CH664003A5

CH664003A5 - Verfahren zur klimatisierung des aufenthaltbereichs einer halle.

Info

Publication number: CH664003A5
Application number: CH3218/84A
Authority: CH
Inventors: Klaus Roschmann
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1988-01-29
Also published as: EP0167729A1; ES8607520A1; EP0167729B1; ES543420A0; DE3564616D1; BR8503172A; ATE36749T1; DE3425454A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung des Aufenthaltsbereichs einer Halle mit einer Höhe grösser als 5 m, wobei ein erster Luftstrahl aus aufbereiteter Primärluft, von einem Sekundärluftstrahl geführt und gesteuert, durch den Aufenthaltsbereich der Halle strömt.

Aus der CH-PS 580 788 ist ein Verfahren zur Belüftung von Hallen bekannt, bei dem Frisch- und/oder aufbereitet Umluft durch Ejektorluftströme in dem Raum bzw. der Halle transportiert und verteilt werden, wobei das Volumen des Frischluftstromes gross ist gegenüber demjenigen des Ejektorluftstromes.

Die für die Durchführung dieses bekannten Belüftungsverfahrens notwendige Anlage, für die z.B. über den Hallenraum verteilte Ejektordüsen und das notwendige Netz von Versorgungsleitungen erforderlich sind, ist aufwendig und benötigt über die Deckenfläche verteilte Installationen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Belüftungsverfahren für grosse Hallen mit Mindesthöhen von 5 m - wie z.B. Fabrikations-, Ausstellungs- oder Sporthallen - zu entwickeln, für dessen Durchführung nur Anlagen erforderlich sind, die im Deckenbereich der Halle möglichst wenig Installationen erfordern, so dass z.B. der Lichteinfall durch Oberlichter oder Arbeitsabläufe - wie z.B. Kranfahrten - möglichst nicht behindert werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Temperatur des Sekundärluftstrahls mindestens annähernd dem Temperaturniveau in der Halle entspricht, dass ferner der Primärluftstrahl und der Sekundärluftstrahl oberhalb des Aufenthaltsbereichs aus mindestens annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen als gegeneinander gerichtete Strahlen in die Halle einge-blasen werden, und dass schliesslich mindestens beim Übergang vom Heizen zum Kühlen und umgekehrt der als Produkt aus Volumenstrom und Geschwindigkeit gebildete Impuls des Sekundärluftstrahls stufenweise oder kontinuierlich geändert wird ; eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist ihrerseits gekennzeichnet durch zwei mindestens annähernd einander gegenüberliegende Luftauslässe, die mindestens in 0,7-facher Hallenhöhe über dem Boden angeordnet sind, wobei der eine mit einer Quelle für aufbereitete Primärluft verbunden ist, während der andere von einer Druckluftquelle beaufschlagt ist, die Luft von mindestens annähernd gleicher Temperatur wie die Hallenluft fördert und darüberhinaus in ihrem Druckpotential einstellbar ist.

Bei dem neuen Verfahren werden von gegenüberliegenden Seiten aus oberhalb des Aufenthaltsbereichs zwei gegeneinander gerichtete Luftströme erzeugt, die aufeinander prallen und teilweise in den Aufenthaltsbereich abgelenkt werden; da die Vorrichtungselemente an und in den Seitenwänden der Halle angeordnet sind, bleibt ihr Deckenraum frei von Installationseinbauten. Mit einer Vorrichtung lassen sich dabei Flächen oder Zonen bis zu etwa 35 x 20 m2 belüften und konditionieren, so dass Hallen, deren eine Längsabmessung 35 m nicht übersteigt, im Inneren keine zusätzlichen Einbauten für die Belüftung benötigen. Grössere «Breiten» als 20 m lassen sich durch Aneinanderreihen mehrerer Zonen abdecken.

Ist der Minimalabstand zwischen den Hallenwänden grösser als 35 m, so lässt sich das neue Verfahren mit Hilfe von Luftauslässen, die an Zwischeneinbauten installiert sind, durchführen.

