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Gebäude mit Vorrichtungen zur Lüftung
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und Kühlung der Räume Die Erfindung betrifft ein Gebäude mit Vorrichtungen
zur Lüftung und Kühlung der Räume, bei dem durch Offnungen in einer Fassade infolge
Thermik und Winddruck Luft in das Gebäude strömt und nach Durchlüftung der Räume
durch oberhalb der Austrittsöffnungen gelegene Abströmöffnungen wieder aus dem Gebäude
abströmt.
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Nach dem Stand der Technik sind Gebäude mit natürlicher Lüftung bekannt,
bei denen die Räume durch handbetätigte öffnungen an den Fenstern oder Zuluftventilatvren
bzw.
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Abluftventilatoren im Bereich der Außenwand belüftet werden. Diese
Systeme genügen für kleine Räume, die z.B.
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von nur einer Person genutzt werden. In vielen Fällen ist jedoch die
Belüftung ausschließlich vom Fenster aus nicht ausreichend. So wird insbesondere
bei tiefliegenden Räumen der fensternahe Bodenbereich stark ausgekühlt, so daß dort
über kalte Füße geklagt wird. Bei Wohnungen oder großen Räumen, die an zwei gegenüberliegende
Fassaden angrenzen, ist die Belüftung durch die Fenster hindurch kritisch, weil
es
zu gefährlichem Durchzug kommen kann, wenn gleichzeitig gegenüberliegende Fenster
geöffnet werden.
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Ferner ist es bekannt, ein Gebäude in den Sommermonaten während der
Nachtstunden zu belüften, so daß die Gebäudemasse sich abkiihlt. Während der Tagstunden
werden die Öffnullen des Gebäudes möglichst geschlossen gehalten, um den Telaperaturanstieg
im Gebäude möglichst gering zu halten.
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Diese Gebäude haben hisher den Nachteil, daß Raumdecken und Wände,
die nachts abgekühlt werden, auch dann den Raum kühlen, wenn dieses aufgrund der
Witterung noch nicht erforderlich ist, z.B. morgens bei Betriebsbeginn.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebäude derart auszubilden,
daß eine gleichmäßige Belüftung der Stockwerksflächen ohne Zuglufterscheinungen
unter weitgehender Ausnutzung der natürlichen Druckluftunterschiede, wie Thermik
und Winddruck, erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die
öffnungen in der einen Fassade durch mindestens einen Luftkanal mit weiteren öffnungen
einer an einer anderen Gebäudeseite angeordneten Fassade verbunden sind, und daß
der Luftkanal an beiden Enden Zuströmöffnungen mit Absperrorganen aufweist, die
ein Abströmen von Luft durch die dem Wind abgewandte Fassade verhindern, und daß
der Luftkanal über Luftaustrittsöffnungen mit dem Raum in Verbindung steht.
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Hierbei wird die Zuluft nicht durch Fenster in den Raum geleitet,
sondern durch den Luftkanal, der quer durch das betreffende Stockwerk hindurchführt
und der an zahlreichen Stellen Austrittsöffnungen aufweist, durch die die Luft in
die Räume hinein austritt. Diejenigen Öffnungen des iiftkanals, die in der Nähe
der dem Wind abgewandten rassadl! angeordnet sind, schließen sich selbsttätig in
Abhängiykl!it von der I,ruckrichtung, so daß nur die Öf£nungcn
auf
der dem Wind zugewandten Seite geöffnet sind. Durch diese öffnungen tritt Luft in
den Luftkanal ein, in welchem sich infolge der geschlossenen öffnungen am gegenüberliegenden
Ende ein gewisser Druckstau ausbildet. Durch die im Zuge des Luftkanales angeordneten
zahlreichen Austrittsöffnungen tritt Frischluft gleichmäßig verteilt in den Räumen
des betreffenden Stockwerks aus. Die verteilten 1inzelluftstrahlen vermischen sich
stark mit der Raumluft, so daß kein Kaltluftsee entsteht. Der Strömungswiderstand
der Austrittsöffnungen des Luftkanales ist größer als der Strömungswiderstand im
Innern des waagerechten Luftkanales, der unterschiedliche Gebäudeseiten miteinander
verbindet.
