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- KLIMAANLAGE -
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Beschreibung Zur Klimatisierung von Räumen werden heute in den meisten
Fällen energiesparende Vari abelvolum enstrom-K Ii m asysteme vorgesehen, die an
ca. 70 % der Betriebszeit mit extrem niedrigen Zuluftmengen betrieben werden. Die
Zuluftmenge wird bei geringer Kühl last auf die minimale Außenluftrate reduziert,
die gemäß DIN 1946 eingehalten werden muß. Der Zuluftwechsel vermindert sich dabei
bis auf 1,7 bis 2,0 fach pro Stunde.
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Diese Betriebsweise ist erforderlich, weil andernfalls die Energie
kosten für die Klimatisierung zu stark ansteigen würden.
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Eine Raumbelüftung mit extrem niedrigen Zuluftmengen ist aber, was
zu vermuten war und in letzter Zeit durch wissen schaftliche Untersuchungen bestätigt
wurde, aus gesundheitlichen Gründen sehr nachteilig, weil der Schadstoffgehalt der
Raumluft (Staubpartikel, Keime, Bakterien, Tabakrauch, CO2 und Gase der Baumaterialien,
z.B. Formaldehyd) gegenüber Lüftungssystemen mit höheren Zuluftmengen um bis zu
300 % ansteigt.
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Der hohe Schadstoffgehalt der Raum luft ist einer der Hauptursachen
für viele Klagen, die bei der Klimatisierung mit niedrigen Zuluftmengen auftreten,
obwohl die Raumklimawerte gemäß DIN 1946 eingehalten werden. Die Büroinsassen empfinden
die Raum luft in solchen Fällen als schlecht, sauerstoffarm, stickig und drücken.
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Diese Klagen treten vor allem bei VVS-Klimaanlagen (Variabelv lum
enstrom -Klim aanl agen) und HD-K li m aanl agen (Induktions-Klimaanlagen) auf,
die heute in den meisten Fällen geplant und installiert werden. In den USA wurden
ähnliche Erfahrungen gemacht. So wurden z.B. die als Gebäudekrankheit (Building-sickness)
bezeichnete Unbehaglichkeitserscheinungen bei den Büroinsassen von Verwaltungsgebäuden
durch eine Erhöhung der Außenluft- bzw. Zuluftmenge zum größten Teil behoben. CCI
11/83 (James E. Woods lowa University).
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In der Klimatisierung mit Variabelvolumenstrom-Klimasystemen führt
G.S. Presser folgendes aus: "Viele Büro- und Geschäftsgebäude werden heute neu ausgerüstet
bzw. nachgerüstet mit WS-Systemen (Variabler Volumenstrom).
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Bei vielen dieser Systeme basiert die minmale Außenluftrate auf einem
Prozentsatz der maximalen Luftmenge. Wenn das VVS-System seinen Volumenstrom entsprechend
den Anforderungen reduziert, ändert sich meist nicht die Zahl der anwesenden Personen,
jedoch wird der Außen luftstrom progressiv reduziert.
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Dies führt zu regelmäßigen Klagen der Raumbenutzer bei Systemen, wo
die Außenluft ohne CO2-Kontrolle drastisch reduziert wird." Von Dr. Weiss wurde
ermittelt, daß die Krankheitsrate in neueren Bürogebäuden größer ist als in älteren.
Dies ist mit Sicherheit insbesondere auf den höheren Schadstoffanteil zurückzu führen,
der in der Raum luft neurer Bürogebäude enthalten ist, die mit niedrigen Zuluftmengen
klimatisiert werden. In die gleiche Richtung zeigen außerdem die Feststellungen
von Dr.
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Weiss , daß sich die Büroinsassen in älteren klimatisierten Bürogebäuden
(ca. 44 %) wohler fühlten als in neuren (ca. 25 %).
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Im Zuge von Energiesparmaßnahmen durchgeführte Reduzierung der Zuluftmenge
bei modernen Verwaltungsgebäuden bestätigten die oben beschriebenen Nachteile der
Klimatisierung in vollem Umfange. So waren die Büroinsassen bei einem größeren Verwaltungsgebäude
mit der Klimatisierung sehr zufrieden. Als der Zuluftwechsel aus Gründen der Energiekostenreduzierung
auf unter 4-fach pro Stunde vermindert wurde, klagten die Büroinsassen in vermehrtem
Maße über Abgeschlagenheit und schlechte Raumluftverhältnisse. Eine einwandfreie
und schadstoffarme Innenluftqualität läßt sich demnach nur mit einer ausreichenden
Zuluftmenge realisieren.
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Der Zuluftwechsel muß mindestens 4fach pro Stunde betragen, wenn der
Schadstoffgehalt der Raumluft nicht zu stark ansteigen soll.