Zur Klimatisierung des Aufenthaltsbereichs einer Halle sind bei der Durchführung des neuen Verfahrens vier Fälle zu unterscheiden:

a) Heizen während der kalten Jahreszeit; die notwendige Wärme wird der Halle von aussen zugeführt, vorteilhafterweise durch erhöhte Temperaturen des Primärluftstrahles;

b) «Isothermer Heizbetrieb» während der Übergangszeit; die in der Halle produzierte Wärme, beispielsweise von Maschinen und Apparaten, reicht aus für eine Beheizung des Aufenthaltsbereichs ; die Temperatur der zugeführten Primärluft ist ungefähr gleich der Hallenlufttemperatur.

c)«Isothermer Kühlbetrieb» während der Übergangszeit;

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die in der Halle produzierte Wärme ist grösser als der Wärmebedarf im Aufenthaltsbereich; eine eigentliche Kühlung ist jedoch noch nicht erforderlich. Die Temperatur der zugeführten Primärluft ist ebenfalls mindestens nahe der Hallenlufttemperatur.

d) Kühlen während der warmen Jahreszeit; die Überschusswärme muss abgeführt werden, wofür vorteilhafterweise eine tiefe Temperatur der Primärluft herangezogen wird.

Um die Hallenwärme möglichst voll für die Heizung des Aufenthaltsbereichs zu nutzen und Verluste - beispielsweise durch das Dach - gering zu halten, wird angestrebt, die sich in der Höhe sammelnde Warmluft möglichst weitgehend während der vorstehend geschilderten Fälle a) und b) durch intensive Durchmischung der «Decken»-Luft mit der übrigen Hallenluft mit Hilfe des Sekundärluftstrahls für die Beheizung des Aufenthaltsbereichs heranzuziehen. Es wird dabei angestrebt, über die ganze Höhe der Halle möglichst keinen Temperaturgradienten in vertikaler Richtung zu haben. Für die Fälle a) und b) hat es sich daher als vorteilhaft erwiesen, wenn für den Heizbetrieb die Geschwindigkeit für den Sekundärluftstrahl so gewählt wird, dass sie im Bereich des Luftauslasses für die Primärluft das 1,2- bis 1,8-fache der Primärluft-Geschwindigkeit beträgt, und wenn ferner der Sekundärluftstrahl so gerichtet und aufbereitet wird, dass er mindestens im letzten Teil seiner Wurfweite die Hallendecke bestreicht. Hierdurch wird die eingeblasene, gegebenenfalls aufbereitete Primärluft unmittelbar nach ihrem Eintritt nach unten in den Aufenthaltsbereich abgelenkt. Gleichzeitig sorgt der bis zur Decke reichende Sekundärluftstrahl für eine intensive «Einmischung» der warmen Deckenluft in die für die Beheizung des Aufenthaltsbereichs erzeugte Mischluft-Zirkulation.

Beim Kühlen ist es zweckmässig, wenn die warme Deckenluft als möglichst ungestörte Schicht oberhalb der gegeneinander geführten Luftstrahlen verbleibt;dies lässt sich erreichen, wenn - bei den Fällen c) und d) - der Impuls des Sekundärluftstrahls für den Kühlbetrieb so reduziert wird, dass ein Aufeinanderprallen und Vermischen beider Strahlen in einem vorgegebenen Bereich zwischen den beiden Luftauslässen, vorzugsweise in der Mitte, erfolgt, womit eine Schichtung der Hallenluft und ein Temperaturgradient in vertikaler Richtung aufrechterhalten werden.

Obwohl die Luftquelle für den Sekundärluftstrahl auch mit gegebenenfalls entsprechend aufbereiteter Luft der Aus-senatmosphäre oder anderer Herkunft gespeist werden kann, ist es am einfachsten und wirtschaftlichsten, für den Sekun-därluftstrahldirekt Hallenluft zu verwenden; es ist daher zweckmässig, wenn die Quelle für die mit der Hallenluft hinsichtlich der Temperatur mindestens ähnliche Sekundärluft in einem Ventilator besteht, der Hallenluft direkt ansaugt und beschleunigt. Um eine stufenweise oder kontinuierliche Änderung des oder der Strahlimpulse der Sekundärluft zu erreichen, kann man den Ventilator darüberhinaus mit einem Drehzahl veränderbaren Antrieb ausrüsten. Schliesslich kann besonders in der Übergangszeit ein Wechsel zwischen den beschriebenen Fällen b) und c) auf einfache Weise eingeleitet werden, wenn die Temperatur der Primärluft und/oder der Impuls des Sekundärluftstrahls durch im Aufenthaltsbereich der Halle gelegene Raumthermostaten gesteuert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Grundriss einer in mehrere Zonen unterteilten Halle, die mit Hilfe des neuen Verfahrens belüftet wird;

Fig. 2 stellt den Schnitt II-II von Fig. 1 dar;

Fig. 3 zeigt schematisch die Luftströmungen in der Halle beim Heizbetrieb (Fall a) und b));

Fig. 4 ist eine gleichartige Skizze, in der die Verhältnisse für den Kühlbetrieb (Fall c) und d)) wiedergegeben werden;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Regelung der Hallenlufttemperatur wiedergibt.

