensate can be drained away in a controlled manner.
  • the condensing cavity is formed along a large part of the manifold with which the cooling medium is supplied to the capillary mat.
  • the condensing cavity preferably extends over a range of at least 60%, in particular at least 70%, in particular preferably at least 90% of this collecting line.
  • the condensing cavity in contrast to the surface of the heat exchanger wall, does not receive any heat radiation, it is fundamentally cooler than the heat exchanger wall.
  • a plurality of openings can be formed in the heat exchanger wall, the openings having a minimum clear width of at least 0.2 mm or at least 0.3 mm or at least 0.4 mm and/or a maximum clear width of 1.5 mm or have a maximum of 1.4 mm or a maximum of 1.3 mm.
  • the openings can also be designed as longitudinal or elongated slots or combinations of slots and round openings.
  • the heat exchanger wall can also be made of a vapor-permeable material in the area of the condensing cavity.
  • the heat exchanger wall has openings in the form of perforations.
  • the hole size of the perforation is chosen so that water vapor can flow through, but not liquid water. This prevents water from dripping from the condensation cavity towards the surface element and accumulating there. This would lead to permanent damage to the heat exchanger panel.
  • the surface element can show a transmission of more than about 50% or of more than about 70% or of more than about 90%, at least in a partial area .
  • the surface element decouples the heat exchange at the interface of the heat exchanger wall by means of heat radiation and heat conduction. Consequently, the interface can be cooled to a temperature below the dew point of the moisture in the room air. Heat can be effectively removed from the room through thermal radiation.
  • the surface element can, for example, contain or consist of a polymer.
  • the wavelength range mentioned contains a large part of the energy of the thermal radiation of a black body at around 300 K. If the heat exchanger panel according to the invention is in one If the device is to be used in warmer climates, this wavelength range may be shifted. Shorter wavelengths can also occur if the room has special heat sources, such as electrical or electronic devices. A transmission of about 50% to about 90% in at least a portion of the wavelength range mentioned ensures that a sufficient proportion of the thermal radiation reaches the interface of the heat exchanger wall and can in this way be transported out of the room.
  • the transparency and the associated low degree of absorption and emissivity of the surface element in the above-mentioned wavelength range of the material ensure that the surface element releases little heat energy to the interface and therefore does not cool down and therefore does not fall below the dew point of the moisture in the room air.
  • the surface element can be designed to be at least partially reflective and/or absorbent in the visible spectral range, so that a visually appealing design is made possible.
  • a trough can be provided which completely or approximately completely encloses the ceiling or wall panel on the side facing the ceiling or wall, and/or which completely or approximately completely encloses the medium line and the condensing cavity on the side facing the ceiling or wall completely encloses.
  • the trough can be made of a diffusion-tight material, preferably of a metal such as aluminum.
  • the trough thus insulates the ceiling or wall panel and subsequently also the condensation cavity from the ceiling or wall-side environment, which is normally formed by an insulating material that is not completely diffusion-tight. If the trough only encloses the medium line and the condensing cavity, then in particular the medium line and the condensing cavity are insulated from the environment.
  • a heat-insulating and/or sound-absorbing layer and/or a layer that is diffusion-tight to water vapor can be provided.
  • the heat-insulating layer can, for example, reduce energy losses from a room to the outside or into volumes and areas that do not need to be heated.
  • the sound-absorbing layer reduces the sound level in the room by absorbing sound waves and the resulting conversion into heat energy. This improves, among other things, speech intelligibility in rooms.
  • the sound-absorbing layer is, for example, an acoustic foam and is preferably made of the same material as the diffusion-tight thermal insulation material.
  • the acoustic foam has more open pores compared to the thermal insulation material surface.
  • the layer which is diffusion-tight to water vapor, prevents moisture from entering the ceiling and/or the wall of the room or on the surface of the heat exchanger.
  • Electronic components such as sensors, semiconductors, LEDs and/or other active or passive components or thermal or hygroscopic storage materials, can be arranged between the heat exchanger wall and the surface element and/or on the side of the surface element facing the room.
  • the components can also be electrothermal components, such as Peltier elements.
  • a PCM material can also be introduced for thermal buffering.
  • a heat exchanger panel according to the invention can not only serve to control the temperature of a room, but at the same time contribute to the visual design and workplace lighting of the room with lighting elements. In warehouses or laboratories where constant temperature and/or constant humidity are very important, sensors can be provided that permanently monitor these values.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a first embodiment
  • Figure 2 shows a schematic representation of a heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a first embodiment with a trough in a first embodiment
  • in a side view in
  • Figure 3 shows a schematic representation of a heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a first embodiment with a trough in a second embodiment; in a side view, in
  • Figure 4 shows a schematic representation of a heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a second embodiment; in a side view, in
  • Figure 5 shows a schematic representation of the heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a third embodiment; in a side view, in
  • Figure 6 shows a schematic representation of the heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel, in a fourth embodiment; in a side view, in
  • Figure 7 shows a schematic representation of the heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel and connected to a heat exchanger, in a first embodiment; in a schematic view, in
  • Figure 8 shows a schematic representation of the heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel and connected to a heat exchanger, in a second embodiment, and in
  • Figure 9 shows a schematic representation of the heat exchanger panel according to the invention, integrated into a ceiling or wall panel and connected to a heat exchanger, in a third embodiment.
  • Room 2 has a heat load.
  • the heat exchanger panel 1 includes a heat exchanger s.
  • the heat exchanger s is integrated into a ceiling or wall panel 4.
  • the heat exchanger 3 has a medium line 5.
  • the medium line 5 includes a supply line 23 and a discharge line 24 with a large cross section.
  • the supply line 23 and the discharge line 24 are arranged approximately parallel to one another.
  • Connecting lines 6 are arranged with a smaller cross section.
  • the connecting lines 6 run approximately parallel to one another and connect the supply line 23 and the discharge line 24.
  • the connecting lines 6 are preferably capillary tubes.
  • the supply line 23, the discharge line 24 and the connecting lines 6 are preferably made of plastic, so that together they form a capillary tube mat (FIG. 7).
  • the medium line 5 and/or the connecting lines 6 can also be made of metal.
  • the heat exchanger 3 can also have several medium lines 5 with a large cross section in sections, which are connected to one another by means of the connecting lines 6 (Fig. 8).
  • the several medium lines 5 are arranged parallel to one another and are each connected to one another by several connecting lines 6 which are arranged perpendicularly thereto and in turn run parallel to one another.
  • the connecting lines 6 are preferably capillary tubes.
  • the heat exchanger 3 can also have a meandering medium line 5 (Fig. 9).
  • the medium is a refrigerant in the form of a fluid that is used to absorb heat.
  • the coolant can be, for example, chilled water.
  • the heat exchanger s can also have a coolant, e.g. R32 or R290, flowing directly through it.
  • the medium line 5 of the heat exchanger 3 has a medium inlet 7 and a medium outlet 8.
  • the heat exchanger medium usually flows through the medium line 5 from the medium inlet 7 towards the medium outlet 8.
  • a heat pump 9 is provided to supply the cooled heat exchanger medium to the heat exchanger 3 via a pipeline 10 (FIGS. 7 to 9).
  • the heat exchanger medium is fed from the pipeline 10 directly into the medium inlet 7 of the medium line 5 of the heat exchanger 3. After the heat exchanger medium has passed through the medium line 5, it leaves the medium line 5 through the medium outlet 8 and returns to the heat pump 9.
  • the heat pump 9 and the heat exchanger 3 form a circuit.
  • a single heat pump 9 can be provided in a building, which is connected to a large number of heat exchanger panels 1 on different floors by means of several pipes 10 and provides the cooled heat exchange medium to the heat exchangers 3.
  • any heat sink can be integrated into the circuit. Systems with solar cooling, geothermal probes or groundwater cooling and therefore renewable cold sources are also possible.
  • the medium line 5 of the heat exchanger 3 is inserted into the ceiling or wall panel 4 in such a way that a material of the ceiling or wall panel 4 fills the spaces between the individual elements of the medium line 5.
  • the material is preferably a diffusion-tight thermal insulation material.
  • the heat exchanger 3 has a heat-conducting heat exchanger wall 11, which is thermally connected to the medium line 5 and the connecting lines 6, so that the heat exchanger wall 11 is tempered by the medium line 5.
  • the heat exchanger wall 11 forms an interface 12.
  • the interface 12 represents the surface of the heat exchanger 3 facing the room 2.
  • the temperature exchange essentially takes place between the room 2 and the heat exchanger medium, which flows through the medium line 5 of the heat exchanger 3.
  • the heat exchanger wall 11 is a layer made of a metal or another material that conducts heat well. By means of the heat exchanger wall 11, thermal contact is established between the individual elements of the medium line 5, thus increasing the cooling surface of the heat exchanger 3.
  • the medium line 5 In the area of the medium inlet 7, the medium line 5 has the coldest point. The further the medium line 5 extends towards the medium outlet 8, the warmer it becomes. For this reason, in this area adjacent to the medium inlet 7, a condensing cavity 13 is formed adjacent to the medium line 5 and on the side facing away from the heat exchanger wall 11 with respect to the interface 12.
