WO2023232549A1 - Ventilation system - Google Patents

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WO2023232549A1
WO2023232549A1 PCT/EP2023/063743 EP2023063743W WO2023232549A1 WO 2023232549 A1 WO2023232549 A1 WO 2023232549A1 EP 2023063743 W EP2023063743 W EP 2023063743W WO 2023232549 A1 WO2023232549 A1 WO 2023232549A1
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WO
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heat
ventilation system
transport devices
heat transport
exhaust air
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/063743
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German (de)
French (fr)
Inventor
Tobias Blanke
Bernd Döring
Markus Hagenkamp
Original Assignee
Fh Aachen University Of Applied Sciences
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Filing date
Publication date
Application filed by Fh Aachen University Of Applied Sciences filed Critical Fh Aachen University Of Applied Sciences
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/02Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing
    • F24F1/0373Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by heating arrangements
    • F24F1/0378Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing characterised by heating arrangements using thermoelectric or thermomagnetic means, e.g. Peltier elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/30Arrangement or mounting of heat-exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-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
    • F24F5/0042Air-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 characterised by the application of thermo-electric units or the Peltier effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00Ventilation
    • F24F7/04Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation
    • F24F7/06Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit
    • F24F7/08Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit with separate ducts for supplied and exhausted air with provisions for reversal of the input and output systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/70Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/80Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the temperature of the supplied air

Definitions

  • the present application relates to a ventilation system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present application relates to a building in modular construction according to the preamble of claim 13.
  • the present application is therefore based on the task of providing a ventilation system with which, in particular, smaller usage units can be efficiently controlled.
  • the ventilation system is used to introduce supply air into a room and to remove exhaust air from the room.
  • the ventilation system includes at least one supply air duct, by means of which the supply air can be directed into the room.
  • the ventilation system includes at least one exhaust duct, by means of which the exhaust air can be removed from the room.
  • the ventilation system also includes a temperature control unit. This is designed to control the temperature of the supply air while using the exhaust air for energy.
  • the temperature control unit is set up to extract thermal energy from the exhaust air and supply thermal energy to the supply air, so that a heating load can be covered in the respective room, which is at least partially covered by the thermal energy of the exhaust air.
  • this process is carried out in exactly the opposite way.
  • the temperature control unit comprises a plurality of temperature control modules, each of which includes a thermoelectric element and two separate heat transport devices.
  • a thermoelectric element is an element that, as a result of the application of an electrical voltage, absorbs thermal energy on a first functional side, the "cold side", and releases thermal energy on a second functional side, the "warm side”.
  • the physical effect underlying this process is called the “Peltier effect”.
  • the thermoelectric elements can also be referred to as “Peltier elements”.
  • Each thermoelectric element therefore has two functional sides, each of which is of opposite nature, namely a cold side and a warm side. Which of the functional sides takes over which of these two functions depends on the technical flow direction of the electrical current, i.e. the polarity of the connected voltage source. The direction of the current can easily be changed during operation of the ventilation system and the ventilation system can thereby be switched between heating mode and cooling mode.
  • the heat transport devices are divided into two groups, with the heat transport devices of the first group each interacting with the exhaust air duct and the heat transport devices of the second group each interacting with the supply air duct.
  • the heat transport devices of the first group interact with the exhaust air duct in such a way that heat exchange surfaces of the heat transport devices of the first group can be flowed around by the derived exhaust air. This has the effect that thermal energy contained in the exhaust air can be transferred to the heat transport devices of the first group or vice versa. Therefore, for example, one can Heat transport medium, which can be present in the heat transport devices of the first group, is heated by the exhaust air.
  • the heat transport devices of the first group are also thermally connected to the functional sides of the same type, for example to the cold sides, of the respectively assigned thermoelectric elements, with one heat transport device interacting with the functional side of an assigned thermoelectric element.
  • thermoelectric elements thermal energy can be transferred between the exhaust air on the respective functional sides of the same type, for example the cold sides, of the thermoelectric elements by means of the heat transport devices of the first group.
  • the thermal energy contained in the exhaust air can therefore be transported from the exhaust air to the thermoelectric elements, more precisely: their cold sides, by means of the heat transport devices of the first group.
  • the exhaust air would, conversely, act as a heat sink and therefore thermal energy would be transferred from the functional sides of the same type (here: warm sides) to the exhaust air by means of the heat transport devices of the first group.
  • the heat transport devices of the second group interact in a corresponding logic on the one hand with the other functional sides of the same type of thermoelectric elements and on the other hand with the supply air duct.
  • the heat transport devices of the second group transmit thermal energy between the functional sides of the same type of thermoelectric elements and the supply air, the heat transport devices having heat exchange surfaces around which the supply air can flow.
  • the temperature control modules of the temperature control unit are connected in series with the supply air duct and the exhaust air duct according to the principle of a countercurrent heat exchanger. This means that there is as small a temperature difference as possible between the heat transport devices of the two groups of a respective temperature control module on the functional sides of the thermoelectric elements.
  • the operation is designed as follows:
  • the heat transport device of the first group of a respective temperature control module interacts with the exhaust air duct in such a way that the heat exchange surface of the respective heat transport device is viewed first in the flow direction of the exhaust air is flowed around by the exhaust air.
  • the thermal energy of the exhaust air has the highest available level in the area in which the heat transport device of the first group interacts with the exhaust air duct, the temperature of the exhaust air at least substantially corresponding to the temperature of the room from which the exhaust air is removed becomes.
  • the heat transport device of the second group of the same Temperature control module acts in the supply air duct in the flow direction of the supply air as the last heat transport device with the supply air before the supply air is released into the room. The result of this is that the level of thermal energy that the supply air has as it flows around the heat exchange surface of the heat transport device of the second group is the highest compared to the level that is present on the heat exchange surfaces of the other heat transport devices of the second group.
  • the difference between the temperature levels at the heat transport device of the first group and the heat transport device of the second group of the temperature control module described here as an example is minimal.
  • This type of connection of the temperature control modules is particularly advantageous with regard to the energetic efficiency of the thermoelectric element of the temperature control module.
  • the remaining temperature control modules or their heat transport devices are connected to the exhaust air duct and the supply air duct, so that the temperature difference between the heat exchange surfaces of the heat transport devices of the first group and the second group is as small as possible.
  • the temperature control modules are connected in such a way that thermal energy initially extracted from the still warm exhaust air is indirectly fed to the already almost completely heated supply air.
  • the remaining thermal energy extracted from the already cooled exhaust air is used analogously to indirectly support the warming of the still cold supply air.
  • the connection follows the same logic, although the difference is that the supply air serves as a heat source and the exhaust air serves as a heat sink.
  • the ventilation system further comprises at least one heat exchanger, which is connected upstream of the temperature control unit when viewed in the flow directions of both the supply air and the exhaust air.
  • a heat exchanger can be formed by an air-air heat exchanger.
  • the use of a heat exchanger has the particular advantage that thermal energy can already be transferred from the exhaust air to the supply air (vice versa in the case of cooling) before the temperature control unit takes effect in the case of heating. In this way, the temperature differences between the supply air and the exhaust air have already been reduced to a significant extent, which means that the temperature control modules of the temperature control unit or their thermoelectric elements can be used with smaller temperature differences between the cold sides and the warm sides. As already mentioned above, this is particularly advantageous with regard to the electrical efficiency of the thermoelectric elements, so that as a result the use of a heat exchanger in the type described improves the overall efficiency of the ventilation system.
  • the ventilation system according to the invention has many advantages. In particular, it enables the temperature control of a supply air flow that is directed into a room using only small amounts of electrical energy. Due to the connection of the thermoelectric elements based on the principle of a countercurrent heat exchanger, they work very efficiently, with the heat or cold contained in the exhaust air (depending on the load case) being optimally used to heat or cool the supply air volume flow. The thermal output that can be provided by such a temperature control unit is comparatively low; However, in view of the fact that only small usage units are to be supplied, this is not a disadvantage, but on the contrary is desirable.
  • the possibility of supplying a building, especially a modular building, with thermal energy in a decentralized manner (heating case) or withdrawing it from it (cooling case) allows demand-controlled operation, whereby only the usage units that are actually used in a current situation are tempered become.
  • the ventilation system enables particularly short response times and can therefore be used particularly quickly when used as desired.
  • a further advantage can be seen in the fact that the ventilation system according to the invention can be implemented with a comparatively small construction volume, so that it can be easily installed in a facade, in particular in a parapet area of a window. This means that there is no need for cable routing or other precautions in the installation of the respective building in order to supply the individual usage units of the building with thermal energy. Due to the efficient use of the waste heat from the respective room, this gain in flexibility is not accompanied by a disadvantage in terms of energy efficiency.
  • thermoelectric elements are carried out by reversing the technical flow direction of the electrical current the respective thermoelectric element is applied is reversed.
  • the functional pages of the same type on one side assume the function of the hot side and the other functional pages of the same type on the other side assume the function of the cold side.
  • the “hot side” and “cold side” functions are swapped accordingly. This means that thermal energy can be used in the supply air when cooling removed and thermal energy is supplied to the exhaust air.
  • the heat source is the supply air and the heat sink is the exhaust air.
  • the heat transport devices are each formed by a heat pipe.
  • the heat transport devices can each be designed in the manner of a heat pipe.
  • the advantage of this configuration is that comparatively large amounts of heat can be transferred to a comparatively small cross-sectional area by means of a heat pipe. This makes it particularly possible to integrate the heat transport devices into the supply air duct or the exhaust air duct. Furthermore, it is particularly possible to connect such heat transport devices to the cold sides or the warm sides of the thermoelectric elements.
  • such an embodiment can be particularly advantageous in which at least some of the heat transport devices, in particular all heat transport devices of the second group, each comprise a liquid circuit, with a heat transfer fluid being able to be carried in the respective liquid circuit.
  • the heat transport devices that include such a liquid circuit also each have a pump by means of which the heat transfer liquid can be conveyed or pumped in a line system of the respective liquid circuit.
  • the configuration described has the particular advantage that large amounts of heat can be transferred, with the heat transfer fluid being particularly easy to supply to a large heat exchange surface.
  • the heat transport devices, which include a liquid circuit can include copper radiators in which the heat transfer liquid is guided.
  • This configuration has the advantage that the exchange of thermal energy between the heat transfer fluid and a different medium can take place particularly efficiently due to the good heat conduction properties of the copper.
  • a particularly preferred embodiment is one in which the heat transfer fluid is water-based or at least water-based. This has the advantage that in the event of unintentional leaks of a respective
  • thermoelectric elements In order to optimize the heat conduction between the heat transport devices and the thermoelectric elements, it is particularly advantageous if the heat transport devices of the first group are on the assigned functional sides of the same type of the respective associated thermoelectric elements and/or the heat transport devices of the second group are connected to the assigned functional sides of the same type of the respectively associated thermoelectric elements by means of a thermal paste.
  • the transmission of thermal energy with as little loss as possible has the advantage that the electrical energy used on the thermoelectric elements is dissipated with as little loss as possible and can therefore act as desired in the supply air duct to heat the supply air.
  • the ventilation system includes a control unit by means of which the thermoelectric elements can be controlled.
  • the control unit is preferably suitable for controlling electrical power transmitted to the thermoelectric elements and in this way influencing the thermal energy emitted by the thermoelectric elements.