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Auf diese Weise gelangt Frischluft auch in den der Windseite abgewandten
Teil des Gebäudes, während bei den bekannten Systemen mit natürlicher Lüftung dieser
Gebäudebereich nur durch Abluft aus der dem Wind zugewandten Seite versorgt wird.
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Ein Problem ist die Verschmutzung der Verbindungskanäle, denn wegen
der geringen natürlichen Druckdifferenzen können keine Staubfilter in den möglichst
kleinen Fassadenöffnungen angeordnet werden. In vorteilhafter Weiterbildung der
|:rSinduntl besteht der Luftkanal deshalb mindestens abschnittsweise aus einem Doppelbodenhohlraum
mit abnehmbaren einzelnen Bodenplatten. Derartige Doppelböden sind an sich bekannt,
werden aber bisher nicht für Belüftungszwecke benutzt.Durch die einzelnen abnehmbaren
Bodenplatten des Oberbodens ist eine Reinigung des Doppelbodenhohlraumes von oben
her leicht möglich. Dort ist auch ein genügend großer Raum gegeben, um im Abstand
von der Fassade eine Reihe Luftfilter anzuordnen, die nach unten und seitlich luftdicht
an das Gebäude angeschlossen sind und nach oben an die Bodenplatte angediclltet
sind. Nach dem Abnehmen dieser Bodenplatte können dann diese Filter ebenfalls leicht
gereinigt oder erneuert werden. Weil dort ein großer Querschnitt zur Verfügung steht,
ist
der Druckverlust durch die Filter dort relativ gering.
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Der Doppelbodenhohlraum bietet ferner einen geringen Strömungswiderstand
und ermöglicht eine gleichmäßige Zuluftverteilung unter der gesamten Bodenfläche
des Stockwerks.
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Damit die Zuluftzufuhr möglichst geräuscharm und gleichmäßig und weitgehend
unabhängig von der Größe der von außen her einwirkenden Luftdruckkräfte ist, sind
in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Abströmöffnungen mit Volumenreglern
nlit gC'ri iigem J)ruckabfall vcrscller). Diese Volultlenrgler bewirken, daß die
aus dem Gebäude abgeführte Abluftmenge unabhängig von den am und im Gebäude auftretenden
Druckluftdifferenzen im wesentlichen konstant bleibt. Die Volumenregler schließen
die Abströmöffnungen beispielsweise bei starkem Winddruck, so daß die aus dem Gebäude
abströmende Luftmenge gedrosselt wird. Auf diese Weise wird die in das Gebäude eingeführte
Frischluft im wesentlichen konstant gehalten. Der gleiche Effekt kann auch dadurch
erzielt bzw. die Regelung verbessert werden, daß die Zuströmöffnungen mit Volumenreglern
versehen sind. Die Volumenregler in den Zuströmöffnungen können anstelle der Volumenregler
in den Abströmöffnungen oder gemeinsam mit diesen zur Anwendung kommen.
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Zweckmäßigerweise sind die Volumenregler derart ausgebildet, daß sie
die Druckdifferenz zwischem dem Druckkanal und dem belüfteten Raum auf einen vorgegebenen
Sollwert annähernd konstant halten. Um dies zu erreichen, können Differenzdruckmeßgeräte
zur Steuerung von Luftklappen o. dgl.
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eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Belüftungssystem arbeitet normalerweise ohne
Hilfsenergie, durch ausschließliche Ausnutzung der natürlichen Luftdruckdifferenzen,
die an dem Gebäude auftreten. Durch die Luftführung von unten nach oben kann auf
c,in
AblufL:kanalnetz bei Räumen bis zu einer Tiefe von ca.