Der Grundriss der Halle I (Fig. 1 ) ist in vier gleichflächige Zonen 2 unterteilt, die Abmessungen von 35 x 20 m haben. Die Höhe H (Fig. 2) der Halle 1 beträgt etwa 9 m. In der Mitte jeder Zonenschmalseite sind einander gegenüberliegend in einer Höhe von 6-6,5 m Luftauslässe 3 und 4 vorgesehen. Aus dem Luftauslass 3 wird mittels eines Ventilators 5 (Fig. 2) ein Primärluftstrahl in jede Zone eingeblasen. Dieser Luftstrahl, der in dem gezeigten Beispiel als Frischluft aus der Aussenatmosphäre - gegebenenfalls über nicht gezeigte Filter - angesaugt wird, durchsetzt vor seinem Austritt in den Halleninnenraum einen Wärmetauscher 6, in dem er erwärmt oder gekühlt wird. Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 6 über eine mit einem Durchflussregelventil 7 versehene Vorlaufleitung 8 und eine Rücklaufleitung 9, in der ein Absperrorgan 12 vorgesehen ist, an ein nicht weiter dargestelltes Netz für ein Heiz- oder ein Kühlmedium - im allgemeinen in beiden Fällen entsprechend temperiertes Wasser -angeschlossen.

Das Durchflussregelventil 7 wird von einem Regler 10 verstellt, dessen Eingangssignal von einem Raumthermostaten 11 geliefert wird, der im Aufenthaltsbereich 1A der Personen in der Halle 1 bzw. in jeder Zone 2 gesondert angeordnet ist.

Der Regler 10 gibt ein zweites Signal aus, das zu einem Drehzahlsteller 13 für den nicht dargestellten Antriebsmotor eines zweiten Ventilators stufenweise - z.B. in fünf Stufen -einstellbar ist, wird Hallenluft direkt angesaugt und als Sekundärluftstrahl aus dem Luftauslass 4 gegen den Primärluftstrahl aus dem Luftauslass 3 geblasen, wie später noch beschrieben wird.

Überschüssige und verbrauchte Abluft aus den einzelnen Zonen 2 wird über Abluftgeräte 15 abgezogen, während mit 16 in Fig. 1 die nicht dargestellte Dachkonstruktion der Halle 1 tragende Stützen bezeichnet sind.

Während des Heizbetriebs, bei dem der Aufenthaltsbereich mit Wärme versorgt werden muss (Fall a) und b)),

ergibt sich bei dem neuen Verfahren die in Fig. 3 gezeigte Strömungsverteilung. Der Primärluftstrahl aus aufbereiteter, in diesem Fall mindestens auf Hallentemperatur erwärmter Luft, ist hierbei nur relativ kurz, da der aus Hallenluft gebildete Steuerluftstrahl mit einer derartigen Geschwindigkeit dem Primärluftstrahl entgegengeblasen wird, dass er im Bereich des Luftauslasses 3 für die Primärluft noch eine höhere Geschwindigkeit - beispielsweise die 1,2- bis 1,8-fache Geschwindigkeit - als der Primärluftstrahl besitzt. Dadurch vermischen sich die beiden Strahlen direkt im Bereich des Primärluftauslasses 3 ; die aus Primär- und Sekundärluft gebildete Zuluft wird gemäss den Gesetzen der Strahlausbreitung dabei vorwiegend nach unten abgelenkt und durchströmt direkt den Aufenthaltsbereich IA. Weiterhin entsteht - besonders wenn der Sekundärluftstrahl im letzten Bereich seiner Wurfweite bis an die Hallendecke reicht - eine intensive Durchmischung mit der Raumluft. Somit wird ein grösstmöglicher Ausgleich der Temperaturen vertikal und horizontal erreicht, was eine Nutzung der sich normalerweise im Deckenbereich sammelnden Warmluft zur Heizung - und damit Energieeinsparungen - ermöglicht.