  • the control unit is suitable for controlling the thermoelectric elements of all existing temperature control modules independently of one another, but at least combined in groups.
  • control unit is set up to change the electrical power transmitted to the thermoelectric elements by means of pulse width modulation. This makes the performance of the thermoelectric elements particularly easy and flexible to adjust. With this design, the ventilation system can be operated particularly as required.
  • thermoelectric element it can also be advantageous if it is set up to change the electrical power of at least one thermoelectric element in such a way that a defined operating point of the respective thermoelectric element is continuously approximated.
  • the operating point can in particular be defined by the user.
  • the defined operating point is preferably formed by an operating point that is optimized in terms of electrical efficiency.
  • the control unit is preferably set up to approximate the defined operating point for all thermoelectric elements. In particular, an attempt can therefore be made to change the electrical power applied to a respective thermoelectric element depending on the current temperature difference between the hot side and the cold side of the respective thermoelectric element. This change follows a predetermined function, which can be stored, for example, on a memory module of the control unit.
  • the ventilation system includes a control unit, it can also be particularly advantageous if the ventilation system also includes at least one sensor device. This is suitable for detecting information regarding at least one operating parameter of the ventilation system or at least one environmental parameter, with the sensor device being connected to the control unit in a data-transmitting manner. In this way, it is possible to forward information recorded by the sensor device to the control unit, so that this information can be processed by the control unit. Accordingly, it is possible to control the thermoelectric elements depending on the information recorded.
  • the ventilation system preferably comprises a plurality of sensor devices, which can be set up in particular to measure temperatures. Thus, the temperature of the supply air, the temperature of the exhaust air or the like can be of particular interest for controlling the thermoelectric elements.
  • control unit can preferably be operated according to at least one predeterminable operating program, with preferably a thermal output of the temperature control unit, which corresponds to a sum of all thermal outputs of the thermoelectric elements, depending on a temperature of the exhaust air and / or a temperature of the air to be ventilated Air present in the room is regulated.
  • the thermoelectric elements can be controlled in such a way that the power transferred to the thermoelectric elements corresponds to providing a current target value for the thermal power of the temperature control unit.
  • the building is formed by a large number of individual room modules, with the building preferably being composed of the individual room modules at the site of its construction.
  • the individual room modules can be delivered to the construction site and assembled there to form the building, with each of the room modules preferably being constructed independently according to the principle of a (living) container.
  • a large number of the room modules each include at least one heat generator, which is suitable for decentralized temperature control of the room modules.
  • at least the room modules of the building, which have their own heat generator can be controlled independently of the other room modules.
  • the building according to the invention is characterized in that at least one the heat generator, preferably all heat generators, is formed by a ventilation system according to the invention according to the present invention.
  • the heat generator of at least one of the modules is integrated into a facade of the respective edge module.
  • the heat generator does not require any additional installation space within the room module.
  • the heat generator of at least one edge module is integrated into a window sill of the respective edge module.
  • Fig. 1 A schematic representation of a ventilation system according to the invention
  • Fig. 2 A schematic representation of a building that is composed of a large number of room modules.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment, which is shown in Figures 1 and 2, comprises a ventilation system 1 according to the invention, which is suitable for supplying supply air 2 into a room 4 of a building 19 and for removing exhaust air 3 from the room 4.
  • the ventilation system 1 is operated for the heating case in which thermal energy is to be supplied to the room 4.
  • the ventilation system 1 includes a supply air duct 5 and an exhaust air duct 6 to guide the supply air 2 and the exhaust air 3, respectively. It is set up to heat the supply air 2 while using the exhaust air 3 for energy before it is fed into the room 4.
  • the ventilation system 1 in the example shown initially includes a heat exchanger 15, which is formed by an air-air heat exchanger.
  • the heat exchanger 15 in the example shown is formed by a countercurrent heat exchanger. Accordingly, the supply air 2 and the exhaust air 3 are fed to the heat exchanger 15 from opposite ends of the heat exchanger 15 and guided crosswise in opposite directions through the heat exchanger 15.
  • the ventilation system 1 also has a temperature control unit 7, by means of which the supply air 2 can be further heated.
  • the heat exchanger 15 is the temperature control unit
  • the temperature control unit 7 has a plurality of individual temperature control modules 8, two of which are shown as examples in Figure 1. Each of the temperature control modules
  • thermoelectric element 9 which can also be referred to as a “Peltier element”.
  • the thermoelectric element 9 is suitable for absorbing thermal energy when an electrical voltage is applied on a first functional side of the first type, here formed by a cold side 12, and on a functional side of the opposite type, here formed by a warm side 13. release thermal energy.
  • the thermoelectric elements 9 of the temperature control modules 8 are connected to a voltage source, not shown in the figures.
  • each of the temperature control modules 8 is arranged in such a way that they also use thermal energy from the exhaust air 3 to heat the supply air 2. This effect is enhanced by the use of electrical energy, so that the supply air 2 can be heated to a desired level.
  • each of the temperature control modules 8 comprises two heat transport devices 10, 11, a heat transport device 10 of a first group with the cold side 12 of the respective thermoelectric element 9 and a heat transport device 11 of a second group interact with the warm side 13.
  • the heat transport devices 10 of the first group of all temperature control modules 8 are each formed by a heat pipe in the form of a heat pipe, while the heat transport devices 11 of the second group are each formed include a liquid circuit in order to transfer thermal energy from the respective hot side 13 to the supply air 2.
  • each of the heat transport devices 11 comprises a heat transfer fluid which can be circulated by means of a pump 14 between heat exchange surfaces, not shown, of the respective heat transport device 11.
  • the heat transfer fluid here is formed by water.
  • the heat transport devices 10, 11 are each connected to the cold sides 12 and the warm sides 13 by means of thermal paste, whereby the transfer of thermal energy between the thermoelectric elements 9 and the heat transport devices 10, 11 is optimized.
  • the temperature modules 8 of the temperature control unit 7 are connected in series in the flow directions of the supply air 2 and the exhaust air 3 according to the principle of a countercurrent heat exchanger. Therefore, heat exchange surfaces of the heat transport devices 10, 11 are successively flowed around by the supply air 2 or the exhaust air 3 in the flow direction of the supply air 2 or the exhaust air 3.
  • the opposite direction of the supply air 2 and the exhaust air 3 results in the smallest possible temperature difference between the cold sides 12 and the warm sides 13 of the thermoelectric elements 9.
  • the temperature levels that are present on the cold sides 12 and on the warm sides 13 of the thermoelectric elements 9, when viewed in a direction of the temperature control unit 7, have a consistent rising or falling tendency (depending on the direction of observation).
  • thermoelectric element 9 The higher the temperature level of the supply air 2 on a respective warm side 13, the higher the temperature level of the exhaust air 3 on the cold side 12 of the same thermoelectric element 9. The same applies vice versa.
  • the arrangement described is advantageous in terms of the energetic efficiency of the thermoelectric elements 9, so that the electrical power required to heat the supply air 2 to the desired temperature level is minimized.
  • the ventilation system 1 also includes a control unit 16, by means of which the temperature control unit 7 or the individual temperature control modules 8 can be controlled.
  • a control circuit is implemented, with the control unit 16 being connected to two sensor devices 17, 18 in a data-transmitting manner.
  • These sensor devices 17, 18 are each temperature sensors, with the first sensor device 17 interacting with the supply air duct 5 and the second sensor device 18 with the exhaust air duct 6.
  • the sensor device 17 for the supply air duct 5 is arranged upstream of the heat exchanger 15, so that the temperature of the supply air 2 is recorded immediately upon entry into the ventilation system 1. The information recorded in this way is sent to the sensor device 17 for further processing Control unit 16 directed.
  • the second sensor device 18 is also connected to the exhaust air duct 6 upstream of the heat exchanger 15. In this way, it is known what temperature the exhaust air 3 has immediately when it leaves the room 4. Based on this information, it is possible using the control unit 16 to determine what amount of electrical energy is required in total on the thermoelectric elements 9 of the temperature control modules 8 in order to raise the supply air 2 to a desired temperature level. Accordingly, the control unit 16 controls the individual thermoelectric elements 9, the power of the thermoelectric elements 9 being changeable by means of pulse width modulation.
  • the ventilation system 1 is particularly suitable for the decentralized supply of individual room modules 20 of a modular building 19.
  • a building 19 is illustrated as an example using Figure 2. It is composed of a plurality of room modules 20, each of which has a window 24.
  • the building 19 includes a number of heat generators 21 corresponding to the number of room modules 20, each of which is formed here by a ventilation system 1.
  • the ventilation systems 1 are in facades 22 of the room modules 20, namely in window parapets 23 of the respective windows 24. In this way, the ventilation systems 1 require practically no installation space within the room modules 20, and due to the comparatively small volumes that are to be supplied with heat by means of a respective ventilation system 1, a comparatively low maximum thermal output of each ventilation system 1 is sufficient to achieve the result to cover the heat requirements of the entire building 19.
  • the temperature control unit 7 of the ventilation system 1 in the example shown has a total of twelve temperature control modules 8 (and therefore twelve thermoelectric elements 9).

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Abstract

The invention relates to a ventilation system (1) for supplying supply air (2) to a room (4) and discharging exhaust air (3) out of the room (4), comprising a temperature-control unit (7) having a plurality of temperature-control modules (8), each with a thermoelectric element (9) and two separate heat transfer units (10, 11), wherein the thermoelectric elements (9) each have a cold side (12) cooperating with the exhaust air (3) and a warm side (13) cooperating with the supply air (2) and function like Peltier elements, wherein, when viewed in the flow directions of both the supply air (2) and the exhaust air (3), the temperature-control modules (8) are connected in series with the supply air (2) and the exhaust air (3) according to the principle of a countercurrent heat exchanger, such that, between temperature levels of the supply air (2) and the exhaust air (3) acting on the thermoelectric elements (9), there is as low a temperature difference as possible for each of the temperature-control modules (5). The invention also relates to a building (19) with a modular design, which is formed by a plurality of individual room modules (20), wherein the room modules (20) each have a heat generator (21) formed by a ventilation system (1) according to the invention.

Description

Lüftungsanlage Ventilation system
Beschreibung Description
[01] Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Lüftungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Gebäude in modularer Bauweise gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13. [01] The present application relates to a ventilation system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present application relates to a building in modular construction according to the preamble of claim 13.
Stand der Technik State of the art
[02] Die Temperierung vieler Bestandsgebäude geschieht aktuell über Energieformen, welche einen hohen Primärenergieverbrauch aufweisen, insbesondere Öl und Gas. Als Alternative kommt prinzipiell eine mit (möglichst erneuerbarem) Strom betriebene Wärmepumpe in Kombination mit Lüftungswärmerückgewinnung in Betracht. Die Nachrüstung einer Wärmepumpe im Bestand ist allerdings nicht trivial. Insbesondere können ungünstige Temperaturniveaus, hoher Installationsaufwand, hohe Investitionsaufwendungen, unansehnliche und geräuschintensive Komponenten und dergleichen entgegenstehen. [02] The temperature control of many existing buildings is currently done using forms of energy that have a high primary energy consumption, especially oil and gas. As an alternative, a heat pump powered by (preferably renewable) electricity in combination with ventilation heat recovery can in principle be considered. However, retrofitting a heat pump in an existing building is not trivial. In particular, unfavorable temperature levels, high installation costs, high investment costs, unsightly and noise-intensive components and the like can be counteracting this.