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8 m verzichtet werden. Bei Räumen, die eine größere Tiefe }ualJ ,
sollte die Abluft durch ein gesondertes Leitungssystem abgeführt werden. Um auch
bei geringen Luftdruckdifferenzen an dem Gebäude eine ausreichende Frischluftversorgung
sicherzustellen, ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung in einer Abluftleitung
ein Abluftventilator vorgesehen, der derart geregelt ist, daß unabhängig von den
natürlichen Differenzdruckkräften ein vorgeqebener Volumenstrom eingehalten wird.
Dieser schaltet sich ein, wenn der Luftdruck für eine natürliche Belüftung des Gebäudes
nicht mehr ausreicht, und saugt dann die Abluft ab, wodurch Frischluft in das Gebäude
nachgesaugt wird. Sowohl bei natürlicher als auch bei ventilatorgeförderter Abluft
wird ein Volunenregler eingesetzt, um die Abluftmenge auf das für eine ausreichende
Belüftung des Gebäudes erforderliche Maß zu beschränken.
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Um an heißen Tagen eine Kühlung des Gebäudes zu ermöglichen, sind
gemäß weiterer Erfindung in dem Zwischenraum des Doppelbodens, unterhalb der Austrittsöffnungen,
Wärmespeicherkörper angeordnet. Diese Wärmespeicherkörper speichern während der
kühleren Nachtstunden, in denen sie mit der Außenluft angeströmt werden, Kälte,
die während der Tagstunden in dosierter Form an die Räume abgegeben werden kann.
Zum Abgeben der gespeicherten Kälte ist es erforderlich, die Luft in dem Doppelbodenhohlraum
zu bewegen, da ohne eine solche Zwangsbewegung keine natürliche Konvektion stattfindet.
Da die Wärmespeicherkörper unterhalb des Raumes liegen und eine niedrigere Temperatur
haben als die Raumluft, tritt die kältere Luft aus ihnen nicht aus. Dadurch werden
Absperrklappen eingespart, die wegen des großen Querschnitts sehr teuer und störanfällig
wären. Durch natürliche oder ventilatorgetriebene Luftbewegung, die dem jeweiligen
Kühlluftbedarf angepaßt werden kann, wird
der durch den Doppelbodenhohlraum
gebildete Kältespeicher "entladen". Um zu erreichen, daß dieses Entladen möglichst
ausschließlich durch dosierte Luftbewegung erfolgt, sollte der Doppelbodenhohlraum
an seinem Unterboden und an seinem Oberboden möglichst mit Wärmeisolierschichten
bedeckt sein, die jeweils an den Außenseiten angeordnet sind. So können beispielsweise
die Platten des Oberbodens mit einer wärmeisolierenden Trittschicht oder einem wärmeisolierenden
Teppichbodenbelag bedeckt sein.
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Außer den Wärmespeicherkörpern nimmt auc die Baumasse des Doppelbodens
an der Wärmespeicherung teil. Die Wärmespeicherkörper, die zusätzlich in dem Hohlraum
des Doppelbodens angeordnet sind, bestehen aus einem Material mit hoher Wärmespeicherkapazität,
wie z.B. Beton oder Behälter mit Wasser und/oder einem Schmelzsalz. Es kann sich
um kugelförmige oder rechteckige Blöcke mit großer Wärmeaustauschfläche handeln.
Die Wärmespeicherkörper können zwar vom Prinzip her statische Aufgaben des Doppelbodens
mit übernehmen, jedoch übersteigt ihre Ma;se erheblich das aus statischen Gründen
erforderliche Maß.
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Das Laden und Entladen der Wärmespeicherkörper kann entweder durch
natürliche Luftbewegung oder durch einen Ventilator erfolgen, der im Stande ist,
Luft durch den Doppelboden zu fördern.
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Es ist zweckmäßig, die Kaltluft in den oberen Raumbereich einzuleiten.