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Das Variabelvolumenstrom-Klimasystem besitzt jedoch noch weitere sehr
gravierende Nachteile: - Ungenügende Raumluftdurchspülung und zu geringe Raumluft
schwindigkeit, (Lüftungseffekt bei dem Betrieb mit reduzierter Zuluftmenge. Die
aus wärmephysiologischen Gründen erforderliche Wärmeabgabe der Raum insassen ist
sehr stark eingeschränkt. Die Rauminsassen fühlen sich unbehaglich, obwohl die Raumklimawerte
gemäß DIN 1946 eingehalten werden.
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- HcherStaub- und Schadstoffgehalt der Raumluft - Unterschiedliche
Schadstoffkonzentration durch ungenügende Raumluftdurchspülung mit Außenluft.
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- Aufwendige Differenzdruckregelung in Verbindung mit den Volumenstrom-Regelgeräten
auf der Abluftseite.
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Hoher Vordruck (ca. 40 % des Gesamtdruckes) für den einwandfreien
Betrieb mit reduzierten Zuluftmengen. Die mögliche Einsparung an Antriebsleistung
für die Ventilatormotore wird hierdurch stark vermindert.
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- Aufwendige und sehr teure Zuluftauslässe mit Stellmotoren für die
Einhaltung einer konstanten Zuluft ausblasgeschwindigkeit.
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- Zugerscheinungen durch Kaltluftabfall bei reduzierter Zuluftmenge
und kalter Zuluft.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Büroräume mit konstanten Zuluftmengen,
unter Verwendung des Variabelvolumenstromprinzips, bei einem Mindestzuluftwchsel
von 4fach pro Stunde zu klimatisieren.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß spezielle Volumen stromregelgeräte
mit zwei lufttecnnischen Zentralgeräten verbunden sind, die die Volumenstromgerate
mit Außenluft (Primärluft) und Umluft (Sekundärluft) versorgen, wobei das Verhältnis
zwischen der Außenluftmenge und der Umluftmenge von der Raumkühilast bestimmt wird.
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Aufbau Die Klimaanlage besteht aus einer Primärluftklimazentrale (1)
und einer Sekundärluftzentrale (2) und ist über die Primärluftverteilleistung (3)
und die Sekundärluftverteilung (4) mit den Volumenstromregelgeräten (5) lufttechnisch
verbunden. Das Volumenstromregelgerät (5) besteht aus einem ejektorförmigen Schalldämpfer
(6), einer Sekundärluftausblasdüse (7), einem Volumenregler (8) und einem Stellmotor
(9). Der Stellmotor (9) ist an dem Volumenstromregler (8) angeschlossen. Der Zuluftauslaß
(10) ist über das Anschlußrohr (11) mit dem ejektorartigen Schalldämpfer (6) verbunden.
Die Sekundärluftdüse (7) ist über das Anschlußrohr (12) an die Sekundärluftverteilung
(4) angeschlossen.
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Der Volumenstromregler (8) ist an dem Gehäuse (13) des Volumenstromreglers
(5) angeflanscht und über die Anschlußleitung (14) mit der Primärluftverteilung
(3) verbunden.
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Die Primärluftklimazentrale (1) besteht aus einem Primärluftventilator
(15) und allen für die zur Klimatisierung erforderlichen Einbauteile.
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Das Sekundärluftgerät (2) besteht aus einem Sekundärluftventilator
(16), einem Luftkühler (17) und einer Luftreinigungseinrichtung (18). Das Sekundärluftgerät
ist über die Anschlußleitungen (19) und (20) mit der Fortluftleitung (21) eines
Abluftgerätes (22) angeschlossen.
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An das Abluftgerät (22) ist eine Abluftrohrleitung (23) angeschlos
sen, die mit Abluftventilen (24) ausgerüstet sind.
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In der Außenluftleitung (25) und den Anschlußleitungen (19) und (20)
sind Luftregelklappen (26), (27) und (28) angeordnet.
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Die Antriebsmotore des Primärluftventilators (15) und des Sekurr därluftventilators
(16) sind mit einem Frequenzumrichter (29) elektrisch verbunden. Der Frequenzumrichter
(29) ist außerdem an eine Druckmeßdose (30) elektrisch angeschlossen, die in die
Primarluftverteilleitung (3) installiert ist.
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Arbeitsweise Bei minimaler Raumkühllast beträgt die Luftleistung des
Sekurr därluftventilators (16) 100 % und die des Primärluftventilators (15) 40 %.
Die Förderleistung bzw. die Drehzahlen der beiden Vantilatoren (15) und (16) wird
durch den Frequenzumrichter (29) be stimmt, der von der Druckmessdose (30) geregelt
wird.
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Die vom Primärluftventilator (15) geförderte Primärluft (31) Strömt
über die Primärluftverteilleitung (3) und Anschlußleitung (14) über den Volumenstromregler
(8) in den Bereich der Sekundärluftdüse (7). Die Primärluft (31) des Volumenstromregelgerätes
(5) wird in Abhängigkeit von der Raumkühllast mit Hilfe des Volumenreglers (8) und
des Stellmotors (9) geregelt, der an ein Raum thermostat angeschlossen ist.