[03] Im modularen Neubau ist zunehmend eine Umnutzbarkeit und die Möglichkeit der Ortsänderung einzelner Gebäudeteile gewünscht. Für solche Gebäudetypen sind konventionelle, zentrale Heizungssysteme wenig geeignet. Bei Verwendung einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung hingegen besteht immer die Notwendigkeit, einen zusätzlichen Wärmeerzeuger zu installieren, um die Heizlast zu decken. Für kleine und/oder besonders gut gedämmte Nutzungseinheiten sind viele konventionelle Techniken zudem deutlich überdimensioniert. Insbesondere für kleinere Nutzungseinheiten sowohl im Bestand als auch im Neubau besteht daher ein Bedarf an dezentraler, effizienter Bereitstellung von Heiz- bzw. Kühlenergie (je nach Lastfall) mit geringen Störeinflüssen. [03] In modular new buildings, re-usability and the possibility of changing the location of individual parts of the building are increasingly desired. Conventional central heating systems are not very suitable for these types of buildings. However, when using a ventilation system with heat recovery, there is always the need to install an additional heat generator to cover the heating load. For small and/or particularly well-insulated units, many conventional technologies are also significantly oversized. There is therefore a need for decentralized, efficient provision of heating or cooling energy (depending on the load case) with little disruptive influences, particularly for smaller usage units both in existing buildings and in new buildings.
Aufgabe Task
[04] Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Lüftungsanlage bereitzustellen, mit der insbesondere kleinere Nutzungseinheiten effizient temperiert werden können. [04] The present application is therefore based on the task of providing a ventilation system with which, in particular, smaller usage units can be efficiently controlled.
Lösung Solution
[05] Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Lüftungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen. [06] Die Lüftungsanlage dient dazu, Zuluft in einen Raum zu führen sowie Abluft aus dem Raum abzuführen. Hierzu umfasst die Lüftungsanlage mindestens einen Zuluftkanal, mittels dessen die Zuluft in den Raum geleitet werden kann. Ferner umfasst die Lüftungsanlage mindestens einen Abluftkanal, mittels dessen die Abluft aus dem Raum abgeleitet werden kann. Des Weiteren umfasst die Lüftungsanlage eine Temperiereinheit. Diese ist dazu eingerichtet, die Zuluft unter energetischer Verwertung der Abluft zu temperieren. Insbesondere ist die Temperiereinheit im Heizfall dazu eingerichtet, der Abluft thermische Energie zu entziehen und der Zuluft thermische Energie zuzuführen, sodass in dem jeweiligen Raum eine Heizlast abgedeckt werden kann, die zumindest teilweise von der thermischen Energie der Abluft abgedeckt wird. Im Kühlfall wird dieser Prozess genau umgekehrt betrieben. [05] The underlying object is achieved according to the invention by means of a ventilation system with the features of claim 1. Advantageous refinements result from the associated subclaims. [06] The ventilation system is used to introduce supply air into a room and to remove exhaust air from the room. For this purpose, the ventilation system includes at least one supply air duct, by means of which the supply air can be directed into the room. Furthermore, the ventilation system includes at least one exhaust duct, by means of which the exhaust air can be removed from the room. The ventilation system also includes a temperature control unit. This is designed to control the temperature of the supply air while using the exhaust air for energy. In particular, in the case of heating, the temperature control unit is set up to extract thermal energy from the exhaust air and supply thermal energy to the supply air, so that a heating load can be covered in the respective room, which is at least partially covered by the thermal energy of the exhaust air. In the case of cooling, this process is carried out in exactly the opposite way.
[07] Die Temperiereinheit umfasst hierzu eine Mehrzahl von Temperiermodulen, die jeweils ein thermoelektrisches Element sowie zwei separate Wärmetransporteinrichtungen umfassen. Bei einem thermoelektrischen Element handelt es sich um ein Element, das infolge des Anlegens einer elektrischen Spannung an einer ersten Funktionsseite, der „Kaltseite“, thermische Energie aufnimmt und an einer zweiten Funktionsseite, der „Warmseite“, thermische Energie abgibt. Der diesem Prozess zu Grunde liegende physikalische Effekt wird als „ Peltier- Effekt“ bezeichnet. Entsprechend können die thermoelektrischen Elemente auch als „Peltier-Elemente“ bezeichnet werden. Jedes thermoelektrische Element verfügt demzufolge über zwei Funktionsseiten, die jeweils gegensätzlicher Art sind, nämlich in jedem Fall eine Kaltseite und eine Warmseite. Welche der Funktionsseiten welche dieser beiden Funktionen übernimmt, hängt von der technischen Flussrichtung des elektrischen Stroms ab, das heißt der Polung der angeschlossenen Spannungsquelle. Die Stromrichtung kann im Betrieb der Lüftungsanlage ohne Weiteres geändert und die Lüftungsanlage hierdurch zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb umgeschaltet werden. [07] For this purpose, the temperature control unit comprises a plurality of temperature control modules, each of which includes a thermoelectric element and two separate heat transport devices. A thermoelectric element is an element that, as a result of the application of an electrical voltage, absorbs thermal energy on a first functional side, the "cold side", and releases thermal energy on a second functional side, the "warm side". The physical effect underlying this process is called the “Peltier effect”. Accordingly, the thermoelectric elements can also be referred to as “Peltier elements”. Each thermoelectric element therefore has two functional sides, each of which is of opposite nature, namely a cold side and a warm side. Which of the functional sides takes over which of these two functions depends on the technical flow direction of the electrical current, i.e. the polarity of the connected voltage source. The direction of the current can easily be changed during operation of the ventilation system and the ventilation system can thereby be switched between heating mode and cooling mode.
[08] Die Wärmetransporteinrichtungen sind in zwei Gruppen unterteilt, wobei die Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe jeweils mit dem Abluftkanal und die Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe jeweils mit dem Zuluftkanal Zusammenwirken. [08] The heat transport devices are divided into two groups, with the heat transport devices of the first group each interacting with the exhaust air duct and the heat transport devices of the second group each interacting with the supply air duct.
[09] Die Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe wirken derart mit dem Abluftkanal Zusammenwirken, dass Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe von der abgeleiteten Abluft umströmbar sind. Dies hat den Effekt, dass thermische Energie, die in der Abluft enthalten ist, auf die Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe oder umgekehrt übertragbar ist. Mithin kann beispielsweise ein Wärmetransportmedium, das in den Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe vorhanden sein kann, von der Abluft erwärmt werden. Die Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe sind ferner thermisch mit den Funktionsseiten gleicher Art, beispielsweise mit den Kaltseiten, der jeweils zugeordneten thermoelektrischen Elemente verbunden, wobei jeweils eine Wärmetransporteinrichtung mit der Funktionsseite eines zugeordneten thermoelektrischen Elements zusammenwirkt. Diese Konstruktion führt dazu, dass thermische Energie mittels der Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe zwischen der Abluft an den jeweiligen Funktionsseiten gleicher Art, beispielsweise den Kaltseiten, der thermoelektrischen Elemente übertragbar ist. In dem Heizfall kann mithin die thermische Energie, die in der Abluft enthalten ist, mittels der Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe von der Abluft zu den thermoelektrischen Elementen, genauer: deren Kaltseiten, transportiert werden. Im Kühlfall würde umgekehrt die Abluft als Wärmesenke fungieren und mithin thermische Energie von den Funktionsseiten gleicher Art (hier: Warmseiten) mittels der Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe auf die Abluft übertragen. [09] The heat transport devices of the first group interact with the exhaust air duct in such a way that heat exchange surfaces of the heat transport devices of the first group can be flowed around by the derived exhaust air. This has the effect that thermal energy contained in the exhaust air can be transferred to the heat transport devices of the first group or vice versa. Therefore, for example, one can Heat transport medium, which can be present in the heat transport devices of the first group, is heated by the exhaust air. The heat transport devices of the first group are also thermally connected to the functional sides of the same type, for example to the cold sides, of the respectively assigned thermoelectric elements, with one heat transport device interacting with the functional side of an assigned thermoelectric element. This construction means that thermal energy can be transferred between the exhaust air on the respective functional sides of the same type, for example the cold sides, of the thermoelectric elements by means of the heat transport devices of the first group. In the case of heating, the thermal energy contained in the exhaust air can therefore be transported from the exhaust air to the thermoelectric elements, more precisely: their cold sides, by means of the heat transport devices of the first group. In the case of cooling, the exhaust air would, conversely, act as a heat sink and therefore thermal energy would be transferred from the functional sides of the same type (here: warm sides) to the exhaust air by means of the heat transport devices of the first group.
[10] Die Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe wirken in entsprechender Logik zum einen mit den anderen Funktionsseiten gleicher Art der thermoelektrischen Elemente und zum anderen mit dem Zuluftkanal zusammen. Hierbei übertragen die Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe thermische Energie zwischen den Funktionsseiten gleicher Art der thermoelektrischen Elemente und der Zuluft, wobei die Wärmetransporteinrichtungen Wärmetauschflächen aufweisen, die von der Zuluft umströmbar sind. [10] The heat transport devices of the second group interact in a corresponding logic on the one hand with the other functional sides of the same type of thermoelectric elements and on the other hand with the supply air duct. Here, the heat transport devices of the second group transmit thermal energy between the functional sides of the same type of thermoelectric elements and the supply air, the heat transport devices having heat exchange surfaces around which the supply air can flow.
[11] Die Temperiermodule der Temperiereinheit sind nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetäuschers in Reihe mit dem Zuluftkanal und dem Abluftkanal verschaltet. Das heißt, dass zwischen den Wärmetransporteinrichtungen der beiden Gruppen eines jeweiligen Temperiermoduls an den Funktionsseiten der thermoelektrischen Elemente eine möglichst geringe Temperaturdifferenz anliegt. Am Beispiel des Heizfalls (warme Abluft, kalte und zu erwärmende Zuluft) gestaltet sich der Betrieb mithin wie folgt: Die Wärmetransporteinrichtung der ersten Gruppe eines jeweiligen Temperiermoduls wirken derart mit dem Abluftkanal zusammen, dass die Wärmetauschfläche der jeweiligen Wärmetransporteinrichtung in Strömungsrichtung der Abluft betrachtet als erste von der Abluft umströmt wird. Hieraus folgt, dass die thermische Energie der Abluft in dem Bereich, in dem die Wärmetransporteinrichtung der ersten Gruppe mit dem Abluftkanal zusammenwirkt, das höchste verfügbare Niveau hat, wobei die Temperatur der Abluft zumindest im Wesentlichen der Temperatur des Raumes entspricht, aus dem die Abluft abgeführt wird. Die Wärmetransporteinrichtung der zweiten Gruppe desselben Temperiermoduls wirkt in dem Zuluftkanal in Strömungsrichtung der Zuluft betrachtet als letzte Wärmetransporteinrichtung mit der Zuluft zusammen, bevor die Zuluft in den Raum entlassen wird. Dies hat zur Folge, dass das Niveau von thermischer Energie, die die Zuluft bei der Umströmung der Wärmetauschfläche der Wärmetransporteinrichtung der zweiten Gruppe aufweist, im Vergleich zu dem Niveau, das an den Wärmetauschflächen der übrigen Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe vorliegt, am höchsten ist. Auf diese Weise ist der Unterschied zwischen den Temperaturniveaus an der Wärmetransporteinrichtung der ersten Gruppe und der Wärmetransporteinrichtung der zweiten Gruppe des hier exemplarisch beschriebenen Temperiermoduls minimal. Diese Art der Verschaltung der Temperiermodule ist im Hinblick auf die energetische Effizienz des thermoelektrischen Elements des Temperiermoduls besonders vorteilhaft. [11] The temperature control modules of the temperature control unit are connected in series with the supply air duct and the exhaust air duct according to the principle of a countercurrent heat exchanger. This means that there is as small a temperature difference as possible between the heat transport devices of the two groups of a respective temperature control module on the functional sides of the thermoelectric elements. Using the example of the heating case (warm exhaust air, cold supply air and air to be heated), the operation is designed as follows: The heat transport device of the first group of a respective temperature control module interacts with the exhaust air duct in such a way that the heat exchange surface of the respective heat transport device is viewed first in the flow direction of the exhaust air is flowed around by the exhaust air. It follows from this that the thermal energy of the exhaust air has the highest available level in the area in which the heat transport device of the first group interacts with the exhaust air duct, the temperature of the exhaust air at least substantially corresponding to the temperature of the room from which the exhaust air is removed becomes. The heat transport device of the second group of the same Temperature control module acts in the supply air duct in the flow direction of the supply air as the last heat transport device with the supply air before the supply air is released into the room. The result of this is that the level of thermal energy that the supply air has as it flows around the heat exchange surface of the heat transport device of the second group is the highest compared to the level that is present on the heat exchange surfaces of the other heat transport devices of the second group. In this way, the difference between the temperature levels at the heat transport device of the first group and the heat transport device of the second group of the temperature control module described here as an example is minimal. This type of connection of the temperature control modules is particularly advantageous with regard to the energetic efficiency of the thermoelectric element of the temperature control module.