Um dies zu erreichen, weist der Doppelboden Siphonkanäle auf, die bis in die Nähe
der Unterseite des Oberbodens ragen und in den darunterliegenden Raum münden.
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Wird die Luft im Doppelbodenhohlraum bewegt, dann gelangt Kaltluft
über die Siphonkanäle, durch die hindurch sie in den darunterliegenden Raum hinein
abfällt. In diesem Raum entsteht also ein natürliches Absinken und kontinuierliches
Erwärmen der Kaltluft.
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Wicitici ist allerdiWs, daß die llnterseite des Doppelbodens mit einer
wärmedämmenden Schicht bedeckt ist, damit der Doppelboden nicht unkontrolliert nach
unten hin die Kälte verliert.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Gebäude
mit einem sich über sämtliche Stockwerke erstreckenden Innenhof und Figur 2 einen
Querschnitt durch einen Doppelbodenhohlraum, der Kältespeicherkörper enthält.
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Das in Fig. 1 dargestellte Gebäude besteht aus zwei Gebäudeteilen
10, 111 die jeweils mehrere Stockwerke aufweisen und durch einen Innenhof 12, der
sich über sämtliche Stockwerke erstreckt, voneinander getrennt sind. Der Innenhof
12 ist mit einem Dach 13 abgedeckt.
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Die einzelnen Stockwerke der Gebäudeteile 10, 11, sind durch Doppelböden
14, 15, 16 voneinander getrennt. Jeder dieser Doppelböden besteht aus einem Unterboden
17, z.B.
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aus Beton, und einem im Abstand über dem Unterboden 17 angeordneten
Oberboden 18 aus einzelnen Platten, die mit (nicht dargestellten) Stützen auf dem
Unterboden 17 ruhen.
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Die Doppelbodenhohlräume 19 des Gebäudeteiles 10 sind durch Luftkanäle
19' mit denjenigen Doppelbodenhohlräumen 20 des Gebäudeteiles 11 verbunden, die
jeweils den <3leichen Stockwerk zugeordnet sind, d.h. auf dem gleichen Niveau
liegen. Diese Verbindung erfolgt unter seitlicher Umgehung des Innenhofes 12, der
auf diese Weise von unten bis oben durchgehend freigehalten wird und sich über sämtliche
Stockwerke hinweg erstreckt.
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An den einander gegenüberliegenden, nach außen gerichteten Fassaden
21, 22 der Gebäudeteile 10, 11 befinden sich Fenster 23, die durch Anheben geöffnet
werden können. Die
Fenster 23 verschließen im abgesenkten Zustand
Öffnungen 24,durch die hindurch Luft in den jeweiligen Doppelbodenhohlraum 19 bzw.
20 eindringen kann, wenn sie geöffnet sind. Zu diesem Zweck ist die Fensterbrüstung
25 als Hohlraum ausgebildet, der über in gegenseitigem Abstand angeordnete Lamellen
26 mit der Außenluft in Verbindung steht und nach unten zu dem Doppelbodenhohlraum
19 bzw. 20 offen ist. Dieser Hohlraum weist eine vertikale Trennwand 27 auf, auf
der das Fenster 23 im abgesenkten Zustand aufsetzt. In diesem Fall ist die Öffnung
24, die den Doppelbodenhohlraum 19 bzw. 20 mit der Außenluft verbindet, verschlossen.
Wird das Fenster 23 dagegen ganz oder teilweise angehoben, dann ist der Ddppelbodenhohlraum
19 bzw. 20 mit der Außenluft verbunden, obwohl das Fenster selbst noch nicht geöffnet
ist.
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An dem fassdenseitigen Ende eines jeden Doppelbodenhohlraums 19 bzw.