Für den Kühlbetrieb (Fall c) und d)) wird der Impuls des Sekundärluftstrahls so weit erniedrigt, beispielsweise durch Reduktion der Drehzahl des Antriebs für den Ventilator 14, und/oder gegebenenfalls der Impuls des Primärluftstrahls

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entsprechend erhöht -, dass das in Fig. 4 skizzierte Strömungsbild entsteht. Hierbei sind die Geschwindigkeiten der beiden Strahlen so gewählt, dass sie mindestens annähernd in der M itte der Halle I oder der Zone 2 aufeinander treffen. Es entstehen dadurch im Aufenthaltsbereich 1A zwei Zirkulationen, mit denen gekühlte Primärluft, gemischt mit Sekundärluft aus dem Sekundärluftstrahl, durch den Aufenthaltsraum 1A transportiert wird. Die verringerte Aufweitung des Sekundärluftstrahls bewirkt darüberhinaus, dass der Aufenthaltsbereich 1A von der sich an der Decke sammelnden Warmluft abgeschirmt ist, die vom Abluftgerät 15 abgezogen wird, ohne dass sie den Aufenthaltsbereich 1A belastet. Im Gegensatz zum Heizbetrieb entsteht hier bei dem neuen Verfahren eine Temperaturschichtung über die Höhe.

Im Diagramm der Fig. 5, dem ein angenommenes Beispiel zugrundeliegt, ist horizontal als Abszisse die Raum- oder Hallenlufttemperatur t in Grad C aufgetragen, die vom Raumthermostaten 11 (Fig. 2) gemessen wird. Der im unteren Drittel k dargestellte Kurvenverlauf zeigt in Abhängigkeit von der Temperatur t die Stellung des Ventils 7 an, wenn ein Kühlmedium den Wärmetauscher 6 zur Kühlung der Primärluft durchsetzt, wobei das untere Niveau z für ein geschlossenes und das Niveau g für ein völlig geöffnetes Ventil 7 gilt.

I n gleicher Weise verkörpert das obere Drittel H des Diagramms 5 die Stellung des Ventils 7 im Heizbetrieb. Im mittleren Bereich 1 sind die Drehzahlen für den Antrieb des Ventilators 14 aufgetragen, die bei den verschiedenen Raumtemperaturen eingestellt sind. Mit m sind dabei die Maximal-und mit n die Minimal-Drehzahl bezeichnet.

Bei tiefen Raum- bzw. Hallenlufttemperaturen, bei denen ein Heizen der Primärluft erforderlich ist, wird eine Sollwerttemperatur ti von 18° C am Raumthermostaten 11 eingestellt. Um diese zu gewährleisten, ist das Ventil 7 am mit einem Heizmedium beschickten Wärmetauscher 6 zunächst voll geöffnet. Der Ventilator 14 läuft mit Maximaldrehzahl m, so dass das Strömungsbild der Fig. 3 gegeben ist. In einem Bereich r zwischen 17° und 19° C Hallenlufttemperatur wird das Ventil 7 proportional zur ansteigenden Temperatur linear kontinuierlich geschlossen. Bei weiter steigender Raumlufttemperatur reicht die in der Halle 1A erzeugte Wärme zur Deckung des Bedarfs aus, wenn der Ventilator 14 nach wie vor seine volle Leistung abgibt. In einem Intervall s von 19° bis 21 ° C werden daher bei Maximaldrehzahl des Ventilators 14 weder Heiz- noch Kühlmedien für die Primärluft zur Verfügung gestellt. In diesem sogenannten «Isotherm»-Bereich, der von etwa 19° bis etwa 25° angenommen ist, ist jedoch der Temperatursollwert ti auf 22° festgelegt.

Steigt die Hallentemperatur dabei über 21° C, so ist die in der Halle 1A erzeugte Wärme grösser als der Bedarf, ohne dass bereits eine Kühlung der Primärluft erforderlich wird. In einem Temperaturintervall und zwischen 21° und 23° C wird daher die Drehzahl des Ventilators 14 stufenweise erniedrigt, was eine stufenweise Verringerung der Wurfweite des Sekundärluftstrahls und eine entsprechende Vergrösserung des Primärluftstrahls zur Folge hat. Auf diese Weise wird in diesem Temperaturintervall sukzessive mehr Wärme aus dem Aufenthaltsbereich 1A abgeführt, ohne dass dazu die Primärluft gekühlt wird.

Ist bei etwa 22° C Hallenlufttemperatur die niedrigste Stufe der Antriebsdrehzahl für den Ventilator 14 erreicht, so ergibt sich beispielsweise das in Fig. 4 skizzierte Strömungsbild. Die damit erreichte Abschirmung der Warmluft an der Decke vom Aufenthaltsbereich 1A erlaubt, in einem Temperaturintervall v, das bis zu etwa 25° C reicht, ohne direkte Kühlung der Primärluft auszukommen, zumal bei hohen Aussentemperaturen der Hallenlufttemperatur-Sollwert bekanntlich aus gesundheitlichen Gründen für die Insassen erhöht werden muss und beispielsweise zu t3 = 26° C festgesetzt ist.