[12] Nach demselben Prinzip sind die übrigen Temperiermodule bzw. deren Wärmetransporteinrichtungen mit dem Abluftkanal und dem Zuluftkanal verbunden, sodass die Temperaturdifferenz zwischen den Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe jeweils möglichst gering ist. Anders ausgedrückt sind die Temperiermodule im Beispiel des Heizfalls derart verschaltet, dass von der noch warmen Abluft zuerst entzogene thermische Energie indirekt der bereits fast vollständig aufgeheizten Zuluft zugeführt wird. Die der bereits abgekühlten Abluft entzogene restliche thermische Energie wird analog genutzt, um indirekt die Erwärmung der noch kalten Zuluft energetisch zu unterstützen. Im Kühlfall folgt die Verschaltung derselben Logik, wobei im Unterschied jedoch die Zuluft als Wärmequelle und die Abluft als Wärmesenke dienen. [12] According to the same principle, the remaining temperature control modules or their heat transport devices are connected to the exhaust air duct and the supply air duct, so that the temperature difference between the heat exchange surfaces of the heat transport devices of the first group and the second group is as small as possible. In other words, in the example of the heating case, the temperature control modules are connected in such a way that thermal energy initially extracted from the still warm exhaust air is indirectly fed to the already almost completely heated supply air. The remaining thermal energy extracted from the already cooled exhaust air is used analogously to indirectly support the warming of the still cold supply air. In the case of cooling, the connection follows the same logic, although the difference is that the supply air serves as a heat source and the exhaust air serves as a heat sink.
[13] Die Lüftungsanlage umfasst erfindungsgemäß ferner mindestens einen Wärmetauscher, der in Strömungsrichtungen sowohl der Zuluft als auch der Abluft betrachtet jeweils der Temperiereinheit vorgeschaltet ist. Beispielsweise kann ein solcher Wärmetauscher von einem Luft- Luft- Wärmtauscher gebildet sein. Die Verwendung eines Wärmetauschers hat den besonderen Vorteil, dass vor der Wirkung der Temperiereinheit im Heizfall bereits eine Übertragung von thermischer Energie von der Abluft auf die Zuluft (im Kühlfall umgekehrt) stattfinden kann. Auf diese Weise sind die Temperaturdifferenzen zwischen der Zuluft und der Abluft bereits zu einem wesentlichen Teil abgebaut, wodurch die Temperiermodule der Temperiereinheit bzw. deren thermoelektrischen Elemente mit geringeren Temperaturdifferenzen zwischen den Kaltseiten und den Warmseiten eingesetzt werden können. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist dies im Hinblick auf die elektrische Effizienz der thermoelektrischen Elemente besonders vorteilhaft, sodass im Ergebnis infolge des Einsatzes eines Wärmetauschers in der beschriebenen Art die Effizienz der Lüftungsanlage insgesamt verbessert wird. [13] According to the invention, the ventilation system further comprises at least one heat exchanger, which is connected upstream of the temperature control unit when viewed in the flow directions of both the supply air and the exhaust air. For example, such a heat exchanger can be formed by an air-air heat exchanger. The use of a heat exchanger has the particular advantage that thermal energy can already be transferred from the exhaust air to the supply air (vice versa in the case of cooling) before the temperature control unit takes effect in the case of heating. In this way, the temperature differences between the supply air and the exhaust air have already been reduced to a significant extent, which means that the temperature control modules of the temperature control unit or their thermoelectric elements can be used with smaller temperature differences between the cold sides and the warm sides. As already mentioned above, this is particularly advantageous with regard to the electrical efficiency of the thermoelectric elements, so that as a result the use of a heat exchanger in the type described improves the overall efficiency of the ventilation system.
[14] Die erfindungsgemäße Lüftungsanlage hat viele Vorteile. Insbesondere ermöglicht sie die Temperierung eines Zuluftvolumenstroms, der in einen Raum geleitet wird, unter Einsatz lediglich geringer Mengen elektrischer Energie. Aufgrund der Verschaltung der thermoelektrischen Elemente nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetäuschers arbeiten diese sehr effizient, wobei die in der Abluft enthaltene Wärme bzw. Kälte (je nach Lastfall) optimal genutzt wird, um den Zuluftvolumenstrom zu erwärmen bzw. abzukühlen. Zwar ist eine thermischer Leistung, die mittels einer solchen Temperiereinheit bereitgestellt werden kann, vergleichsweise gering; dies ist jedoch im Hinblick darauf, dass lediglich kleine Nutzungseinheiten versorgt werden sollen, kein Nachteil, sondern im Gegenteil gerade gewünscht. Die Möglichkeit, ein Gebäude, insbesondere ein modular aufgebautes Gebäude, dezentral mit thermischer Energie zu versorgen (Heizfall) bzw. ihm diese zu entziehen (Kühlfall), erlaubt einen bedarfsgesteuerten Betrieb, wobei lediglich die Nutzungseinheiten temperiert werden, die in einer aktuellen Situation tatsächlich genutzt werden. Hierzu ist es besonders von Vorteil, dass die Lüftungsanlage besonders kurze Reaktionszeiten ermöglicht und somit besonders reaktionsschnell bei einer gewünschten Nutzung verwendet werden kann. [14] The ventilation system according to the invention has many advantages. In particular, it enables the temperature control of a supply air flow that is directed into a room using only small amounts of electrical energy. Due to the connection of the thermoelectric elements based on the principle of a countercurrent heat exchanger, they work very efficiently, with the heat or cold contained in the exhaust air (depending on the load case) being optimally used to heat or cool the supply air volume flow. The thermal output that can be provided by such a temperature control unit is comparatively low; However, in view of the fact that only small usage units are to be supplied, this is not a disadvantage, but on the contrary is desirable. The possibility of supplying a building, especially a modular building, with thermal energy in a decentralized manner (heating case) or withdrawing it from it (cooling case) allows demand-controlled operation, whereby only the usage units that are actually used in a current situation are tempered become. In this regard, it is particularly advantageous that the ventilation system enables particularly short response times and can therefore be used particularly quickly when used as desired.
[15] Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Lüftungsanlage mit einem vergleichsweise geringen Bauvolumen realisiert werden kann, sodass sie insbesondere ohne Weiteres in eine Fassade, insbesondere in einen Brüstungsbereich eines Fensters, eingebaut werden kann. Mithin entfallen in der Installation des jeweiligen Gebäudes sowohl Leitungsführungen als auch sonstige Vorkehrungen, um die einzelnen Nutzungseinheiten des Gebäudes mit thermischer Energie zu versorgen. Aufgrund der effizienten Nutzung der Abwärme des jeweiligen Raums geht dieser Zugewinn an Flexibilität nicht umgekehrt mit einem Nachteil betreffend energetische Effizienz einher. [15] A further advantage can be seen in the fact that the ventilation system according to the invention can be implemented with a comparatively small construction volume, so that it can be easily installed in a facade, in particular in a parapet area of a window. This means that there is no need for cable routing or other precautions in the installation of the respective building in order to supply the individual usage units of the building with thermal energy. Due to the efficient use of the waste heat from the respective room, this gain in flexibility is not accompanied by a disadvantage in terms of energy efficiency.
[16] Ein weiterer Vorteil der Lüftungsanlage besteht darin, dass sie - wie beschrieben - neben dem obligatorischen Heizen ebenso umgekehrt auch zum Kühlen des jeweiligen Raums genutzt werden kann, wobei die Funktion der thermoelektrischen Elemente mittels Umkehr der technischen Flussrichtung des elektrischen Stroms, die an das jeweilige thermoelektrische Element angelegt wird, umgekehrt wird. Mit anderen Worten nehmen in dem ersten Fall die Funktionsseiten gleicher Art auf der einen Seite die Funktion der Warmseite und die anderen Funktionsseiten gleicher Art auf der anderen Seite die Funktion der Kaltseite an. In dem zweiten, umgekehrten Fall sind die Funktionen „Warmseite“ und „Kaltseite“ entsprechend vertauscht. Somit kann im Kühlfall der Zuluft thermische Energie entzogen und der Abluft thermische Energie zugeführt werden. In diesem Szenario sind die Wärmequelle die Zuluft und die Wärmesenke die Abluft. [16] Another advantage of the ventilation system is that - as described - in addition to the obligatory heating, it can also be used to cool the respective room, whereby the function of the thermoelectric elements is carried out by reversing the technical flow direction of the electrical current the respective thermoelectric element is applied is reversed. In other words, in the first case, the functional pages of the same type on one side assume the function of the hot side and the other functional pages of the same type on the other side assume the function of the cold side. In the second, opposite case, the “hot side” and “cold side” functions are swapped accordingly. This means that thermal energy can be used in the supply air when cooling removed and thermal energy is supplied to the exhaust air. In this scenario, the heat source is the supply air and the heat sink is the exhaust air.
[17] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lüftungsanlage ist zumindest ein Teil der Wärmetransporteinrichtungen, insbesondere alle Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe, jeweils von einem Wärmerohr gebildet. Insbesondere können die Wärmetransporteinrichtungen jeweils nach Art einer Heatpipe ausgebildet sein. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass mittels eines Wärmerohrs vergleichsweise große Wärmemengen auf vergleichsweise kleiner Querschnittsfläche übertragen werden können. Hierdurch ist die Einbindung der Wärmetransporteinrichtungen in den Zuluftkanal bzw. den Abluftkanal besonders gut möglich. Ferner ist es besonders gut möglich, derartige Wärmetransporteinrichtungen an die Kaltseiten bzw. die Warmseiten der thermoelektrischen Elemente anzuschließen. [17] In an advantageous embodiment of the ventilation system according to the invention, at least some of the heat transport devices, in particular all heat transport devices of the first group, are each formed by a heat pipe. In particular, the heat transport devices can each be designed in the manner of a heat pipe. The advantage of this configuration is that comparatively large amounts of heat can be transferred to a comparatively small cross-sectional area by means of a heat pipe. This makes it particularly possible to integrate the heat transport devices into the supply air duct or the exhaust air duct. Furthermore, it is particularly possible to connect such heat transport devices to the cold sides or the warm sides of the thermoelectric elements.