20 befinden sich Rückschlagklappen 28, die jeweils eine Zuströmöffnung 29 verschließen
oder graduell freigeben. t)ie Rückschlagklappen 28 sind so angeordnet, daß sie sich
zum Innern des Doppelbodenhohlraums . 19 bzw. 20 unter dem Einfluß der Luftströmung
öffnen, bei einer Luftströmung in Gegenrichtung jedoch schließen. Die Rückschlagklappen
28 sind darüber hinaus als Volumenstromregler ausgebildet, d.h. sie sind mit einem
Regler 30 verbunden, der jede Klappe 28 nur so weit öffnet, daß sich zwischen dem
Doppelbodenhohlraum 19 und dem darüber befindlichen Raum 31 maximal eine vorgegebene
Druckdifferenz einstellt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der
Wind auf die linke Fassade 21 drückt, und daß die rechte Fassade 22 die Leeseite
darstellt. Wenn die Öffnungen 24 von der Außenseite in die Doppelbodenhohlräume
19 hinein geöffnet sind, strömt die Luft durch die dann geöffneten
Rückschlagklappen
28 in die Doppelbodenhohlräume 19 ein.
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Die Poppelbodenllohlräume 19 und 20 weisen an ihren Oberböden 18 Austrittsöffnunyen
32 auf, durch die clie uft in den jeweils über den Doppelboden liegenden Raum hinein
ausströmt. Da die Doppelbodenhohlräume 19 und 20 der beiden Gebäudeteile durch den
Luftkanal 19' miteinander verbunden sind, gelangt die Frisch luft auch in die Doppelbodenhohlräume
20 des der Windseite abgewandten Gebäudeteiles 11.
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Die die Doppelbodenhoniräume 20 mit der Außenluft der Leeseite verbindenden
Rückschlagklappen 28 sind in diesem Zustand geschlossen, weil der Luftdruck in den
Doppelbodenhohlräumen 20 größer ist als der äußere Luftdruck auf der eeseit. nu
diese Weise werden die gesamten Flachen der einzelnen Stockwerke über die Austrittsöffnunyen
32 cylcichmäßig mit Frischluft versorgt.
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Aus den Räumen der verschiedenen Stockwerke strömt die Luft in den
Innenhof 12. Dieser weist unterhalb des Daches 13 eine Abströmöffnung 33 auf, die
durch einen Lamellenverschluß 34 verschließbar ist. Von der Abströmöffnung 33 führt
ein Abluftkanal 35 nach außen. In dem Abluftkanal 35 ist ein Abluftventilator 36
und ein Volumenstromregler 37 angeordnet.
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Um den Räumen des Gebäudes bei kalter Außenluft Wärme zuführen zu
können, ist oberhalb des Daches 13 eine Zuluftöffnung 38 vorgesehen, von der ein
Luftkanal,der einen Ventilator 39 und einen Luftaufbereiter 40 enthält, über Leitungen
41 mit LuftvertcEilern42 verbunden ist, die in den Doppelbodenhohlräumen 19 bzw.
20 liegen. Ferner ist ein Wärmetauscher 50, 51 vorgesehen, der durch die den
Kanal
35 durchströmende warme Abluft erwärmt wird und dadurch die durch die Zuluftoffnung
38 eindringende Kaltluft erwärmt. Diese erwärmte Luft gelangt durch die Leitungen
41 und die Luftverteiler 42 in die Doppelbodenhohlräume 19 bzw. 20 und die darüber
liegenden Räume.
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X 1ijur 1 ist bei dem linken Gebäudeteil 10 die Offnung 24 offen,
weil das Fenster 23, das an sich noch geschlossen ist, auf "Dosierbetrieb" steht,
also die Öffnung 24 freigibt. Die natürliche Belüftung über den Doppelboden ist
wirksam. Die Unterstützungslüftung durch den Luftverteiler 42 ist abgeschaltet.
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Bei dem mittleren Raum 31' ist das Fenster 23 und auch die Öffnung
24 geschlossen. Die natürliche Belüftung ist damit abgeschaltet, jedoch ist die
Unterstützungsbelüftung durch den Kanal 41 und den Auslaß 42 in Betrieb, wodurch
erwärmte Außenluft in den Raum 31' geleitet wird.