  • the condensing cavity 13 is a small air cavity.
  • the ceiling or wall panel 4 has a trough 26 on the ceiling or wall side, which completely or almost completely encloses the ceiling or wall panel 4 on the side facing the ceiling or wall (Fig. 2).
  • the tub 26 projects into a lateral area of the ceiling or wall panel 4, so that the outer surface 19 is also enclosed.
  • the tub 26 is connected to the ceiling or wall panel 4 in a diffusion-tight manner in the area of the edge element 15, preferably glued or welded.
  • the trough 26 is formed from a diffusion-tight material, such as a metal such as aluminum. However, it can also be made of plastic or realized by a coating within the ceiling or wall panel 4.
  • the tub 26 thus insulates the ceiling or wall panel 4 and subsequently also the condensation cavity 13 from the ceiling or wall-side environment, which is normally formed by an insulating material that is not completely diffusion-tight.
  • the trough 26 only encloses the medium line 5 and the condensing cavity 13, so that in particular the medium line 5 and the condensing cavity 13 are insulated from the environment (FIG. 3).
  • the medium line 5 is arranged in the ceiling or wall panel 4 at some distance from the heat exchanger wall 11.
  • the space created by the spacing of the medium line 5 from the heat exchanger wall 11 forms the condensing cavity 13.
  • the connecting lines 6 are connected to the heat exchanger wall 6 and are therefore in direct thermal contact with the heat exchanger wall 6 (not shown).
  • walls 25 made of a metal, such as aluminum are provided, for example, which connect the medium line 5 and the heat exchanger wall 11 to one another in order to ensure a good thermal connection between the medium line 5 and the heat exchanger wall 1 1 to produce.
  • the medium line 5 is arranged directly adjacent to the heat exchanger wall 11 in order to be directly thermally connected to it.
  • the condensing cavity 13 is provided laterally adjacent to the medium line 5 and somewhat spaced from the heat exchanger wall 11.
  • the condensing cavity 13 is provided on the side of the medium line 5 that is closer to an edge of the heat exchanger 3.
  • condensation cavities 13 can also be provided on both sides of the medium line 5. This has the advantage that an installation error with incorrect orientation of the flow and return cannot occur.
  • a surface element 14 is arranged at a distance from the interface 12 on the side of the heat exchanger wall 11 facing the room 2.
  • the surface element 14 is at least partially permeable to thermal radiation and almost impermeable to air and water vapor diffusion from the room 2.
  • the surface element 14 can, for example, contain or consist of a polymer.
  • edge elements 15 are provided between the heat exchanger wall 11 and the surface element 14.
  • the edge elements 15, together with the surface element 14, ensure that an almost airtight gap 16 is formed between the heat exchanger wall 11 and the surface element 14.
  • the heat exchanger wall 11 has several openings 17 in the area of the condensing cavity 13. By means of the openings 17, the intermediate space 16 is connected to the condensing cavity 13 in a communicating manner.
  • the openings 17 are formed, for example, by perforations in the heat exchanger wall 11. The hole size of the perforation is chosen so that water vapor can flow through, but not liquid water.
  • the openings 17 can be designed as longitudinal or elongated slots or combinations of slots and round openings.
  • the heat exchanger wall 11 can also be made of a diffusion-open material in the area of the condensing cavity 13. It is also possible for the condensing cavity 13 to be completely exposed.
  • a capillary material 18 is provided in the condensing cavity 13.
  • the capillary material 18 can be a fleece or a woven fabric or a sorptive material.
  • the capillary material 18 can be, for example, a polyamide film or a polyester film.
  • the condensing cavity 13 can be completely filled with the capillary material 18.
  • the capillary material 18 is a fleece. It can also be provided to cover the at least one opening 17 of the heat exchanger wall 11 with the fleece 18.
  • the fleece 18 leads to an outer surface 19 of the heat exchanger panel 1.
  • the fleece 18 extends through the ceiling or wall panel 4 and the tub 26 to the outer surface 19.
  • the fleece 18 is glued to the ceiling or wall panel 4 and the tub 26 in such a way that a connection between the that is as vapor diffusion and airtight as possible Fleece 18 and the ceiling or wall panel 4 or the tub 26 is formed.
  • the adhesive is so viscous that it reliably bonds the surface of the fleece 18 to the ceiling or wall panel 4 or the tub 26, but not so viscous that it can penetrate into the pores of the fleece 18 and clog them.
  • the medium line 5 cools first and, due to heat conduction, the surface of the medium line 5 cools down. As a result, the heat exchanger wall 11 connected to the medium line 5 and thus the interface 12 becomes cold.
  • the medium line 5 Since the medium line 5 has its coldest point in the area of the medium inlet 7, moisture in the intermediate space 16 is not distributed evenly in the intermediate space 16. The moisture condenses primarily at this coldest point of the medium line 5. Since the moisture is removed from the air at this point , more air with higher humidity moves in this direction and the moisture condenses again. The moisture passes through the openings 17 of the heat exchanger wall 11. The condensed moisture is absorbed by the fleece 18 and transported to the outside due to the capillary action of the fleece 18 and can dry there in the air.
  • capillary channels are introduced into the heat exchanger wall. So no fleece or fabric is necessary.
  • the heat exchanger wall 11 additionally forms the capillary material 18 and leads to the outer surface 19 of the ceiling or wall panel 4.
  • the capillary channels can be incorporated into the surface of the heat exchanger wall 11, for example by means of a laser.
  • the capillary channels have a circular surface of at least 0.1 mm 2 or at least 0.3 mm 2 or at least 0.5 mm 2 and/or a circular surface of a maximum of 1 mm 2 or a maximum of 0.75 mm 2 or a maximum of 0 .5 mm 2 on.
  • Heat radiation emanating from a heat load in room 2 transmits at least partially through the surface element 13. From there, after crossing the intermediate space 16, it reaches the interface 12 of the heat exchanger wall 11 and is absorbed there. The heat is absorbed and dissipated by the heat exchange medium that flows through the medium line 5 via heat conduction.
  • a sound-absorbing layer 20 is introduced into the material of the ceiling or wall panel 4.
  • the sound-absorbing layer 20 is preferably an acoustic foam and is preferably made of the same material as the diffusion-tight thermal insulation material of the ceiling or wall panel 4.
  • the acoustic foam has a more open-pored surface compared to the thermal insulation material.
  • the sound absorbing layer 20 reduces the sound level and the reverberation time in room 2.
  • lighting elements 21 are provided on the side of the surface element 14 facing away from the room 2.
  • the lighting elements 21 can be provided both on the side of the surface element 14 facing the room 2 and on the side of the surface element 14 facing away from the room 2.
  • the lighting elements 21 are, for example, LEDs that are attached to the surface element 14 at a distance from one another.
  • a ceiling or wall panel 4 can not only serve to control the temperature of the room 2, but at the same time contribute to the optical and technical design of the room 2 with lighting elements 21.
  • the lighting elements 21 are preferably connected to a control device 22.
  • the control device 22 can be controlled using a remote control. For example, the lighting elements 21 can be switched on and off individually or the brightness of the lighting elements 21 can be individually adjusted.
  • further electronic components such as sensors, semiconductors, LEDs and/or other active or passive components or thermal storage materials, can also be arranged on the surface element 14.
  • Both the lighting elements 21 and/or the other electronic components are arranged in such a way that a portion of thermal radiation that is necessary and sufficiently large for the invention can pass through the surface element 14 and reach the interface 12.
  • the lighting elements 21 and/or the further electronic components can also be designed in such a way that, like the surface element 14, they are at least partially permeable to thermal radiation and almost impermeable to air.
  • a cool heat exchanger medium is passed through the medium line 5 of the heat exchanger 3 of the heat exchanger panel 1 in order to cool it.
  • Moisture located in the intermediate space 16 of the heat exchanger panel 1 condenses in the condensing cavity 13 adjacent to the medium line 5.
  • the moisture accumulated in the condensing cavity 13 is absorbed by the section of the capillary material 18 arranged in the condensing cavity 13.
  • the moisture in the capillary material 18 is conducted and discharged to an outer surface 19 of the heat exchanger panel 1. Here the moisture is released into the environment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherpaneel, das einen Wärmetauscher umfasst. Der Wärmetauscher weist eine Mediumleitung zum Führen eines Wärmetauschermediums von einem Mediumeinlass zu einem Mediumauslass und eine wärmeleitende Wärmetauscherwandung, die mit der Mediumleitung verbunden ist, auf, und die Wärmetauscherwandung bildet eine einem Raum zugewandte Grenzfläche aus, die auf eine gegenüber einer Wärmelast geringere Temperatur bringbar ist. Zwischen der Grenzfläche und dem Raum ist zumindest ein Flächenelement angeordnet, das für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässig und für Luft nahezu undurchlässig ist, sodass zwischen der Grenzfläche und dem Flächenelement ein nahezu luftdichter Zwischenraum ausgebildet ist. Der Wärmetauscher zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich benachbart zum Mediumeinlass ein Kondensierhohlraum angrenzend zur Mediumleitung und auf der von der Wärmetauscherwandung bezüglich des Flächenelementes abgewandten Seite ausgebildet ist und die Wärmetauscherwandung zumindest eine Öffnung aufweist, sodass der Zwischenraum mit dem Kondensierhohlraum kommunizierend verbunden ist. Im Kondensierholraum ist ein Kapillarstoff angeordnet oder zumindest ein kapillaraktives Element vorgesehen, der/das zu einer Außenfläche des Wärmetauscherpaneels geführt ist, sodass im Kondensierhohlraum kondensierende Flüssigkeit aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes bzw. des kapillaraktiven Elements nach außen transportiert wird und dort wieder abtrocknen kann.