[18] Weiterhin kann eine solche Ausgestaltung besonders vorteilhaft sein, bei der zumindest ein Teil der Wärmetransporteinrichtungen, insbesondere alle Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe, jeweils einen Flüssigkeitskreislauf umfasst, wobei in dem jeweiligen Flüssigkeitskreislauf eine Wärmeübertragungsflüssigkeit führbar ist. Vorzugsweise weisen die Wärmetransporteinrichtungen, die einen solchen Flüssigkeitskreislauf umfassen, zudem jeweils eine Pumpe auf, mittels der die Wärmeübertragungsflüssigkeit in einem Leitungssystem des jeweiligen Flüssigkeitskreislauf gefördert bzw. gepumpt werden kann. Die beschriebene Ausgestaltung hat den besonderen Vorteil, dass große Wärmemengen übertragen werden können, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit besonders einfach einer großen Wärmetauschfläche zugeführt werden kann. Insbesondere können die Wärmetransporteinrichtungen, die einen Flüssigkeitskreislauf umfassen, Kupferradiatoren umfassen, in denen die Wärmeübertragungsflüssigkeit geführt ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Austausch von thermischer Energie zwischen der Wärmeübertragungsflüssigkeit und einem jeweils anderen Medium aufgrund der guten Wärmeleiteigenschaften des Kupfers besonders effizient stattfinden kann. Besonders bevorzugt ist eine solche Ausgestaltung, bei der die Wärmeübertragungsflüssigkeit von Wasser oder zumindest auf Wasserbasis ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass bei unbeabsichtigten Leckagen eines jeweiligen[18] Furthermore, such an embodiment can be particularly advantageous in which at least some of the heat transport devices, in particular all heat transport devices of the second group, each comprise a liquid circuit, with a heat transfer fluid being able to be carried in the respective liquid circuit. Preferably, the heat transport devices that include such a liquid circuit also each have a pump by means of which the heat transfer liquid can be conveyed or pumped in a line system of the respective liquid circuit. The configuration described has the particular advantage that large amounts of heat can be transferred, with the heat transfer fluid being particularly easy to supply to a large heat exchange surface. In particular, the heat transport devices, which include a liquid circuit, can include copper radiators in which the heat transfer liquid is guided. This configuration has the advantage that the exchange of thermal energy between the heat transfer fluid and a different medium can take place particularly efficiently due to the good heat conduction properties of the copper. A particularly preferred embodiment is one in which the heat transfer fluid is water-based or at least water-based. This has the advantage that in the event of unintentional leaks of a respective
Flüssigkeitskreislaufs lediglich eine unbedenkliche Flüssigkeit austritt, die keine Gefahren für Menschen und Umwelt darstellt. Only a harmless liquid emerges from the liquid circuit, which poses no danger to people or the environment.
[19] Um die Wärmeleitung zwischen den Wärmetransporteinrichtungen und den thermoelektrischen Elementen zu optimieren, ist es besonders von Vorteil, wenn die Wärmetransporteinrichtungen der ersten Gruppe an den zugeordneten Funktionsseiten gleicher Art der jeweils zugehörigen thermoelektrischen Elemente und/oder die Wärmetransporteinrichtungen der zweiten Gruppe an den zugeordneten Funktionsseiten gleicher Art der jeweils zugehörigen thermoelektrischen Elemente mittels einer Wärmeleitpaste angebunden sind. Die möglichst verlustfreie Übertragung thermischer Energie hat den Vorteil, dass die an den thermoelektrischen Elementen eingesetzte elektrische Energie entsprechend möglichst verlustfrei abgeführt und mithin wunschgemäß in dem Zuluftkanal zur Erwärmung der Zuluft wirken kann. [19] In order to optimize the heat conduction between the heat transport devices and the thermoelectric elements, it is particularly advantageous if the heat transport devices of the first group are on the assigned functional sides of the same type of the respective associated thermoelectric elements and/or the heat transport devices of the second group are connected to the assigned functional sides of the same type of the respectively associated thermoelectric elements by means of a thermal paste. The transmission of thermal energy with as little loss as possible has the advantage that the electrical energy used on the thermoelectric elements is dissipated with as little loss as possible and can therefore act as desired in the supply air duct to heat the supply air.
[20] Die erfindungsgemäße Lüftungsanlage weiter ausgestaltend umfasst diese eine Steuereinheit, mittels der die thermoelektrischen Elemente ansteuerbar sind. Insbesondere ist die Steuereinheit vorzugsweise dazu geeignet, an die thermoelektrischen Elemente übertragene elektrische Leistung zu steuern und auf diese Weise die mittels der thermoelektrischen Elemente abgegebene thermische Energie zu beeinflussen. In besonders bevorzugter Weise ist die Steuereinheit dazu geeignet, die thermoelektrischen Elemente aller vorhandenen Temperiermodule jeweils unabhängig voneinander, zumindest jedoch in Gruppen zusammengefasst zu steuern. [20] Further developing the ventilation system according to the invention, it includes a control unit by means of which the thermoelectric elements can be controlled. In particular, the control unit is preferably suitable for controlling electrical power transmitted to the thermoelectric elements and in this way influencing the thermal energy emitted by the thermoelectric elements. In a particularly preferred manner, the control unit is suitable for controlling the thermoelectric elements of all existing temperature control modules independently of one another, but at least combined in groups.
[21] In besonders bevorzugter Weise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die an die thermoelektrischen Elemente übertragene elektrische Leistung mittels Pulsweitenmodulation zu verändern. Hierdurch ist die Leistung der thermoelektrischen Elemente besonders einfach und flexibel einstellbar. Die Lüftungsanlage ist bei dieser Ausgestaltung mithin besonders bedarfsgerecht betreibbar. [21] In a particularly preferred manner, the control unit is set up to change the electrical power transmitted to the thermoelectric elements by means of pulse width modulation. This makes the performance of the thermoelectric elements particularly easy and flexible to adjust. With this design, the ventilation system can be operated particularly as required.
[22] Sofern eine Steuereinheit vorhanden ist, kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn sie dazu eingerichtet ist, die elektrische Leistung mindestens eines thermoelektrischen Elements derart zu verändern, dass fortwährend ein definierter Betriebspunkt des jeweiligen thermoelektrischen Elements approximiert wird. Der Betriebspunkt kann insbesondere nutzerseitig definiert werden. Bevorzugt ist der definierte Betriebspunkt von einem hinsichtlich einer elektrischen Effizienz optimierten Betriebspunkt gebildet. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Approximation des definierten Betriebspunkts für sämtliche thermoelektrischen Elemente vorzunehmen. Somit kann insbesondere versucht werden, die an ein jeweiliges thermoelektrisches Element angelegte elektrische Leistung in Abhängigkeit der aktuellen Temperaturdifferenz zwischen der Warmseite und der Kaltseite des jeweiligen thermoelektrischen Elements zu verändern. Diese Veränderung folgt einer vorgegebenen Funktion, die beispielsweise auf einem Speichermodul der Steuereinheit hinterlegt sein kann. [23] Sofern die Lüftungsanlage eine Steuereinheit umfasst, kann es des Weiteren besonders von Vorteil sein, wenn die Lüftungsanlage ferner mindestens eine Sensoreinrichtung umfasst. Diese ist dazu geeignet, Informationen betreffend mindestens einen Betriebsparameter der Lüftungsanlage oder mindestens einen Umweltparameter zu erfassen, wobei die Sensoreinrichtung in Daten übertragender Weise mit der Steuereinheit verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich, mittels der Sensoreinrichtung erfasste Informationen an die Steuereinheit zu leiten, sodass diese Informationen mittels der Steuereinheit verarbeitbar sind. Entsprechend besteht die Möglichkeit, die thermoelektrischen Elemente in Abhängigkeit der erfassten Informationen anzusteuern. Bevorzugt umfasst die Lüftungsanlage eine Mehrzahl an Sensoreinrichtungen, die insbesondere zur Messung von Temperaturen eingerichtet sein können. Somit kann für die Steuerung der thermoelektrischen Elemente insbesondere die Temperatur der Zuluft, die Temperatur der Abluft oder dergleichen für die Steuerung der thermoelektrischen Elemente von Interesse sein. [22] If a control unit is present, it can also be advantageous if it is set up to change the electrical power of at least one thermoelectric element in such a way that a defined operating point of the respective thermoelectric element is continuously approximated. The operating point can in particular be defined by the user. The defined operating point is preferably formed by an operating point that is optimized in terms of electrical efficiency. The control unit is preferably set up to approximate the defined operating point for all thermoelectric elements. In particular, an attempt can therefore be made to change the electrical power applied to a respective thermoelectric element depending on the current temperature difference between the hot side and the cold side of the respective thermoelectric element. This change follows a predetermined function, which can be stored, for example, on a memory module of the control unit. [23] If the ventilation system includes a control unit, it can also be particularly advantageous if the ventilation system also includes at least one sensor device. This is suitable for detecting information regarding at least one operating parameter of the ventilation system or at least one environmental parameter, with the sensor device being connected to the control unit in a data-transmitting manner. In this way, it is possible to forward information recorded by the sensor device to the control unit, so that this information can be processed by the control unit. Accordingly, it is possible to control the thermoelectric elements depending on the information recorded. The ventilation system preferably comprises a plurality of sensor devices, which can be set up in particular to measure temperatures. Thus, the temperature of the supply air, the temperature of the exhaust air or the like can be of particular interest for controlling the thermoelectric elements.
[24] Weiterhin ist die Steuereinheit bevorzugt gemäß mindestens einem vorgebbaren Betriebsprogramm betreibbar, wobei vorzugsweise eine thermische Leistung der Temperiereinheit, die einer Summe aller thermischen Leistungen der thermoelektrischen Elemente entspricht, in Abhängigkeit einer Temperatur der Abluft und/oder einer Temperatur der in dem zu belüftenden Raum vorhandenen Luft geregelt wird. Die thermoelektrischen Elemente können bei dieser Ausgestaltung entsprechend derart angesteuert werden, dass an die thermoelektrischen Elemente übertragene Leistung zur Bereitstellung eines aktuellen Soll- Werts für die thermische Leistung der Temperiereinheit entspricht. [24] Furthermore, the control unit can preferably be operated according to at least one predeterminable operating program, with preferably a thermal output of the temperature control unit, which corresponds to a sum of all thermal outputs of the thermoelectric elements, depending on a temperature of the exhaust air and / or a temperature of the air to be ventilated Air present in the room is regulated. In this embodiment, the thermoelectric elements can be controlled in such a way that the power transferred to the thermoelectric elements corresponds to providing a current target value for the thermal power of the temperature control unit.