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Bei dem untersten Raum 31" ist das Fenster 23 vollständig geöffnet
und die Unterstützungslüftung durch den Auslaß 42 ist geschlossen. Auf diese Weise
lassen sich entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen und Außenlufttemperaturen in
einem weiten Bereich jeweils die günstigsten Wärme-und Lüftungsverhältnisse einschalten.
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Figur 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Doppelbodens 40,
der aus einem Unterboden 41 aus Beton und einem Oberboden 42 aus einzeln abnehmbaren
Platten besteht. Der Oberboden 42 ruht auf vertikalen Stützen 43, die auf dem Unterboden
41 aufliegen.
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in dem Doppelbodenhohlrauiti 44 sind Wärmespeicherkörp)er 45 angeordnet,
die eine hohe Wärmespeicherkapazität haben.
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Während der Nachtstunden werden diese Wärmespeicherkörper 45 abgekühlt,
indem durch natürliche Belüftung oder durch einen Ventilator 46 Kaltluft durch den
Doppelbodenhohlraum 44 gefördert wird.
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Da die Auslaßöffnungen 47 des Oberbodens 42 oberhalb der Wärmespeicherkörper
45 liegen, bleibt die Kaltluft am Tage 111 dem Doppelbodenhohlraum 44 aufgrund ihrer
yegenüber der wärmeren Luft größeren Dichte. An den Auslaßöffnungen 47 sind dazu
keine weiteren Absperrklappen erforderlich. Nur wenn in dem Doppelbodenhohlraum
44 eine Luftbewegung erzeugt wird, dringt Kaltluft aus den Austrittsöffnungen 47
in den darüberliegenden Raum. Durch dosiertes Betreiben des Ventilators 46 kann
die dem Doppelbodenhohlraum 44 auf diese Weise entzogene Kältemenge dosiert bzw.
reguliert werden. Dies kann alternativ auch durch entsprechendes Verstellen einer
Luftklappe geschehen, die die Verbindung zur Außenluft herstellt, so daß in dosierter
Weise Druckluft in den Doppelbodenhohlraum 44 geleitet wird und einen Teil der darin
befindlichen Kaltluft austreibt.Die Auslaßöffnungen 47 weisen vorteilhaft Luftkanäle
50 auf, die bis in die Nähe des Unterbodens 41 in den Doppelbodenhohlraum hineinragen,
so daß stets die kälteste Luft in die Luftaustrittsöffnungen gefördert wird.
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Wenn man einzelne Bodenplatten und Auslaßöffnunqen im Fußboden vermeiden
will, kann alternativ eine Kaltluft zufuhr von oben erfolgen. Zu diesem Zweck ist
in Figur 2 ein Siphonkanal 48 dargestellt, der aus einem vertikalen Rohrstück besteht,
das mit geringem Abstand unter dem Oberboden 42 endet und durch den Unterboden 41
hindurchgeht. Wenn die Luft in dem Doppelbodenhohlraum 44
bewegt
wird, tritt Kaltluft in das obere Ende des Siphonkanals 48 ein. In diesem Kanal
fällt die Kaltluft ab und gelangt somit in den darunterliegenden Raum. 3ei unbewegter
Luft im Doppelbodenhohlraum entstehen praktisch keine Kaltluftverluste, da die schwerere
Kaltluft nicht bis zum oberen Ende des Siphonrohres gelangt. Durch feinbemessene
uftbewegung im Doppelbodenhohraum 44 kann das Maß der den Doppelbodenhohlraum verlassenden
Kaltluft sehr fein reguliert werden, ohne daß Absperrklappen benötigt werden.
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Um anderweitige Kälteverluste zu vermeiden, ist die Unterseite des
Unterbodens 41 mit einer thermischen Isolierschicht 49 bedeckt. Auch der Oberboden
42 ist wärmeisolierend ausgebildet.
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