Description

Wärmetauscherpaneel zur Temperierung eines Raumes
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauscherpaneel zur Temperierung eines Raumes und ein Verfahren zur Temperierung eines Raumes mit einem solchen Wärmetauscherpaneel.
Es ist bekannt zur Temperierung von Gebäuden, d.h. zur Heizung und Kühlung, ein Bauteil des Gebäudes, z.B. durch ein erwärmtes oder gekühltes Rohrregister zu erhitzen bzw. zu kühlen. So kann das Bauteil Wärme an die Raumluft und Umgebungsflächen durch Strahlungsaustausch abgeben bzw. Wärme aus der Raumluft und Umgebungsflächen und im Raum befindlichen Wärmelasten aufnehmen und hierdurch das Innenraumklima beeinflussen. Als Bauteile werden häufig Deckenpaneele, Wandpaneele oder Fußbodenheizsysteme mit einem wassergeführten Rohrregister oder elektrisch betriebenen Heizdraht versehen. Dies kann direkt beim Bau des Gebäudes verbaut werden oder bei einem bestehenden Gebäude nachgerüstet werden.
In der DE 10 2015 211 473 A1 bzw. der WO 2016/207141 A2 wird eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Raumes beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Wärmesenke, die eine dem Raum zugewandte Oberfläche aufweist. Die Oberfläche wird mittels der Wärmesenke auf eine dem Raum erniedrigte Temperatur gebracht. Die Wärmesenke wird beispielsweise durch Kühlrohre realisiert. Die Kühlrohre können von Wasser, einem Wasser/Glykol-Gemisch oder Kältemittel durchströmt werden. Anstelle der Kühlrohre können auch elektrisch gekühlte Bauteile, z.B. über Peltier-Elemente, vorgesehen sein. Weiterhin umfasst die Vorrichtung ein Flächenelement zwischen der Oberfläche und dem Raum. Das Flächenelement ist für Raumluft und Wasserdampf nahezu dicht bzw. undurchlässig, jedoch transparent für Wärmestrahlung ausgebildet. Zudem ist offenbart im Bereich zwischen der Oberfläche und dem Raum eine Entfeuchtungseinrichtung anzuordnen, um geringfügig anfallende Feuchtigkeit zu entfernen. Die Entfeuchtungseinrichtung kann unter anderem ein Sorptionsmittel und/oder eine Heizeinrichtung und/oder ein Vlies sein.
Bei dieser bekannten Wärmetauschervorrichtung ist das Vlies auf der gesamten Oberfläche der Wärmesenke aufgebracht und erstreckt sich über die Seiten der Wärmetauschervorrichtung in einen rückwärtigen Bereich, um dort zu trocknen. Das Problem hierbei ist, dass es bei einer Anordnung des Vlieses auf der gesamten Oberfläche zu großen Wasseransammlungen kommt, die zu einem unkontrollierten Zustand führen. Hierdurch wird die Feuchtigkeit nicht immer wie vorgesehen in den rückwärtigen Bereich der Wärmetauschervorrichtung abgeführt, sondern kann teilweise in der Vorrichtung verbleiben. Dies verschlechtert die Leistung der Wärmetauschervorrichtung und kann auf Dauer zu Beschädigungen an der Vorrichtung führen. Da eine solche Wärmetauschervorrichtung für einen Dauerbetrieb über einen langen Zeitraum ausgelegt sein sollte, ist dies ein ernsthaftes Problem.
Aus der US 3 905 203 A geht eine Luftkühlungs- und Wasserkondensatentfernungsvorrichtung hervor, die eine dünne Platte umfasst. Die Platte weist auf einer Seite eine feine, benetzbare, gezahnte oder poröse Oberfläche auf. Die gegenüberliegende Seite der Platte ist wärmeisoliert. Im Inneren der Platte ist eine Kühlplatte beispielsweise mit einem zirkulierenden flüssigen Kühlmittel angeordnet. Mittels dem Kühlmittel wird die benetzbare Oberfläche gekühlt, sodass Feuchtigkeit aus der Luft kondensiert. Das so entstehende Kondensat wird auf Basis von Kapillarsystemen abgeleitet.
Die JP H06-323577 A zeigt eine Kühlvorrichtung für Wohnungen und Büros, die Wärmestrahlung absorbiert, um den Raum zu kühlen. Die Kühlvorrichtung umfasst ein Paneel, das wandseitig wärmeisoliert ist. Auf der raumseitigen Seite des Paneels ist eine dünne Polymerschicht vorgesehen, die Wärmestrahlung hindurchlässt und das Paneel vor direktem Luftkontakt schützt. Das Paneel wird mittels zirkulierendem Wasser gekühlt.
In der CN 111 912 066 A wird ein Strahlungsklimagerät beschrieben. Das Strahlungsklimagerät umfasst eine raumabgewandte Energieübertragungsschicht, eine Dämpfungsschicht und ein raumzugewandtes Strahlungspaneel. Die Energieübertagungsschicht ist über die Dämpfungsschicht in thermischem Kontakt mit dem Strahlungspaneel und mit ihr kann die Temperatur des Strahlungspaneels geändert werden. Es ist eine Einstelleinrichtung vorgesehen, mit der die Dicke der Dämpfungsschicht eingestellt werden kann. So kann die Temperatur des Strahlungspaneel präzise angepasst werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wärmetauscherpaneel zur Temperierung eines Raumes bereitzustellen, welches den Raum energieeffizient temperiert und eine kontrolliertem Kondensatbildung zwischen einer Wärmesenke und einem Flächenelement, das mit etwas Abstand von der Wärmesenke angeordnet ist, zulässt.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den davon abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscherpaneel vorgesehen, welches einen Wärmetauscher umfasst. Der Wärmetauscher weist eine Mediumleitung zum Führen eines Wärmetauschermediums von einem Mediumeinlass zu einem Mediumauslass und eine wärmeleitende Wärmetauscherwandung, welche mit der Mediumleitung verbunden ist, auf. Die Wärmetauscherwandung bildet eine einem Raum zugewandte Grenzfläche aus, welche auf eine gegenüber einer Wärmelast geringere Temperatur bringbar ist. Zwischen der Grenzfläche und dem Raum ist zumindest ein Flächenelement angeordnet, welches für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässig und für Luft nahezu undurchlässig ist, sodass zwischen der Grenzfläche und dem Flächenelement ein nahezu luftdichter Zwischenraum ausgebildet ist.
Das Wärmetauscherpaneel zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich benachbart zum Mediumeinlass ein Kondensierhohlraum angrenzend zur Mediumleitung und auf der von der Wärmetauscherwandung bezüglich des Flächenelementes abgewandten Seite ausgebildet ist und die Wärmetauscherwandung zumindest eine Öffnung aufweist, sodass der Zwischenraum mit dem Kondensierhohlraum kommunizierend verbunden ist. Im Kondensierholraum ist ein Kapillarstoff angeordnet oder zumindest ein kapillaraktives Element vorgesehen, welcher/welches zu einer Außenfläche des Wärmetauscherpaneels geführt ist, sodass im Kondensierhohlraum kondensierende Flüssigkeit aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes bzw. des kapillaraktiven Elements nach außen transportiert wird, um dort abzutrocknen. Der Kondensierhohlraum ist ein Hohlraum im Sinne, dass er frei von sonstigen Körpern ist, so dass Luft darin eintreten und die darin enthaltene Feuchtigkeit kondensieren kann.
Das beschriebene Wärmetauscherpaneel weist den Wärmetauscher und den zwischen der Grenzfläche der Wärmetauscherwandung und dem Flächenelement gebildeten Zwischenraum auf. Bei einem theoretischen und idealisierten Aufbau des Wärmetauscherpaneels ist dieser Zwischenraum vollständig abgedichtet, so dass keinerlei Luftaustausch und kein Wasserdampfeintrag bei einem Dampfdruckgefälle mit der Umgebung vorliegt. Dies ist praktisch nur sehr schwer möglich, weshalb es fast immer zu einem Luftaustausch, Wasserdampfeintrag und damit zu einem Feuchtigkeitseintrag kommt.
Da das Wärmetauscherpaneel im Betrieb durch eine Temperaturdifferenz von kalter Grenzfläche und warmer Raumluft beansprucht wird, sammelt sich mit der Zeit Luftfeuchtigkeit im Zwischenraum an, welche an der kalten Grenzfläche kondensiert. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass ein solches Wärmetauscherpaneel über einen langen Zeitraum im Dauerbetrieb genutzt wird. Der wesentliche Transportmechanismus für den Eintrag der Feuchtigkeit ist die Wasserdampfdiffusion aufgrund des Partialdruckgefälles der unterschiedlichen Klimata. Der Wasserdampfpartialdruck im Raum ist höher als der im Zwischenraum.