[25] Die zugrunde liegende Aufgabe wird ferner mittels eines Gebäudes in modularer Bauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen. [25] The underlying task is further solved by means of a building in modular construction with the features of claim 13. Advantageous refinements result from the associated subclaims.
[26] Das Gebäude ist von einer Vielzahl einzelner Raummodule gebildet, wobei vorzugsweise das Gebäude an dem Ort seiner Errichtung aus den einzelnen Raummodulen zusammengesetzt ist. Insbesondere können die einzelnen Raummodule an die Baustelle geliefert und dort zu dem Gebäude montiert werden, wobei vorzugsweise jedes der Raummodule konstruktiv eigenständig nach dem Prinzip eines (Wohn-)Containers ausgebildet ist. Eine Vielzahl der Raummodule umfasst jeweils mindestens einen Wärmeerzeuger, der zur dezentralen Temperierung der Raummodule geeignet ist. Mit anderen Worten können zumindest die Raummodule des Gebäudes, die einen eigenen Wärmeerzeuger aufweisen, unabhängig von den übrigen Raummodulen temperiert werden. Das erfindungsgemäße Gebäude ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wärmeerzeuger, vorzugsweise sämtliche Wärmeerzeuger, von einer erfindungsgemäßen Lüftungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist. [26] The building is formed by a large number of individual room modules, with the building preferably being composed of the individual room modules at the site of its construction. In particular, the individual room modules can be delivered to the construction site and assembled there to form the building, with each of the room modules preferably being constructed independently according to the principle of a (living) container. A large number of the room modules each include at least one heat generator, which is suitable for decentralized temperature control of the room modules. In other words, at least the room modules of the building, which have their own heat generator, can be controlled independently of the other room modules. The building according to the invention is characterized in that at least one the heat generator, preferably all heat generators, is formed by a ventilation system according to the invention according to the present invention.
[27] Die sich hierdurch ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits dargelegt. Insbesondere ist es möglich, die Raummodule jeweils unabhängig voneinander zu temperieren, wobei infolge der erfindungsgemäßen Konstruktion der Lüftungsanlage ein besonders energieeffizienter Betrieb möglich ist. Ferner ist die Installation besonders einfach möglich, wobei bevorzugt eine jeweilige Lüftungsanlage bereits abseits der Baustelle in eine Fassade oder eine Fensterbrüstung des jeweiligen Raummoduls eingebaut ist, sodass ein weiterer baulicher Schritt zur Installation eines oder mehrerer Wärmeerzeuger auf der Baustelle nicht erforderlich ist. Stattdessen sind die einzelnen Raummodule bevorzugt bereits mit einer jeweiligen Lüftungsanlage ausgestattet, die ohne weiteren Installationsaufwand in Betrieb genommen werden kann. Hierfür bedarf es im Idealfall lediglich der Herstellung eines elektrischen Anschlusses. [27] The resulting advantages have already been explained above. In particular, it is possible to control the temperature of the room modules independently of one another, with particularly energy-efficient operation possible due to the design of the ventilation system according to the invention. Furthermore, the installation is particularly easy, with a respective ventilation system preferably already being installed away from the construction site in a facade or a window sill of the respective room module, so that a further structural step for installing one or more heat generators on the construction site is not necessary. Instead, the individual room modules are preferably already equipped with a respective ventilation system, which can be put into operation without any further installation effort. Ideally, all that is required for this is to create an electrical connection.
[28] Bevorzugt ist der Wärmeerzeuger mindestens eines der Module in eine Fassade des jeweiligen Randmoduls integriert. Auf diese Weise beansprucht der Wärmeerzeuger keinen zusätzlichen Bauraum innerhalb des Raummoduls. Weiterhin ist es besonders von Vorteil, wenn der Wärmeerzeuger mindestens eines Randmoduls in eine Fensterbrüstung des jeweiligen Randmoduls integriert ist. [28] Preferably, the heat generator of at least one of the modules is integrated into a facade of the respective edge module. In this way, the heat generator does not require any additional installation space within the room module. Furthermore, it is particularly advantageous if the heat generator of at least one edge module is integrated into a window sill of the respective edge module.
Ausführungsbeispiele Examples of embodiments
[29] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt: [29] The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment which is shown in the figures. It shows:
Fig. 1 : Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lüftungsanlage,Fig. 1: A schematic representation of a ventilation system according to the invention,
Fig. 2: Eine schematische Darstellung eines Gebäudes, das von einer Vielzahl von Raummodulen zusammengesetzt ist. Fig. 2: A schematic representation of a building that is composed of a large number of room modules.
[30] Ein Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, umfasst eine erfindungsgemäße Lüftungsanlage 1 , die zur Zuführung von Zuluft 2 in einen Raum 4 eines Gebäudes 19 sowie zur Abführung von Abluft 3 aus dem Raum 4 geeignet ist. Die Lüftungsanlage 1 wird in dem gezeigten Beispiel für den Heizfall betrieben, in dem dem Raum 4 thermische Energie zugeführt werden soll. [30] An exemplary embodiment, which is shown in Figures 1 and 2, comprises a ventilation system 1 according to the invention, which is suitable for supplying supply air 2 into a room 4 of a building 19 and for removing exhaust air 3 from the room 4. In the example shown, the ventilation system 1 is operated for the heating case in which thermal energy is to be supplied to the room 4.
[31] Die Lüftungsanlage 1 umfasst einen Zuluftkanal 5 und einen Abluftkanal 6, um die Zuluft 2 bzw. die Abluft 3 zu führen. Sie ist hierbei dazu eingerichtet, die Zuluft 2 unter energetischer Verwertung der Abluft 3 vor der Zuführung in den Raum 4 zu erwärmen. Zu diesem Zweck umfasst die Lüftungsanlage 1 in dem gezeigten Beispiel zunächst einen Wärmetauscher 15, der von einem Luft-Luft-Wärmetauscher gebildet ist. Insbesondere ist der Wärmetauscher 15 in dem gezeigten Beispiel von einem Gegenstromwärmetäuscher gebildet. Entsprechend werden die Zuluft 2 und die Abluft 3 dem Wärmetauscher 15 ausgehend von einander gegenüberliegenden Enden des Wärmetauschers 15 zugeleitet und kreuzweise gegenläufig durch den Wärmetauscher 15 geführt. Hierdurch wird erreicht, dass thermische Energie, die in der aus dem Raum 4 abgeführten und mithin warmen Abluft 3 enthalten ist, auf die demgegenüber kühlere Zuluft 2 übertragen wird. Die Zuluft 2 wird dementsprechend erwärmt, während die Abluft 3 abgekühlt wird. Die Erwärmung der Zuluft 2 ist jedoch in aller Regel nicht ausreichend, um die Zuluft 2 auf ein Niveau zu erwärmen, das für die Versorgung des jeweiligen Raums 4 mit Wärme ausreichend ist. [31] The ventilation system 1 includes a supply air duct 5 and an exhaust air duct 6 to guide the supply air 2 and the exhaust air 3, respectively. It is set up to heat the supply air 2 while using the exhaust air 3 for energy before it is fed into the room 4. To For this purpose, the ventilation system 1 in the example shown initially includes a heat exchanger 15, which is formed by an air-air heat exchanger. In particular, the heat exchanger 15 in the example shown is formed by a countercurrent heat exchanger. Accordingly, the supply air 2 and the exhaust air 3 are fed to the heat exchanger 15 from opposite ends of the heat exchanger 15 and guided crosswise in opposite directions through the heat exchanger 15. This ensures that thermal energy, which is contained in the warm exhaust air 3 removed from the room 4, is transferred to the supply air 2, which is cooler in comparison. The supply air 2 is heated accordingly, while the exhaust air 3 is cooled. However, the heating of the supply air 2 is generally not sufficient to heat the supply air 2 to a level that is sufficient to supply the respective room 4 with heat.
[32] Entsprechend verfügt die Lüftungsanlage 1 ferner über eine Temperiereinheit 7, mittels der die Zuluft 2 weiter erwärmbar ist. Der Wärmetauscher 15 ist der Temperiereinheit[32] Accordingly, the ventilation system 1 also has a temperature control unit 7, by means of which the supply air 2 can be further heated. The heat exchanger 15 is the temperature control unit
7 derart vorgeschaltet, dass sowohl die Zuluft 2 als auch die Abluft 3 zuerst den Wärmetauscher 15 durchströmen und erst anschließend zu der Temperiereinheit 7 belangen. Die Temperiereinheit 7 verfügt über eine Mehrzahl einzelner Temperiermodule 8, von denen in Figur 1 exemplarisch zwei Stück dargestellt sind. Jedes der Temperiermodule7 connected upstream in such a way that both the supply air 2 and the exhaust air 3 first flow through the heat exchanger 15 and only then reach the temperature control unit 7. The temperature control unit 7 has a plurality of individual temperature control modules 8, two of which are shown as examples in Figure 1. Each of the temperature control modules
8 umfasst ein thermoelektrisches Element 9, das auch als „Peltier-Element“ bezeichnet werden kann. Als solches ist das thermoelektrische Element 9 dazu geeignet, bei Anlegen einer elektrischen Spannung auf einer ersten Funktionsseite erster Art, die hier von einer Kaltseite 12 gebildet ist, thermische Energie aufzunehmen und auf einer Funktionsseite gegensätzlicher Art, die hier von einer Warmseite 13 gebildet ist, thermische Energie abzugeben. Die thermoelektrischen Elemente 9 der Temperiermodule 8 sind mit einer in den Figuren nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden. 8 includes a thermoelectric element 9, which can also be referred to as a “Peltier element”. As such, the thermoelectric element 9 is suitable for absorbing thermal energy when an electrical voltage is applied on a first functional side of the first type, here formed by a cold side 12, and on a functional side of the opposite type, here formed by a warm side 13. release thermal energy. The thermoelectric elements 9 of the temperature control modules 8 are connected to a voltage source, not shown in the figures.