Ab einer Hallenlufttemperatur von 25° wird die Primärluft in dem Wärmetauscher 6 gekühlt, ehe sie in die Halle 1 eingeblasen wird, wobei im Bereich w zwischen 25° und 21° C das Ventil 7 in der Vorlaufleitung 8 für den Kühlmittelstrom proportional zu den steigenden Temperaturen geöffnet wird und bei Hallenlufttemperaturen über 27° C vollständig offen ist.

Reichen die Wärmezufuhr bei voll geöffnetem Ventil 7 im Heizbetrieb - also bei Hallentemperaturen unter 16° C - und die Wärmeabfuhr bei voll geöffnetem Ventil 7 im Kühlbetrieb - d.h. bei Hallentemperaturen über 28° C - zur Dek-kung des Bedarfs an Wärme bzw. «Kälte» nicht aus, so ist es möglich, die Temperatur des Heiz- bzw. des Kühlmediums und/oder ihre Durchflussmengen bzw. Geschwindigkeiten durch den Wärmetauscher 6 zu erhöhen.

Weiterhin kann eine Möglichkeit vorgesehen sein, beispielsweise durch Erhöhung der Strahlimpulse bei plötzlichem starkem Schadstoffanteil kurzzeitig eine rasche und gründliche Durchlüftung zumindest des Aufenthaltsbereichs 1A vorzusehen, wobei die Komfortbedingungen für Personen im Aufenthaltsbereich 1A allerdings kurzzeitig verlassen werden.

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664 003 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Klimatisierung des Aufenthaltsbereichs einer Halle mit einer Höhe grösser als 5 m, wobei ein erster Luftstrahl aus aufbereiteter Primärluft, von einem Sekundärluftstrahl geführt und gesteuert, durch den Aufenthaltsbereich der Halle strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Sekundärluftstrahls mindestens annähernd dem Temperaturniveau in der Halle ( 1 ) entspricht, dass ferner der Primärluftstrahl und der Sekundärluftstrahl oberhalb des Aufenthaltsbereichs ( 1A) aus mindestens annähernd einander gegenüberliegenden Luftauslässen (3,4) als gegeneinander gerichtete Strahlen in die Halle ( 1 ) einge-blasen werden, und dass schliesslich mindestens beim Übergang vom Heizen zum Kühlen und umgekehrt der als Produkt aus Volumenstrom und Geschwindigkeit gebildete

I mpuls des Sekundärluftstrahls stufenweise oder kontinuierlich geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Heizbetrieb die Geschwindigkeit für den Sekundärluftstrahl so gewählt wird, dass sie im Bereich des Luftauslasses (3) für die Primärluft das 1,2- bis 1,8-fache der Primär-luft-Geschwindigkeit beträgt, und dass ferner der Sekundärluftstrahl so gerichtet und aufgeweitet wird, dass er mindestens im letzten Teil seiner Wurfweite die Hallendecke bestreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Impuls des Sekundärluftstrahles für den Kühlbetrieb so reduziert wird, dass ein Aufeinanderprallen und Vermischen beider Strahlen in einem vorgegebenen Bereich zwischen den beiden Luftauslässen (3,4), vorzugsweise in der Mitte, erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallenlufttemperatur durch Änderung der Primärluft-Temperatur geändert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei mindestens annähernd einander gegenüberliegende Luftauslässe (3,4), die mindestens in 0,7-facher Hallenhöhe über dem Boden angeordnet sind, wobei der eine mit einer Quelle (5,6) für aufbereitete Primärluft verbunden ist, während der andere von einer Druckluftquelle (14) beaufschlagt ist, die Luft von mindestens annähernd gleicherTemperaturwie die Hallenluft fördert und darüberhinaus in ihrem Druckpotential einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluftquelle ( 14) für die mit der Hallenluft hinsichtlich derTemperatur mindestens ähnliche Luft in einem Ventilator besteht, der Hallenluft direkt ansaugt und beschleunigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator durch einen Antrieb mit veränderbarer Drehzahl angetrieben ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der aufbereiteten Primärluft und/oder der Impuls des Sekundärluftstrahls durch im Aufenthaltsbereich (1A) der Halle (1) gelegene Raumthermostaten (11) gesteuert wird.