Prinzipbedingt wird im Kondensierhohlraum ein niedrigerer Wasserdampfsättigungsdruck vorherrschen, als im restlichen nahezu luftdichten Zwischenraum. Durch das entstehende Diffusionsdruckgefälle ergibt sich ein permanenter Stoffstrom von der beliebigen Eintrittsstelle des Wassers zum Kondensierhohlraum. Durch die niedrige Wasserdampfmenge ist der natürliche Dampfdruckausgleich ausreichend, um aus dem Kondensierhohlraum mittels der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes Flüssigkeit zu einer Außenfläche des Wärmetauscherpaneels zu transportieren, wo sie dann verdampft. Hiermit wird ein kontinuierliches Trocknen des Zwischenraums möglich.
Die WO 2016/207141 A2 zeigt zwar ein Wärmetauscherpaneel, bei dem ein Vlies entlang einer Grenzfläche der Wärmesenke angeordnet ist und sich nach außen erstreckt und Feuchtigkeit nach außen transportieren kann. Dieses bekannte Wärmetauscherpaneel weist jedoch keinen Kondensierhohlraum auf, so dass sich darin Luft ansammeln und abkühlen kann, so dass die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensiert.
Der Kapillarstoff kann ein Vlies oder ein Gewebe oder ein sorptives Material sein. Der Kapillarstoff kann beispielsweise eine Polymer-Folie, insbesondere eine Polyamid-Folie oder eine Polyester-Folie, sein.
Unter dem Begriff Kapillarstoff werden Materialien verstanden, die grundsätzlich fähig sind Flüssigkeiten, in diesem Fall Wasser, aufzunehmen. Die Materialien zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass sie Poren besitzen, wobei durch die Poren eine Struktur ausgebildet wird, wodurch sich die Flüssigkeiten im Inneren des Materials vornehmlich aufgrund von Kapillarkräften fortbewegen. Eine Kapillarspannung ist eine spezielle Form der Oberflächenspannung. Die Poren können makroskopische Poren oder auch mikroskopische Poren auf molekularer Ebene sein, wie z.B. Hohlfasern in einer Polyamid- oder einer Polyester-Folie. Eine Polyamid-Folie ist für den menschlichen Betrachter eine glatte, porenfreie Folie. Sie hat jedoch sehr kleine Poren, welche zur Aufnahme von Wasser geeignet sind und dazu führen, dass sich Wasser in der Folie ausbreitet. Bei derart kleinen Poren können auch molekulare Wechselwirkungen die Ausbreitung des Wassers in der Folie beeinflussen.
So kann es auch vorgesehen sein, dass Kapillarkanäle in die Wärmetauscherwandung eingebracht sind, sodass kein Vlies oder Gewebe notwendig ist. In diesem Fall bildet die Wärmetauscherwandung zusätzlich den Kapillarstoff aus und führt in einen Außenbereich des Wärmetauscherpaneels. Die Kapillarkanäle können beispielsweise mittels Laser in die Oberfläche der Wärmetauscherwandung eingearbeitet sein. Vorzugsweise sind die Kapillarkanäle in die dem Kondensierhohlraum zugewandte Oberfläche der Wärmetauscherwandung und nur bis zum Kondensierhohlraum in die Wärmetauscherwandung eingebracht.
Es ist vorgesehen die Grenzfläche der Wärmetauscherwandung zu kühlen. Die Wärmetauscherwandung ist eine gut wärmeleitende Wandung, wobei die Grenzfläche der Wärmetauscherwandung die Oberfläche des Wärmetauschers in Richtung Zwischenraum darstellt. Mittels der Wärmetauscherwandung wird ein thermischer Kontakt zwischen einzelnen Elementen der Mediumleitung hergestellt und so die kühlende Oberfläche des Wärmetauschers vergrößert. Die Kühlung der Grenzfläche geschieht durch ein kaltes Medium, das durch die Mediumleitung geleitet wird. Hierdurch wird zuerst die Mediumleitung gekühlt und aufgrund von Wärmeleitung wird die Oberfläche der Mediumleitung und weiters die Wärmetauscherwandung und die Grenzfläche kalt. Die Mediumleitung weist hierbei die kälteste Stelle nahe am Mediumeinlass auf. Je weiter sich die Mediumleitung in Richtung Mediumauslass erstreckt, desto wärmer wird sie.
Die Wärmelast im Raum kann beispielsweise durch Sonnenstrahlung oder durch die Wärmeabgabe von Personen verursacht sein. Die von der Wärmelast ausgehende infrarote Wärmestrahlung wird von der Grenzfläche absorbiert und vom kalten Medium aus dem Raum entfernt. Im Bereich benachbart zum Mediumeinlass ist der Kondensierhohlraum angrenzend zur Mediumleitung vorgesehen. Beim Kondensierhohlraum handelt es sich um einen kleinen Lufthohlraum, der auf der von der Wärmetauscherwandung bezüglich des Flächenelementes abgewandten Seite ausgebildet ist. In diesem Bereich weist die Wärmetauscherwandung zumindest eine Öffnung auf, sodass der Zwischenraum mit dem Kondensierhohlraum kommunizierend verbunden ist. Die im Zwischenraum anfallende Luftfeuchtigkeit gelangt so durch die Öffnung vom Zwischenraum in den Kondensierhohlraum und kondensiert dort an der kalten Mediumleitung. Durch den im Kondensierholraum angeordneten Kapillarstoff, der dampfdiffusions- und luftdicht zu einer Außenfläche des Wärmetauscherpaneels geführt ist, wird die kondensierende Flüssigkeit aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes nach außen transportiert und kann dort an der Luft trocknen. Die Poren des Kapillarstoffes sind so fein, dass nur ein minimaler Eintrag von Feuchtigkeit durch Diffusion sowohl im Innenbereich des Wärmetauscherpaneels, als auch im Außenbereich, in den Kapillarstoff geschieht. Somit kann nahezu kein Wasserdampf von außen eindringen bzw. es findet nahezu kein Gasfluss von außen in Richtung Kondensierhohlraum statt. Sind die Poren im Falle der Kondensation mit Wasser gefüllt, dann sind sie gegenüber Dampfdiffusion undurchlässig. Da es sich bei dem kondensierten Wasser um destilliertes Wasser handelt, besteht keine Gefähr der Verstopfung der Poren. Zudem strebt keine Flüssigkeit durch den Kapillarstoff von außen zum Kondensierhohlraum, da der Wasserdampfdruck und Materialfeuchte des Kapillarstoffes im Inneren des Kondensierhohlraums größer ist, als an der Außenfläche.
Die im Zwischenraum anfallende Luftfeuchtigkeit verteilt sich aufgrund der beschriebenen unterschiedlichen Kälteverteilung der Mediumleitung nicht gleichmäßig im gesamten Zwischenraum, sondern kondensiert vornehmlich an der kältesten Stelle der Mediumleitung. Da der Luft an dieser Stelle somit die Feuchtigkeit entzogen wird, strebt weitere Luft mit höherer Luftfeuchtigkeit in diese Richtung und die Feuchtigkeit kondensiert wieder.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es nicht notwendig den Kapillarstoff entlang des ganzen Wärmetauschers anzuordnen. Es wird ausgenutzt, dass die Feuchtigkeit vornehmlich im Bereich des Mediumeinlasses an der Mediumleitung kondensiert. Aus diesem Grund ist in diesem Bereich der Mediumleitung der Kondensierhohlraum vorgesehen, in dem sich die Feuchtigkeit ansammelt. So reicht es nur dort den Kapillarstoff vorzusehen, um die Feuchtigkeit trotzdem effektiv und zudem kontrolliert abzuführen.
Durch das Vorsehen des Kondensierhohlraumes auf der von der Wärmetauscherwandung bezüglich des Flächenelementes abgewandten Seite und mit zumindest einer Öffnung, die den Zwischenraum mit dem Kondensierhohlraum kommunizierend verbindet, wird erreicht, dass die durch das Flächenelement transmittierende Wärmestrahlung nicht direkt auf die Mediumleitung trifft. Die Mediumleitung wird so durch die Wärmetauscherwandung vor einem Großteil der Wärmestrahlung abgeschirmt und verbleibt in einem kühlen Zustand. Die Mediumleitung kann aus einer oder mehreren geradlinigen Leitungsabschnitten oder aus einer mäanderförmigen Leitung ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform des Wärmetauscherpaneels weist der Wärmetauscher eine mäanderförmige Mediumleitung auf.
Die Mediumleitung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie eine Zufuhrleitung und eine Abfuhrleitung mit großem Querschnitt aufweist, welche etwa parallel zueinander angeordnet sind und dazwischen Verbindungsleitungen mit kleinerem Querschnitt angeordnet sind. Die Verbindungsleitungen laufen etwa parallel zueinander und verbinden die Zufuhrleitung und die Abfuhrleitung. Diese Verbindungsleitungen können Kapillarrohre sein und ein solches Leitungssystem mit Kapillarrohren wird auch als Kapillarrohrmatte bezeichnet, insbesondere wenn die Leitungen aus Kunststoff ausgebildet sind.