[33] Die Temperiermodule 8 sind derart angeordnet, dass sie ebenfalls thermische Energie aus der Abluft 3 verwenden, um die Zuluft 2 zu erwärmen. Dieser Effekt wird durch den Einsatz elektrischer Energie verstärkt, sodass im Ergebnis die Zuluft 2 auf ein gewünschtes Niveau erwärmt werden kann. Um thermische Energie sowohl mit der Zuluft 2 als auch mit der Abluft 3 auszutauschen, umfasst jedes der Temperiermodule 8 zwei Wärmetransporteinrichtungen 10, 11 , wobei eine Wärmetransporteinrichtung 10 einer ersten Gruppe mit der Kaltseite 12 des jeweiligen thermoelektrischen Elements 9 und eine Wärmetransporteinrichtung 11 einer zweiten Gruppe mit der Warmseite 13 Zusammenwirken. In dem gezeigten Beispiel sind die Wärmetransporteinrichtungen 10 der ersten Gruppe aller Temperiermodule 8 jeweils von einem Wärmerohr in Form einer Heatpipe gebildet, während die Wärmetransporteinrichtungen 11 der zweiten Gruppe jeweils einen Flüssigkeitskreislauf umfassen, um thermische Energie von der jeweiligen Warmseite 13 auf die Zuluft 2 zu übertragen. Hierzu umfasst jede der Wärmetransporteinrichtungen 11 eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, die mittels einer Pumpe 14 zwischen nicht dargestellten Wärmetauschflächen der jeweiligen Wärmetransporteinrichtung 11 zirkulierbar ist. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit ist hier jeweils von Wasser gebildet. Die Wärmetransporteinrichtungen 10, 11 sind mit den Kaltseiten 12 bzw. den Warmseiten 13 jeweils mittels Wärmeleitpaste verbunden, wodurch die Übertragung thermischer Energie zwischen den thermoelektrischen Elementen 9 und den Wärmetransporteinrichtungen 10, 11 optimiert ist. [33] The temperature control modules 8 are arranged in such a way that they also use thermal energy from the exhaust air 3 to heat the supply air 2. This effect is enhanced by the use of electrical energy, so that the supply air 2 can be heated to a desired level. In order to exchange thermal energy with both the supply air 2 and the exhaust air 3, each of the temperature control modules 8 comprises two heat transport devices 10, 11, a heat transport device 10 of a first group with the cold side 12 of the respective thermoelectric element 9 and a heat transport device 11 of a second group interact with the warm side 13. In the example shown, the heat transport devices 10 of the first group of all temperature control modules 8 are each formed by a heat pipe in the form of a heat pipe, while the heat transport devices 11 of the second group are each formed include a liquid circuit in order to transfer thermal energy from the respective hot side 13 to the supply air 2. For this purpose, each of the heat transport devices 11 comprises a heat transfer fluid which can be circulated by means of a pump 14 between heat exchange surfaces, not shown, of the respective heat transport device 11. The heat transfer fluid here is formed by water. The heat transport devices 10, 11 are each connected to the cold sides 12 and the warm sides 13 by means of thermal paste, whereby the transfer of thermal energy between the thermoelectric elements 9 and the heat transport devices 10, 11 is optimized.
[34] Die Temperaturmodule 8 der Temperiereinheit 7 sind in den Strömungsrichtungen der Zuluft 2 und der Abluft 3 betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetäuschers in Reihe geschaltet. Mithin werden Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen 10, 11 in Strömungsrichtung der Zuluft 2 bzw. der Abluft 3 jeweils nacheinander von der Zuluft 2 bzw. der Abluft 3 umströmt. Die gegenläufige Führung der Zuluft 2 und der Abluft 3 führt dabei dazu, dass zwischen den Kaltseiten 12 und den Warmseiten 13 der thermoelektrischen Elemente 9 jeweils eine möglichst geringe Temperaturdifferenz vorliegt. Somit weisen die Temperaturniveaus, die an den Kaltseiten 12 und an den Warmseiten 13 der thermoelektrischen Elemente 9 anliegen, in eine Richtung der Temperiereinheit 7 betrachtet übereinstimmend (je nach Richtung der Betrachtung) eine steigende oder eine fallende Tendenz auf. Umso höher demnach das Temperaturniveau der Zuluft 2 an einer jeweiligen Warmseite 13 bereits ist, desto höher ist noch das Temperaturniveau der Abluft 3 an der Kaltseite 12 desselben thermoelektrischen Elements 9. Umgekehrt gilt entsprechend dasselbe. Die beschriebene Anordnung ist betreffend die energetische Effizienz der thermoelektrischen Elemente 9 vorteilhaft, sodass die elektrische Leistung, die zur Erwärmung der Zuluft 2 auf das gewünschte Temperaturniveau erforderlich ist, minimiert ist. [34] The temperature modules 8 of the temperature control unit 7 are connected in series in the flow directions of the supply air 2 and the exhaust air 3 according to the principle of a countercurrent heat exchanger. Therefore, heat exchange surfaces of the heat transport devices 10, 11 are successively flowed around by the supply air 2 or the exhaust air 3 in the flow direction of the supply air 2 or the exhaust air 3. The opposite direction of the supply air 2 and the exhaust air 3 results in the smallest possible temperature difference between the cold sides 12 and the warm sides 13 of the thermoelectric elements 9. Thus, the temperature levels that are present on the cold sides 12 and on the warm sides 13 of the thermoelectric elements 9, when viewed in a direction of the temperature control unit 7, have a consistent rising or falling tendency (depending on the direction of observation). The higher the temperature level of the supply air 2 on a respective warm side 13, the higher the temperature level of the exhaust air 3 on the cold side 12 of the same thermoelectric element 9. The same applies vice versa. The arrangement described is advantageous in terms of the energetic efficiency of the thermoelectric elements 9, so that the electrical power required to heat the supply air 2 to the desired temperature level is minimized.
[35] Die Lüftungsanlage 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 16, mittels der die Temperiereinheit 7 bzw. die einzelnen Temperiermodule 8 steuerbar sind. Insbesondere ist bei der gezeigten Lüftungsanlage 1 ein Regelkreis implementiert, wobei die Steuereinheit 16 in Daten übertragender Weise mit zwei Sensoreinrichtungen 17, 18 verbunden ist. Bei diesen Sensoreinrichtungen 17, 18 handelt es sich jeweils um Temperatursensoren, wobei die erste Sensoreinrichtung 17 mit dem Zuluftkanal 5 und die zweite Sensoreinrichtung 18 mit dem Abluftkanal 6 Zusammenwirken. Die Sensoreinrichtung 17 für den Zuluftkanal 5 ist stromaufwärts des Wärmetauschers 15 angeordnet, sodass die Temperatur der Zuluft 2 unmittelbar beim Eintritt in die Lüftungsanlage 1 erfasst wird. Die auf diese Weise erfassten Informationen werden von der Sensoreinrichtung 17 zur weiteren Verarbeitung an die Steuereinheit 16 geleitet. Die zweite Sensoreinrichtung 18 ist ebenfalls stromaufwärts des Wärmetauschers 15 mit dem Abluftkanal 6 verbunden. Auf diese Weise ist bekannt, welche Temperatur die Abluft 3 unmittelbar beim Austritt aus dem Raum 4 aufweist. Anhand dieser Informationen ist es mittels der Steuereinheit 16 möglich, zu ermitteln, welche Menge elektrischer Energie in Summe an den thermoelektrischen Elementen 9 der Temperiermodule 8 erforderlich ist, um im Ergebnis die Zuluft 2 auf ein gewünschtes Temperaturniveau anzuheben. Entsprechend steuert die Steuereinheit 16 die einzelnen thermoelektrischen Elemente 9 an, wobei die Leistung der thermoelektrischen Elemente 9 mittels Pulsweitenmodulation veränderbar ist. [35] The ventilation system 1 also includes a control unit 16, by means of which the temperature control unit 7 or the individual temperature control modules 8 can be controlled. In particular, in the ventilation system 1 shown, a control circuit is implemented, with the control unit 16 being connected to two sensor devices 17, 18 in a data-transmitting manner. These sensor devices 17, 18 are each temperature sensors, with the first sensor device 17 interacting with the supply air duct 5 and the second sensor device 18 with the exhaust air duct 6. The sensor device 17 for the supply air duct 5 is arranged upstream of the heat exchanger 15, so that the temperature of the supply air 2 is recorded immediately upon entry into the ventilation system 1. The information recorded in this way is sent to the sensor device 17 for further processing Control unit 16 directed. The second sensor device 18 is also connected to the exhaust air duct 6 upstream of the heat exchanger 15. In this way, it is known what temperature the exhaust air 3 has immediately when it leaves the room 4. Based on this information, it is possible using the control unit 16 to determine what amount of electrical energy is required in total on the thermoelectric elements 9 of the temperature control modules 8 in order to raise the supply air 2 to a desired temperature level. Accordingly, the control unit 16 controls the individual thermoelectric elements 9, the power of the thermoelectric elements 9 being changeable by means of pulse width modulation.
[36] Die Lüftungsanlage 1 ist besonders gut zur dezentralen Versorgung einzelner Raummodule 20 eines modular aufgebauten Gebäudes 19 geeignet. Ein solches Gebäude 19 ist beispielhaft anhand von Figur 2 veranschaulicht. Es ist aus einer Mehrzahl von Raummodulen 20 zusammengesetzt, die jeweils ein Fenster 24 aufweisen. Das Gebäude 19 umfasst eine der Anzahl der Raummodule 20 entsprechende Anzahl von Wärmeerzeugern 21 , die hier jeweils von einer Lüftungsanlage 1 gebildet sind. Die Lüftungsanlagen 1 sind in Fassaden 22 der Raummodule 20, nämlich in Fensterbrüstungen 23 der jeweiligen Fenster 24 eingesetzt. Auf diese Weise erfordern die Lüftungsanlagen 1 praktisch keinen Bauraum innerhalb der Raummodule 20, wobei aufgrund der vergleichsweisen geringen Volumina, die mittels einer jeweiligen Lüftungsanlage 1 mit Wärme zu versorgen sind, eine vergleichsweise geringe maximale thermische Leistung einer jeden Lüftungsanlage 1 ausreichend ist, um im Ergebnis den Wärmebedarf des gesamten Gebäudes 19 abzudecken. Insbesondere weist die Temperiereinheit 7 der Lüftungsanlage 1 in dem gezeigten Beispiel insgesamt zwölf Temperiermodule 8 (und mithin zwölf thermoelektrische Elemente 9) auf. [36] The ventilation system 1 is particularly suitable for the decentralized supply of individual room modules 20 of a modular building 19. Such a building 19 is illustrated as an example using Figure 2. It is composed of a plurality of room modules 20, each of which has a window 24. The building 19 includes a number of heat generators 21 corresponding to the number of room modules 20, each of which is formed here by a ventilation system 1. The ventilation systems 1 are in facades 22 of the room modules 20, namely in window parapets 23 of the respective windows 24. In this way, the ventilation systems 1 require practically no installation space within the room modules 20, and due to the comparatively small volumes that are to be supplied with heat by means of a respective ventilation system 1, a comparatively low maximum thermal output of each ventilation system 1 is sufficient to achieve the result to cover the heat requirements of the entire building 19. In particular, the temperature control unit 7 of the ventilation system 1 in the example shown has a total of twelve temperature control modules 8 (and therefore twelve thermoelectric elements 9).