Das Wärmetauscherpaneel kann ein Decken- oder Wandpaneel umfassen, in das die Mediumleitung eingebettet ist. Die Mediumleitung ist vorzugsweise derart in das Decken- oder Wandpaneel integriert, dass das Material des Decken- oder Wandpaneels die Zwischenräume zwischen den einzelnen Elementen der Mediumleitung ausfüllt. Der Zwischenraum zwischen der Grenzfläche und dem Flächenelement kann seitlich von Randelementen eingefasst sein.
Das Decken- oder Wandpaneel und die Randelemente können aus einem im Wesentlichen diffusionsdichten Material ausgebildet sein. Mit dieser Ausgestaltung werden der Wärmeeintrag in die Mediumleitung und der Feuchtigkeitseintrag in den Zwischenraum zwischen der Grenzfläche und dem Flächenelement möglichst gering gehalten.
Für die Temperierung des Raumes ist besonders die Grenzfläche der Wärmetauscherwandung relevant. Diese Grenzfläche kann glatt oder rau sein, um deren Absorptions- bzw. Reflexionsverhalten zu beeinflussen. Die Wärmetauscherwandung kann beispielsweise eine Schicht aus Metall sein oder eine metallische Legierung enthalten oder daraus bestehen. Durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder hohe Wärmekapazität der Grenzfläche und hohe Absorption im Strahlungsbereich der Temperaturstrahlung von 2 bis 20 pm Wellenlänge, kann die Leistung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels erhöht werden. Durch eine geringe oder hohe Wärmekapazität der Grenzfläche, oder durch zusätzlich eingebrachte oder angebrachte Latentwärmespeichermaterialien (PCM), kann hingegen das Ansprechverhalten des Wärmetauscherpaneels gezielt beeinflusst werden.
Der Bereich, indem der Kondensierhohlraum benachbart zum Mediumeinlass ausgebildet ist, kann zumindest 10% bzw. zumindest 20% bzw. zumindest 30% einer Länge der Mediumleitung umfassen.
Mit dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, dass der Kondensierhohlraum den Bereich abdeckt, in dem die Mediumleitung am kältesten ist und der Großteil des Kondensats anfällt. Durch so einen begrenzten Bereich, in dem auch der Kapillarstoff angeordnet ist, kommt es zu keiner großen Wasseransammlung und das Kondensat kann kontrolliert abgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, welche eine eine Sammelleitung aufweisende Kapillarmatte verwendet, ist der Kondensierhohlraum entlang eines Großteils der Sammelleitung ausgebildet, mit welcher das Kühlmedium der Kapillarmatte zugeführt wird. Vorzugsweise erstreckt sich der Kondensierhohlraum über einen Bereich von zumindest 60%, insbesondere zumindest 70%, insbesondere vorzugsweise zumindest 90% dieser Sammelleitung.
Da der Kondensierhohlraum im Gegensatz zur Oberfläche der Wärmetauscherwandung keine Wärmestrahlung empfängt, ist er grundsätzlich kühler als die Wärmetauscherwandung.
Es können auch nur Teilbereiche mit dem Kapillarstoff belegt werden, allerdings wären die durch den wegfallenden Kapillarstoff noch kühler.
In der Wärmetauscherwandung können mehrere Öffnungen ausgebildet sein, wobei die Öffnungen eine minimale lichte Weite von zumindest 0,2 mm bzw. zumindest 0,3 mm bzw. zumindest 0,4 mm und/oder eine maximale lichte Weite von 1 ,5 mm bzw. maximal 1 ,4 mm bzw. maximal 1 ,3 mm aufweisen. Die Öffnungen können auch als längsförmige bzw. längliche Schlitze oder Kombinationen aus Schlitzen und runden Öffnungen ausgebildet sein. Die Wärmetauscherwandung kann im Bereich des Kondensierhohlraums auch aus einem diffusionsoffenen Material ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Wärmetauscherpaneels weist die Wärmetauscherwandung Öffnungen in Form einer Perforierung auf. Die Lochgröße der Perforierung wird so gewählt, dass Wasserdampf hindurch strömen kann, jedoch kein flüssiges Wasser. So wird verhindert, dass Wasser vom Kondensierhohlraum in Richtung Flächenelement tropfen kann und sich dort ansammelt. Dies würde auf Dauer zu Beschädigungen am Wärmetauscherpaneel führen.
Das Flächenelement kann bei einer Wellenlänge zwischen etwa 3 pm und etwa 30 pm oder zwischen etwa 6 pm und etwa 20 pm zumindest in einem Teilbereich eine Transmission von mehr als etwa 50% oder von mehr als etwa 70% oder von mehr als etwa 90% zeigen.
Durch das Flächenelement wird an der Grenzfläche der Wärmetauscherwandung der Wärmaustausch mittels Wärmestrahlung und Wärmeleitung entkoppelt. Folglich kann die Grenzfläche auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts der Feuchtigkeit in der Raumluft gekühlt werden. Dem Raum kann so effektiv Wärme durch Wärmestrahlung entzogen werden. Das Flächenelement kann beispielsweise ein Polymer enthalten oder daraus bestehen.
Der genannte Wellenlängenbereich enthält einen Großteil der Energie der Wärmestrahlung eines schwarzen Strahlers bei etwa 300 K. Sofern das erfindungsgemäße Wärmetauscherpaneel in einem wärmeren Klima eingesetzt werden soll, kann dieser Wellenlängenbereich verschoben sein. Ebenso können kürzere Wellenlängen auftreten, wenn der Raum besondere Wärmequellen aufweist, beispielsweise elektrische oder elektronische Geräte. Eine Transmission von etwa 50% bis etwa 90% in zumindest einem Teilbereich des genannten Wellenlängenbereichs stellt sicher, dass ein hinreichender Anteil der Wärmestrahlung die Grenzfläche der Wärmetauscherwandung erreicht und auf diese Weise aus dem Raum abtransportiert werden kann. Gleichzeitig sorgt die Transparenz und der damit verbundene geringe Absorptionsgrad und Emissionsgrad des Flächenelements im genannten Wellenlängenbereich des Materials dafür, dass das Flächenelement wenig Wärmeenergie an die Grenzfläche abgibt und dadurch nicht auskühlt und somit den Taupunkt der Feuchtigkeit in der Raumluft nicht unterschreitet.
Gleichzeitig kann das Flächenelement im sichtbaren Spektralbereich zumindest teilweise reflektierend und/oder absorbierend ausgebildet sein, sodass eine optisch ansprechende Gestaltung ermöglicht wird.
Eine Wanne kann vorgesehen sein, die das Decken- oder Wandpaneel auf der der Decke bzw. der Wand zugewandten Seite vollständig oder annähernd vollständig umschließt, und/oder die die Mediumleitung und den Kondensierhohlraum auf der der Decke bzw. der Wand zugewandten Seite vollständig oder annähernd vollständig umschließt. Die Wanne kann aus einem diffusionsdichten Material, vorzugsweise aus einem Metall, wie Aluminium, ausgebildet sein.
Die Wanne isoliert somit das Decken- oder Wandpaneel und in der Folge auch den Kondensierhohlraum gegenüber der decken- bzw. wandseitigen Umgebung, die normalerweise von einem nicht vollständig diffusionsdichten Dämmstoff ausgebildet wird. Umschließt die Wanne lediglich die Mediumleitung und den Kondensierhohlraum, so sind im Besonderen die Mediumleitung und der Kondensierhohlraum gegenüber der Umgebung isoliert.
An einer dem Raum abgewandten Seite des Wärmetauscherpaneels kann eine wärmedämmende und/oder schallabsorbierende Schicht und/oder eine gegenüber Wasserdampf diffusionsdichte Schicht vorgesehen sein.
Durch die wärmedämmende Schicht können beispielsweise Energieverluste von einem Raum nach außen, bzw. in nicht zu beheizende Volumen und Flächen vermindert werden. Durch die schallabsorbierende Schicht wird der Schallpegel im Raum durch die Absorption von Schallwellen und die daraus folgende Umwandlung in Wärmeenergie reduziert. Dadurch wird unter anderem die Sprachverständlichkeit in Räumen verbessert. Die schallabsorbierende Schicht ist beispielsweise ein Akustikschaumstoff und bevorzugt aus dem gleichen Material wie das diffusionsdichte Wärmedämmmaterial ausgebildet. Der Akustikschaumstoff weist im Vergleich zum Wärmedämmmaterial eine offenporigere Oberfläche auf. Die gegenüber Wasserdampf diffusionsdichte Schicht verhindert Feuchtigkeitseinträge in die Decke und/oder die Wand des Raumes bzw. auf der Oberfläche des Wärmetauschers.
Zwischen der Wärmetauscherwandung und dem Flächenelement und/oder auf der dem Raum zugewandten Seite des Flächenelements können elektronische Komponenten, wie beispielsweise Sensoren, Halbleiter, LEDs und/oder andere aktive oder passive Bauelemente oder thermische oder hygroskopische Speichermaterialien angeordnet sein.
Die Bauteile können auch elektrothermische Bauteile, wie z.B. Peltier-Elemente sein. In Ausprägungen kann auch ein PCM-Material zur thermischen Pufferung eingebracht werden.
Elektronische Komponenten wie beispielsweise LEDs können zu dekorativen und technischen Zwecken vorgesehen sein. So kann ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherpaneel nicht nur zur Temperierung eines Raumes dienen, sondern gleichzeitig mit Lichtelementen zur optischen Gestaltung und Arbeitsplatzbeleuchtung des Raumes beitragen. In Lagerhallen oder Laboren, wo eine konstante Temperatur und/oder eine konstante Luftfeuchtigkeit sehr wichtig sind, können Sensoren vorgesehen sein, die diese Werte dauerhaft überwachen.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kühlen eines Raumes mit einem vorstehend erläuterten Wärmetauscherpaneel vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte, Leiten eines kühlen Wärmetauschermediums in einer Mediumleitung,
Kondensieren von Feuchtigkeit in einem zur Mediumleitung benachbarten Kondensierhohlraum, Aufnehmen der Feuchtigkeit durch einen im Kondensierhohlraum angeordneten Abschnitt eines Kapil- larstoffes, und
Abführen der Feuchtigkeit mittels der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes zu einer Außenfläche des Wärmetauscherpaneels.
Die vorstehend anhand des Ansaugsystems beschriebenen Vorteile gelten analog für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung und dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ersichtlich, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Diese zeigen in:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer ersten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer ersten Ausführungsform mit einer Wanne in einer ersten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in
Figur 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer ersten Ausführungsform mit einer Wanne in einer zweiten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in
Figur 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer zweiten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in
Figur 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer dritten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in
Figur 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel, in einer vierten Ausführungsform; in einer seitlichen Ansicht, in
Figur 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel und verbunden mit einem Wärmetauscher, in einer ersten Ausführungsform; in einer schematischen Ansicht, in
Figur 8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel und verbunden mit einem Wärmetauscher, in einer zweiten Ausführungsform, und in
Figur 9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauscherpaneels, integriert in ein Decken- oder Wandpaneel und verbunden mit einem Wärmetauscher, in einer dritten Ausführungsform.
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherpaneel 1 zur Temperierung eines Raumes 2 beispielhaft anhand eines ersten Ausführungsbeispiels näher beschrieben (Fig. 1 bis 3). Der Raum 2 weist eine Wärmelast auf.
Das Wärmetauscherpaneel 1 umfasst einen Wärmetauscher s. Der Wärmetauscher s ist in ein Decken- oder Wandpaneel 4 integriert. Der Wärmetauscher 3 weist eine Mediumleitung 5 auf. Die Mediumleitung 5 umfasst eine Zufuhrleitung 23 und eine Abfuhrleitung 24 mit großem Querschnitt. Die Zufuhrleitung 23 und die Abfuhrleitung 24 sind etwa parallel zueinander angeordnet. Dazwischen sind Verbindungsleitungen 6 mit kleinerem Querschnitt angeordnet. Die Verbindungsleitungen 6 verlaufen etwa parallel zueinander und verbinden die Zufuhrleitung 23 und die Abfuhrleitung 24. Die Verbindungsleitungen 6 sind vorzugsweise Kapillarrohre. Die Zufuhrleitung 23, die Abfuhrleitung 24 und die Verbindungsleitungen 6 sind vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet, sodass sie zusammen eine Kapillarrohrmatte ausbilden (Fig. 7). Die Mediumleitung 5 und/oder die Verbindungsleitungen 6 können auch aus Metall ausgebildet sein.
Der Wärmetauscher 3 kann auch abschnittweise mehrere Mediumleitungen 5 mit großem Querschnitt aufweisen, die mittels der Verbindungsleitungen 6 miteinander verbunden sind (Fig. 8). Hierbei sind die mehreren Mediumleitungen 5 parallel zueinander angeordnet und jeweils durch mehrere senkrecht dazu angeordnete und wiederum parallel zueinander verlaufende Verbindungsleitungen 6 miteinander verbunden. Die Verbindungsleitungen 6 sind vorzugsweise Kapillarrohre. Der Wärmetauscher 3 kann auch eine mäanderförmige Mediumleitung 5 aufweisen (Fig. 9).
Das Medium ist ein Kältemittel in Form eines Fluids, das zur Wärmeaufnahme dient. Das Kältemittel kann beispielsweise gekühltes Wasser sein. Der Wärmetauscher s kann auch direkt mit einem Kältemittel, z.B. R32 oder R290 durchströmt sein.
Die Mediumleitung 5 des Wärmetauschers 3 weist einen Mediumeinlass 7 und einen Mediumauslass 8 auf. Das Wärmetauschermedium durchströmt die Mediumleitung 5 üblicherweise vom Mediumeinlass 7 in Richtung zum Mediumauslass 8.
Eine Wärmepumpe 9 ist vorgesehen, um dem Wärmetauscher 3 über eine Rohrleitung 10 das gekühlte Wärmetauschermedium zuzuführen (Fig. 7 bis 9). Das Wärmetauschermedium wird von der Rohrleitung 10 direkt in den Mediumeinlass 7 der Mediumleitung 5 des Wärmtauschers 3 eingespeist. Nachdem das Wärmetauschermedium die Mediumleitung 5 durchlaufen hat, verlässt es die Mediumleitung 5 durch den Mediumauslass 8 und gelangt zurück zur Wärmepumpe 9. Die Wärmepumpe 9 und der Wärmetauscher 3 bilden einen Kreislauf aus. Beispielsweise kann in einem Gebäude eine einzelne Wärmepumpe 9 vorgesehen sein, die mittels mehrerer Rohrleitungen 10 mit einer Vielzahl an Wärmetauscherpaneelen 1 auf verschiedenen Stockwerken verbunden ist und den Wärmetauschern 3 das gekühlte Wärmetauschermedium bereitstellt. Alternativ kann in den Kreislauf jede Wärmesenke eingebunden sein. So sind auch Anlagen mit solarer Kühlung, Erdsonden oder Grundwasserkühlung und folglich regenerative Kältequellen möglich.
Die Mediumleitung 5 des Wärmetauschers 3 ist derart in das Decken- oder Wandpaneel 4 eingebracht, dass ein Material des Decken- oder des Wandpaneels 4 die Zwischenräume zwischen den einzelnen Elementen der Mediumleitung 5 ausfüllt. Das Material ist vorzugsweise ein diffusionsdichtes Wärmedämmmaterial. Der Wärmetauscher 3 weist eine wärmeleitende Wärmetauscherwandung 11 auf, die mit der Mediumleitung 5 und den Verbindungsleitungen 6 thermisch verbunden ist, sodass die Wärmetauscherwandung 11 von der Mediumleitung 5 temperiert wird. Auf einer dem Raum 2 zugewandten Seite bildet die Wärmetauscherwandung 11 eine Grenzfläche 12 aus. Die Grenzfläche 12 stellt die dem Raum 2 zugewandte Oberfläche des Wärmetauschers 3 dar. An der Grenzfläche 12 findet im Wesentlichen der Temperaturaustausch zwischen dem Raum 2 und dem Wärmetauschermedium statt, das die Mediumleitung 5 des Wärmetauschers 3 durchfließt. Die Wärmetauscherwandung 11 ist eine Schicht aus einem Metall oder einem anderen gut wärmeleitenden Material. Mittels der Wärmetauscherwandung 11 wird ein thermischer Kontakt zwischen den einzelnen Elementen der Mediumleitung 5 hergestellt und so die kühlende Oberfläche des Wärmetauschers 3 vergrößert.
Im Bereich des Mediumeinlasses 7 weist die Mediumleitung 5 die kälteste Stelle auf. Je weiter sich die Mediumleitung 5 in Richtung Mediumauslass 8 erstreckt, desto wärmer wird sie. Aus diesem Grund ist in diesem Bereich benachbart zum Mediumeinlass 7 ein Kondensierhohlraum 13 angrenzend zur Mediumleitung 5 und auf der von der Wärmetauscherwandung 11 bezüglich der Grenzfläche 12 abgewandten Seite ausgebildet. Der Kondensierhohlraum 13 ist ein kleiner Lufthohlraum.
Das Decken- oder Wandpaneel 4 weist decken- bzw. wandseitig eine Wanne 26 auf, die das Deckenoder Wandpaneel 4 auf der der Decke bzw. der Wand zugewandten Seite vollständig oder annähernd vollständig umschließt (Fig. 2). Zudem ragt die Wanne 26 in einen seitlichen Bereich des Deckenoder Wandpaneels 4, sodass auch die Außenfläche 19 umschlossen wird. Die Wanne 26 ist im Bereich des Randelements 15 diffusionsdicht mit dem Decken- oder Wandpaneel 4 verbunden, vorzugsweise verklebt oder verschweißt. Die Wanne 26 ist aus einem diffusionsdichten Material, wie beispielsweise aus einem Metall, wie Aluminium, ausgebildet. Sie kann aber auch aus Kunststoff ausgebildet sein oder durch eine Beschichtung innerhalb des Decken- oder Wandpaneel 4 realisiert sein. So isoliert die Wanne 26 das Decken- oder Wandpaneel 4 und in der Folge auch den Kondensierhohlraum 13 gegenüber der decken- bzw. wandseitigen Umgebung, die normalerweise von einem nicht vollständig diffusionsdichten Dämmstoff ausgebildet wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Wanne 26 lediglich die Mediumleitung 5 und den Kondensierhohlraum 13 umschließt, sodass im Besonderen die Mediumleitung 5 und der Kondensierhohlraum 13 gegenüber der Umgebung isoliert sind (Fig. 3).