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Lüftungsanlage 1 ventilation system
2 Zuluft 2 supply air
3 Abluft 3 exhaust air
4 Raum 4 room
5 Zuluftkanal 5 supply air duct
6 Abluftkanal 6 exhaust duct
7 Temperiereinheit 7 temperature control unit
8 Temperiermodul 8 temperature control module
9 thermoelektrisches Element 9 thermoelectric element
10 Wärmetransporteinrichtung der ersten Gruppe10 heat transport device of the first group
11 Wärmetransporteinrichtung der zweiten Gruppe11 heat transport device of the second group
12 Kaltseite 12 cold side
13 Warm seite 13 Warm page
14 Pumpe 14 pump
15 Wärmetauscher 15 heat exchangers
16 Steuereinheit 16 control unit
17 Sensoreinheit 17 sensor unit
18 Sensoreinheit 18 sensor unit
19 Gebäude 19 buildings
20 Modul 20 module
21 Wärmeerzeuger 21 heat generators
22 Fassade 22 facade
23 Fensterbrüstung 23 window parapet
24 Fenster 24 windows

Claims

Ansprüche Expectations
1. Lüftungsanlage (1) zur Zuführung von Zuluft (2) in einen Raum (4) sowie Abführung von Abluft (3) aus dem Raum (4), umfassend einen Zuluftkanal (5) zur Zuleitung der Zuluft (2) in den Raum (4), einen Abluftkanal (6) zur Ableitung der Abluft (3) aus dem Raum (4), eine Temperiereinheit (7) zur Temperierung der Zuluft (2) unter energetischer Verwertung der Abluft (3), wobei die Temperiereinheit (7) eine Mehrzahl von Temperiermodulen (8) aufweist, die jeweils ein thermoelektrisches Element (9) sowie zwei separate Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) umfassen, wobei die thermoelektrischen Elemente (9) jeweils zwei Funktionsseiten gegensätzlicher Art aufweisen, nämlich jeweils eine Kaltseite (12) und eine Warmseite (13), und dazu eingerichtet sind, bei Anlegen einer elektrischen Spannung an der Kaltseite (12) gemäß dem Peltier- Effekt thermische Energie aufzunehmen und an der Warmseite (13) thermische Energie abzugeben, wobei Wärmetransporteinrichtungen (10) einer ersten Gruppe jeweils derart mit dem Abluftkanal (6) Zusammenwirken, dass Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen (10) der ersten Gruppe von der abgeleiteten Abluft (3) umströmbar sind und hierdurch thermische Energie zwischen der Abluft (3) und den Wärmetransporteinrichtungen (10) der ersten Gruppe übertragbar ist, wobei die Wärmetransporteinrichtungen (10) der ersten Gruppe thermisch mit den Funktionsseiten gleicher Art der jeweils zugeordneten thermoelektrischen Elemente (9) Zusammenwirken, sodass thermische Energie zwischen der jeweiligen Wärmetransporteinrichtung (10) der ersten Gruppe und der jeweiligen Funktionsseite übertragbar ist, wobei Wärmetransporteinrichtungen (11) einer zweiten Gruppe thermisch mit den anderen Funktionsseiten gleicher Art der jeweils zugeordneten thermoelektrischen Elemente (9) Zusammenwirken, sodass thermische Energie zwischen der jeweiligen Funktionsseite und der jeweiligen Wärmetransporteinrichtung (11) der zweiten Gruppe übertragbar ist, wobei die Wärmetransporteinrichtungen (11) der zweiten Gruppe jeweils derart mit dem Zuluftkanal (5) Zusammenwirken, dass Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen (11) der zweiten Gruppe von der zuzuleitenden Zuluft (2) umströmbar sind und hierdurch thermische Energie zwischen den Wärmetransporteinrichtungen (11) der zweiten Gruppe und der Zuluft (2) übertragbar ist, wobei die Temperiermodule (8) in Strömungsrichtungen sowohl der Zuluft (2) als auch der Abluft (3) betrachtet nach dem Prinzip eines Gegenstromwärmetäuschers in Reihe mit dem Zuluftkanal (5) und dem Abluftkanal (6) verschaltet sind, sodass zwischen Temperaturniveaus der Zuluft (2) und der Abluft (3), die an den Wärmetauschflächen der Wärmetransporteinrichtungen (10) der ersten Gruppe einerseits und an den Wärmetransporteinrichtungen (11) der zweiten Gruppe andererseits anliegen, für jedes der Temperiermodule (5) betrachtet eine möglichst geringe Temperaturdifferenz vorliegt, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (15), der in den Strömungsrichtungen sowohl der Zuluft (2) als auch der Abluft (3) betrachtet jeweils der Temperiereinheit (7) vorgeschaltet ist. 1. Ventilation system (1) for supplying supply air (2) into a room (4) and removing exhaust air (3) from the room (4), comprising a supply air duct (5) for supplying supply air (2) into the room ( 4), an exhaust air duct (6) for discharging the exhaust air (3) from the room (4), a temperature control unit (7) for temperature control of the supply air (2) with energetic utilization of the exhaust air (3), the temperature control unit (7) being a A plurality of temperature control modules (8), each comprising a thermoelectric element (9) and two separate heat transport devices (10, 11), the thermoelectric elements (9) each having two functional sides of opposite types, namely one cold side (12) and one Warm side (13), and are designed to absorb thermal energy according to the Peltier effect when an electrical voltage is applied to the cold side (12) and to release thermal energy to the warm side (13), heat transport devices (10) of a first group each being such cooperate with the exhaust air duct (6) so that heat exchange surfaces of the heat transport devices (10) of the first group can be flowed around by the derived exhaust air (3) and thermal energy can thereby be transferred between the exhaust air (3) and the heat transport devices (10) of the first group, whereby the heat transport devices (10) of the first group interact thermally with the functional sides of the same type of the respectively assigned thermoelectric elements (9), so that thermal energy can be transferred between the respective heat transport device (10) of the first group and the respective functional side, heat transport devices (11) being one second group thermally interact with the other functional sides of the same type of the respectively assigned thermoelectric elements (9), so that thermal energy can be transferred between the respective functional side and the respective heat transport device (11) of the second group, the heat transport devices (11) of the second group each being such interact with the supply air duct (5) so that heat exchange surfaces Heat transport devices (11) of the second group can be flowed around by the supply air (2) and thermal energy can thereby be transferred between the heat transport devices (11) of the second group and the supply air (2), the temperature control modules (8) being in flow directions of both the supply air ( 2) as well as the exhaust air (3) are connected in series with the supply air duct (5) and the exhaust air duct (6) according to the principle of a countercurrent heat exchanger, so that between the temperature levels of the supply air (2) and the exhaust air (3), which are at the Heat exchange surfaces of the heat transport devices (10) of the first group on the one hand and on the heat transport devices (11) of the second group on the other hand, for each of the temperature control modules (5) there is the smallest possible temperature difference, characterized by a heat exchanger (15) which is in both the flow directions Both the supply air (2) and the exhaust air (3) are connected upstream of the temperature control unit (7).
2. Lüftungsanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) jeweils von einem Wärmerohr gebildet ist. 2. Ventilation system (1) according to claim 1, characterized in that at least some of the heat transport devices (10, 11) are each formed by a heat pipe.
3. Lüftungsanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) jeweils nach Art einer Heatpipe ausgebildet sind. 3. Ventilation system (1) according to claim 2, characterized in that the heat transport devices (10, 11) are each designed in the manner of a heat pipe.
4. Lüftungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) jeweils einen Flüssigkeitskreislauf umfasst, in denen eine Wärmeübertragungsflüssigkeit führbar ist, wobei vorzugsweise die Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) jeweils eine Pumpe (14) zum Pumpen der Wärmeübertragungsflüssigkeit aufweisen. 4. Ventilation system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the heat transport devices (10, 11) each comprise a liquid circuit in which a heat transfer fluid can be guided, wherein preferably the heat transport devices (10, 11) each have a pump (14) for pumping the heat transfer fluid.
5. Lüftungsanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Wärmetransporteinrichtungen (10, 11) Kupferradiatoren umfasst, in denen die Wärmeübertragungsflüssigkeit geführt ist. Lüftungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (15) von einem Luft-Luft- Wärmetauscher gebildet ist. Lüftungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetransporteinrichtungen (10) der ersten Gruppe und/oder die Wärmetransporteinrichtungen (11) der zweiten Gruppe mittels einer Wärmeleitpaste an den jeweils zugeordneten Funktionsseiten der thermoelektrischen Elemente (9) angebunden sind. Lüftungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (16), mittels der die thermoelektrischen Elemente (9) ansteuerbar sind. Lüftungsanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) dazu eingerichtet ist, eine an den thermoelektrischen Elementen (9) anliegende elektrische Leistung zu verändern, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation. Lüftungsanlage (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) dazu eingerichtet ist, für mindestens ein thermoelektrisches Element (9), vorzugsweise sämtliche thermoelektrischen Elemente (9), die Leistung derart zu verändern, dass fortwährend ein definierter Betriebspunkt des jeweiligen thermoelektrischen Elements (9) approximiert wird. Lüftungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine Sensoreinrichtung (17, 18), mittels der Informationen betreffend mindestens einen Betriebsparameter der Lüftungsanlage (1) oder mindestens ein Umweltparameter erfassbar ist, wobei die Sensoreinrichtung (17, 18) in Daten übertragender Weise mit der Steuereinheit (16) verbunden ist, sodass die Informationen an die Steuereinheit (16) leitbar und mittels der Steuereinheit (16) verarbeitbar sind. Lüftungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (16) gemäß mindestens einem vorgebbaren Betriebsprogramm betreibbar ist, wobei vorzugsweise eine thermische Leistung der Temperiereinheit (7), die einer Summe aller thermischen Leistungen der thermoelektrischen Elemente (9) entspricht, in Abhängigkeit einer Temperatur der Abluft (3) und/oder einer Temperatur der in dem zu belüftenden Raum (4) vorhandenen Luft geregelt wird. Gebäude (19) in modularer Bauweise, das von einer Vielzahl einzelner Raummodule (20) gebildet ist, wobei zumindest eine Vielzahl der Raummodule (20) jeweils mindestens einen5. Ventilation system (1) according to claim 4, characterized in that at least some of the heat transport devices (10, 11) comprise copper radiators in which the heat transfer fluid is guided. Ventilation system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger (15) is formed by an air-air heat exchanger. Ventilation system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat transport devices (10) of the first group and/or the heat transport devices (11) of the second group are connected to the respectively assigned functional sides of the thermoelectric elements (9) by means of a thermal paste. Ventilation system (1) according to one of the preceding claims, characterized by a control unit (16) by means of which the thermoelectric elements (9) can be controlled. Ventilation system (1) according to claim 8, characterized in that the control unit (16) is set up to change an electrical power applied to the thermoelectric elements (9), in particular by means of pulse width modulation. Ventilation system (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the control unit (16) is set up to change the power for at least one thermoelectric element (9), preferably all thermoelectric elements (9), in such a way that a defined Operating point of the respective thermoelectric element (9) is approximated. Ventilation system (1) according to one of claims 8 to 10, characterized by at least one sensor device (17, 18), by means of which information relating to at least one operating parameter of the ventilation system (1) or at least one environmental parameter can be detected, the sensor device (17, 18) is connected to the control unit (16) in a data-transmitting manner, so that the information can be routed to the control unit (16) and processed by the control unit (16). Ventilation system (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the control unit (16) can be operated according to at least one predeterminable operating program, preferably a thermal output of the temperature control unit (7), which is a sum of all thermal outputs of the thermoelectric elements ( 9) corresponds, depending on one Temperature of the exhaust air (3) and / or a temperature of the air present in the room to be ventilated (4) is regulated. Building (19) in a modular design, which is formed by a large number of individual room modules (20), at least a number of the room modules (20) each having at least one
Wärmeerzeuger (21) zur dezentralen Temperierung der Raummodule (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Wärmeerzeuger (21) von einer Lüftungsanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist. Gebäude (19) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger (21) in eine Fassade (22) des jeweilig zugehörigen Raummoduls (20) integriert ist bzw. sind. Gebäude (19) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmeerzeuger (21) in eine Fensterbrüstung (23) des jeweilig zugehörigen Raummoduls (20) integriert ist bzw. sind. Heat generator (21) for decentralized temperature control of the room modules (20), characterized in that at least one of the heat generators (21) is formed by a ventilation system (1) according to one of the preceding claims. Building (19) according to claim 13, characterized in that the at least one heat generator (21) is or are integrated into a facade (22) of the respective associated room module (20). Building (19) according to one of claims 13 or 14, characterized in that the at least one heat generator (21) is or are integrated into a window sill (23) of the respective associated room module (20).
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