In einer möglichen Ausführungsform (Fig. 1) ist die Mediumleitung 5 etwas beabstandet zur Wärmetauscherwandung 11 im Decken- oder Wandpaneel 4 angeordnet. Der durch die Beabstandung der Mediumleitung 5 zur Wärmetauscherwandung 11 entstehende Zwischenraum bildet den Kondensierhohlraum 13 aus. Für eine gute thermische Verbindung zwischen dem Medium und der Wärmetauscherwandung 11 sind die Verbindungsleitungen 6 an die Wärmetauscherwandung 6 angebunden und somit in direktem thermischen Kontakt mit der Wärmetauscherwandung 6 (nicht dargestellt). Wenn anstelle des Kapillarrohrsystems ein Schlauchsystem verwendet wird, das die Mediumleitung 5 darstellt, dann sind beispielsweise Wandungen 25 aus einem Metall, wie Aluminium, vorgesehen, die die Mediumleitung 5 und die Wärmetauscherwandung 11 miteinander verbinden, um eine gute thermische Verbindung zwischen der Mediumleitung 5 und der Wärmetauscherwandung 1 1 herzustellen.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform (Fig. 4) ist die Mediumleitung 5 direkt angrenzend zur Wärmetauscherwandung 11 angeordnet, um direkt thermisch mit dieser verbunden zu sein. Der Kondensierhohlraum 13 ist seitlich angrenzend zur Mediumleitung 5 etwas beabstandet zur Wärmetauscherwandung 11 vorgesehen. Vorzugsweise ist der Kondensierhohlraum 13 auf der Seite der Mediumleitung 5 vorgesehen, die näher an einem Rand des Wärmetauschers 3 ist. Es können aber auch Kondensierhohlräume 13 zu beiden Seiten der Mediumleitung 5 vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass ein Einbaufehler mit verkehrter Orientierung von Vor- und Rücklauf nicht vorkommen kann.
Beabstandet zur Grenzfläche 12 ist auf der dem Raum 2 zugewandten Seite der Wärmetauscherwandung 11 ein Flächenelement 14 angeordnet. Das Flächenelement 14 ist für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässig und für Luft und Wasserdampfdiffusion aus dem Raum 2 nahezu undurchlässig. Das Flächenelement 14 kann beispielsweise ein Polymer enthalten oder daraus bestehen.
In einem seitlichen Bereich des Wärmetauscherpaneels 1 sind zwischen der Wärmetauscherwandung 11 und dem Flächenelement 14 Randelemente 15 vorgesehen. Die Randelemente 15 sorgen zusammen mit dem Flächenelement 14 dafür, dass ein nahezu luftdichter Zwischenraum 16 zwischen der Wärmetauscherwandung 11 und dem Flächenelement 14 ausgebildet wird.
Die Wärmetauscherwandung 11 weist im Bereich des Kondensierhohlraums 13 mehrere Öffnungen 17 auf. Mittels der Öffnungen 17 ist der Zwischenraum 16 kommunizierend mit dem Kondensierhohlraum 13 verbunden. Die Öffnungen 17 sind beispielsweise durch Perforierungen in der Wärmetauscherwandung 11 ausgebildet. Die Lochgröße der Perforierung wird so gewählt, dass Wasserdampf hindurch strömen kann, jedoch kein flüssiges Wasser. Die Öffnungen 17 können als längsförmige bzw. längliche Schlitze oder Kombinationen aus Schlitzen und runden Öffnungen ausgebildet sein.
Die Wärmetauscherwandung 1 1 kann im Bereich des Kondensierhohlraums 13 auch aus einem diffusionsoffenen Material ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der Kondensierhohlraum 13 vollständig freiliegt.
Im Kondensierhohlraum 13 ist ein Kapillarstoff 18 vorgesehen. Der Kapillarstoff 18 kann ein Vlies oder ein Gewebe oder ein sorptives Material sein. Der Kapillarstoff 18 kann beispielsweise eine Polyamid- Folie oder eine Polyester-Folie sein. Der Kondensierhohlraum 13 kann vollständig mit dem Kapillarstoff 18 gefüllt sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kapillarstoff 18 ein Vlies. So kann es auch vorgesehen sein, die zumindest eine Öffnung 17 der Wärmetauscherwandung 11 mit dem Vlies 18 zu bespannen. Das Vlies 18 führt zu einer Außenfläche 19 des Wärmetauscherpaneels 1 . Hierbei erstreckt sich das Vlies 18 durch das Decken- oder Wandpaneel 4 und die Wanne 26 hindurch zur Außenfläche 19. Das Vlies 18 ist mit dem Decken- oder Wandpaneel 4 und der Wanne 26 derart verklebt, dass eine möglichst dampfdiffusions- und luftdichte Verbindung zwischen dem Vlies 18 und dem Decken- oder Wandpaneel 4 bzw. der Wanne 26 ausgebildet wird. Der Kleber ist dabei so viskos, dass er die Oberfläche des Vlieses 18 zuverlässig mit dem Decken- oder Wandpaneel 4 bzw. der Wanne 26 verklebt, jedoch nicht so viskos dass er in die Poren des Vlieses 18 eindringen kann und diese verstopft.
Wird die Mediumleitung 5 vom kalten Wärmetauschermedium durchströmt, dann kühlt sich zuerst die Mediumleitung 5 und aufgrund von Wärmeleitung die Oberfläche der Mediumleitung 5 ab. In der Folge wird die mit der Mediumleitung 5 verbundene Wärmetauscherwandung 11 und somit die Grenzfläche 12 kalt.
Da die Mediumleitung 5 ihre kälteste Stelle im Bereich des Mediumeinlasses 7 aufweist, verteilt sich im Zwischenraum 16 befindliche Feuchtigkeit nicht gleichmäßig im Zwischenraum 16. Die Feuchtigkeit kondensiert vornehmlich an dieser kältesten Stelle der Mediumleitung 5. Da der Luft an dieser Stelle somit die Feuchtigkeit entzogen wird, strebt weitere Luft mit höherer Luftfeuchtigkeit in diese Richtung und die Feuchtigkeit kondensiert wieder. Die Feuchtigkeit durchquert hierbei die Öffnungen 17 der Wärmetauscherwandung 11. Die kondensierte Feuchtigkeit wird vom Vlies 18 aufgesaugt und aufgrund der Kapillarwirkung des Vlieses 18 nach außen transportiert und kann dort an der Luft trocknen.
Anstelle des Kapillarstoffes 18 kann es auch vorgesehen sein, dass in die Wärmetauscherwandung 11 Kapillarkanäle (nicht dargestellt) eingebracht sind. So ist kein Vlies oder Gewebe notwendig. In diesem Fall bildet die Wärmetauscherwandung 11 zusätzlich den Kapillarstoff 18 aus und führt zur Außenfläche 19 des Decken- oder Wandpaneels 4. Die Kapillarkanäle können beispielsweise mittels Laser in die Oberfläche der Wärmetauscherwandung 11 eingearbeitet sein. Die Kapillarkanäle weisen eine Kreisoberfläche von zumindest 0,1 mm2 bzw. zumindest 0,3 mm2 bzw. zumindest 0,5 mm2 und/oder eine Kreisoberfläche von maximal 1 mm2 bzw. maximal 0,75 mm2 bzw. maximal 0,5 mm2 auf.
Von einer Wärmelast im Raum 2 ausgehende Wärmestrahlung transmittiert zumindest teilweise durch das Flächenelement 13. Von dort gelangt sie nach Durchqueren des Zwischenraums 16 zur Grenzfläche 12 der Wärmetauscherwandung 11 und wird dort absorbiert. Über Wärmeleitung wird die Wärme vom Wärmetauschermedium, dass die Mediumleitung 5 durchströmt, aufgenommen und abgeführt.
Da sich die Wärmetauscherwandung 11 auch über den Kondensierhohlraum 13 erstreckt und lediglich Öffnungen 17 aufweist, die nur für Feuchtigkeit durchlässig sind, wird der Kondensierhohlraum 13 von einem Großteil der Wärmestrahlung abgeschirmt. Hierdurch verbleibt der Kondensierhohlraum 13 und die Mediumleitung 5 in einem kühleren Zustand - bzw. bildet die kühlste Stelle im geschlossenen Zwischenraum 16 aus. Gemäß einer dritten Ausführungsform (Fig. 5) ist in das Material des Decken- oder Wandpaneels 4 eine schallabsorbierende Schicht 20 eingebracht. Die schallabsorbierende Schicht 20 ist vorzugsweise ein Akustikschaumstoff und bevorzugt aus dem gleichen Material wie das diffusionsdichte Wärmedämmmaterial des Decken- oder Wandpaneels 4 ausgebildet. Der Akustikschaumstoff weist im Vergleich zum Wärmedämmmaterial eine offenporigere Oberfläche auf. Durch die schallabsorbierende Schicht 20 wird der Schallpegel und die Nachhallzeit im Raum 2 gemindert.
Gemäß einer vierten Ausführungsform (Fig. 6) sind auf der dem Raum 2 abgewandten Seite des Flächenelements 14 Beleuchtungselemente 21 vorgesehen.
Die Beleuchtungselemente 21 können sowohl auf der dem Raum 2 zugewandten Seite des Flächenelements 14, als auch auf der dem Raum 2 abgewandten Seite des Flächenelements 14, vorgesehen sein. Die Beleuchtungselemente 21 sind beispielsweise LEDs sein, die beabstandet zueinander am Flächenelement 14 angebracht sind. So kann ein Decken- oder Wandpaneel 4 nicht nur zur Temperierung des Raumes 2 dienen, sondern gleichzeitig mit Beleuchtungselementen 21 zur optischen und technischen Ausgestaltung des Raumes 2 beitragen. Die Beleuchtungselemente 21 sind vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung 22 verbunden. Die Steuereinrichtung 22 ist mittels einer Fernbedienung steuerbar. So können die Beleuchtungselemente 21 beispielsweise einzeln ein- und ausgeschaltet werden oder es kann jeweils die Helligkeit der Beleuchtungselemente 21 individuell angepasst werden.
Zusätzlich zu den Beleuchtungselementen 21 oder anstelle der Beleuchtungselemente 21 können auch weitere elektronische Komponenten (nicht dargestellt), wie beispielsweise Sensoren, Halbleiter, LEDs und/oder andere aktive oder passive Bauelemente oder thermische Speichermaterialien am Flächenelement 14 angeordnet sein.
Sowohl die Beleuchtungselemente 21 und/oder die weiteren elektronischen Komponenten sind so angeordnet, dass ein für die Erfindung notwendiger und ausreichend großer Teil an Wärmestrahlung das Flächenelement 14 passieren kann und zur Grenzfläche 12 gelangt. Die Beleuchtungselemente 21 und/oder die weiteren elektronischen Komponenten können auch so ausgebildet sein, dass sie wie das Flächenelement 14 für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässig und für Luft nahezu undurchlässig sind.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren für ein Wärmetauscherpaneel 1 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
Ein kühles Wärmetauschermedium wird durch die Mediumleitung 5 des Wärmetauschers 3 des Wärmetauscherpaneels 1 geleitet, um diese zu kühlen. Im Zwischenraum 16 des Wärmetauscherpaneels 1 befindliche Feuchtigkeit kondensiert in dem zur Mediumleitung 5 benachbarten Kondensierhohlraum 13.
Die im Kondensierhohlraum 13 angesammelte Feuchtigkeit wird von dem im Kondensierhohlraum 13 angeordneten Abschnitt des Kapillarstoffs 18 aufgenommen.
Aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes 18 wird die Feuchtigkeit im Kapillarstoff 18 geleitet und zu einer Außenfläche 19 des Wärmetauscherpaneels 1 abgeführt. Hier wird die Feuchtigkeit an die Umgebung abgegeben.
Bezuqszeichenliste
1 Wärmetauscherpaneel
2 Raum
3 Wärmetauscher
4 Decken- oder Wandpaneel
5 Mediumleitung
6 Verbindungsleitungen
7 Mediumeinlass
8 Mediumauslass
9 Wärmepumpe
10 Rohrleitung
11 Wärmetauscherwandung
12 Grenzfläche
13 Kondensierhohlraum
14 Flächenelement
15 Randelement
16 Zwischenraum
17 Öffnung
18 Kapillarstoff
19 Außenfläche
20 schallabsorbierende Schicht
21 Beleuchtungselement
22 Steuereinrichtung
23 Zufuhrleitung
24 Abfuhrleitung
25 Wandung
26 Wanne

Claims

Ansprüche Wärmetauscherpaneel (1) umfassend einen Wärmetauscher (3), welcher eine Mediumleitung (5) zum Führen eines Wärmetauschermediums von einem Mediumeinlass (7) zu einem Mediumauslass (8) und eine wärmeleitende Wärmetauscherwandung (11), welche mit der Mediumleitung (5) verbunden ist, aufweist, und die Wärmetauscherwandung (11) eine einem Raum (2) zugewandte Grenzfläche (12) ausbildet, welche auf eine gegenüber einer Wärmelast geringere Temperatur bringbar ist, wobei zwischen der Grenzfläche (12) und dem Raum (2) zumindest ein Flächenelement (14) angeordnet ist, welches für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässig und für Luft nahezu undurchlässig ist, sodass zwischen der Grenzfläche (12) und dem Flächenelement (14) ein nahezu luftdichter Zwischenraum (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich benachbart zum Mediumeinlass (7) ein Kondensierhohlraum (13) angrenzend zur Mediumleitung (5) und auf der von der Wärmetauscherwandung (11) bezüglich des Flächenelementes (14) abgewandten Seite ausgebildet ist und die Wärmetauscherwandung (11) zumindest eine Öffnung (17) aufweist, sodass der Zwischenraum (16) mit dem Kondensierhohlraum (13) kommunizierend verbunden ist, und im Kondensierholraum (13) ein Kapillarstoff (18) angeordnet ist, welcher zu einer Außenfläche (19) des Wärmetauscherpaneels (1) geführt ist, sodass im Kondensierhohlraum (13) kondensierende Flüssigkeit aufgrund der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes (18) nach außen transportiert wird. Wärmetauscherpaneel (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauscherpaneel (1) ein Decken- oder Wandpaneel (4) umfasst, in das die Mediumleitung (5) eingebettet ist und dass der Zwischenraum (16) seitlich von Randelementen (15) eingefasst ist. Wärmetauscherpaneel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Decken- oder Wandpaneel (4) und die Randelemente (15) aus einem im Wesentlichen diffusionsdichten Material ausgebildet sind. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillarstoff (18) ein Vlies oder ein Gewebe oder ein sorptives Material ist oder als eine Polymer ausgebildet ist. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediumleitung (5) zumindest eine geradlinige oder mäanderförmige Leitung ist. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, indem der Kondensierhohlraum (13) benachbart zum Mediumeinlass (7) ausgebildet ist, zumindest 10% bzw. zumindest 20% bzw. zumindest 30% einer Länge der Mediumleitung (5) umfasst. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Öffnungen (17) in der Wärmetauscherwandung (11) ausgebildet sind, wobei die Öffnungen (17) eine minimale lichte Weite von zumindest 0,2 mm bzw. zumindest 0,3 mm bzw. zumindest 0,4 mm und/oder eine maximale lichte Weite von 1 ,5 mm bzw. maximal 1 ,4 mm bzw. maximal 1 ,3 mm aufweisen. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (14) bei einer Wellenlänge zwischen etwa 3 pm und etwa 30 pm oder zwischen etwa 6 pm und etwa 20 pm zumindest in einem Teilbereich eine Transmission von mehr als etwa 50% oder von mehr als etwa 70% oder von mehr als etwa 90% zeigt. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wanne (26) vorgesehen ist, welche das Decken- oder Wandpaneel (4) auf der der Decke bzw. der Wand zugewandten Seite vollständig oder annähernd vollständig umschließt, und/oder welche die Mediumleitung (5) und den Kondensierhohlraum (13) auf der der Decke bzw. der Wand zugewandten Seite vollständig oder annähernd vollständig umschließt. Wärmetauscherpaneel (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanne (26) aus einem diffusionsdichten Material, vorzugsweise aus einem Metall, wie Aluminium, ausgebildet ist. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer dem Raum (2) abgewandten Seite des Wärmetauscherpaneels (1) eine wärmedämmende und/oder schallabsorbierende Schicht (20) und/oder eine gegenüber Wasserdampf diffusionsdichte Schicht vorgesehen ist. Wärmetauscherpaneel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmetauscherwandung (11) und dem Flächenelement (14) und/oder auf der dem Raum (2) zugewandten Seite des Flächenelements (14) elektronische Komponenten, wie beispielsweise Sensoren, Halbleiter, LEDs und/oder andere aktive oder passive Bauelemente oder thermische Speichermaterialien angeordnet sind. Verfahren zum Kühlen eines Raumes (2) mit einem Wärmetauscherpaneel (1) gemäß Anspruch 1 , umfassend die Schritte
Leiten eines kühlen Wärmetauschermediums in einer Mediumleitung (5),
Kondensieren von Feuchtigkeit in einem zur Mediumleitung (5) benachbarten Kondensierhohlraum (13),
Aufnehmen der Feuchtigkeit durch einen im Kondensierhohlraum (13) angeordneten Abschnitt eines Kapillarstoffes (18), und
Abführen der Feuchtigkeit mittels der Kapillarwirkung des Kapillarstoffes (18) zu einer Außenfläche (19) des Wärmetauscherpaneels (1). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscherpaneel nach einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendet wird.
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