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Die Förderleistung des Sekundärluftventilators (16) ist von der Förderleistung
des Primärluftventilators (15) abhängig. Bei steigender Förderleistung des Primärluftventilators
(15) reduziert sich die Förderleistung des Sekundärluftventilators (16). Die Regelung
der Förderleistung bzw. der Drehzahl erfolgt über den Frequenzumrichter (29).
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Die geförderten Luftmengen teilen sich wie folgt auf: Förderleistung
m3/hm2 15 9 6 Primärluftventilator 100% 60% 40% 0 6 9 Sekundärluftventilator 0%
67% 100% 15 15 15 Zuluftmenge 100% 100% 100% Die vom Sekundärluftventilator (16)
geförderte Sekundärluft (32) gelangt über die Sekundärluftverteilleitung (4) und
die Anschlußleitung (12) zu der Sekundärluftdüse (7). Die Sekundärluft (32) wird
über die Sekundärluftdüse (7) je nach Luftleistung des Sekundärluftventil ators
(16) mit einer Geschwindigkeit bis zu 15 m/s al sgeblasen.
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Die Sekundarluft (32) gelangt hierdurch in den ejektorartigen Schalldämpfer
(6) und vermischt sich mit der Primärluft (31).
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Diese Betriebsweise ermöglicht die Primärluftanlage mit geringem Vordruck
zu betreiben, weil die Induktionswirkung der Sekundärluft (32) im Volumenstromregelgerät
(5) im Bereich der Primärluftausbiasung einen Unterdruck erzeugt.
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Die Sekundärluft (32) und die Primärluft (31) strömt nach der Vermischung
im ejektorartigen Schalldämpfer (6) als Zuluft (33) über den Zuluftauslaß (10) in
den Raum.
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Die Sekundärluft (32) wird im Sekundärluftgerät (2) aufwendig über
die Luftreinigungseinrichtung (18) gefiltert und zum größten Teil von Schadstoffen
befreit.
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Bei Bedarf wird die Sekundärzuluft (32) von dem Luftkühler (17) auf
ca. 20-22 "C abgekühlt. Bei günstigen Witterungsverhältnissen (Außenlufttemperatur
(10-20 "C) saugt das Sekundärluftgerät (2) Außenluft (34) an, reinigt diese und
fördert sie als Sekundärluft (32) zu dem Volumenstromregelgerät (5). Bei niedrigen
und hohen Außenlufttemperaturen wird der Anteil der Außenluft (33) reduziert und
der Umluftanteil (35) erhöht. Die Regelung der verschiedenen Luftmengenverhältnisse
erfolgt in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur über die Luftregelklappen (26),
(27) und (28), die mit Stellmotoren ausgerüstet sind.
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Bei maximaler Raumkühllast und Luft leistung des Primärluftventilators
(15) wird die Förderleistung des Sekundärluftventilators (2) bis auf 0 reduziert.
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Der Abluftventilator (22) fördert ständig eine konstante Abluft (24).
Aus diesem Grunde müssen auf der Abluftseite keine Volumenstromregelgeräte installiert
werden. Die Minderkosten für die entfallenden Volumenstromregelgeräte entsprechen
annähernd den Mehrkosten der Sekundärluftanlage. Wird der Luftkühler der Sekundärluftanlage
(2) so ausgelget, daß er einen Teil der Raumkühllast deckt, dann vermindern sich
die Investitionskosten für die Primärluftanlage (1).
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Sind die zu klimatisierem e n Räume mit öffenbaren Fenstern ausgestattet,
dann kann ci Primärluftan]age (1) bei günstigen Witterungsverhältnissen außer Betrieb
genommen werden. Die
Lufterneuerung läßt sich in diesem Fall mit
der sehr energie sparenden Sekundärluftanlage (2) bewerkstelligen.
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Da die Zuluft (38) bestehend aus Primärluft (31) und Sekundärluft
(32) konstant gehalten wird, ergibt sich eine einwandfreie Raumluftdurchspülung
auch bei niedrigen Primärluftmengen (31). Der Schadstoffgehalt der Raumluft kann
durch die aufwendige Luftreinigung im Sekundärluftgerät (2) niedrig gehalten werden,
auch wenn die Primärluft stark reduziert wurde. Das Sekundärluftgerät (2) kann außerdem
mit weiteren Luftreinigungs- und Luftbehandlungseinrichtungen wie Elektrofilter,
Aktivkohlefilter oder Ionengenerator ausgerüstet werden.
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Zum besseren Ausgleich der Sekundärluft (32) kann in der Anschlußleitung
(12) auch ein Volumenregler (36) installiert sein, der mit dem Volumenregler (8)
regeltechnisch verbunden ist.
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Bei ansteigender Primärluftmenge (31) reduziert der Volumenregler
(36) die Sekundärluftmenge (32) im gleichen Verhältnis. Eine weitere Möglichkeit,
die Zuluftmenge und damit auch die Sekundärluftmenge konstant zu halten, besteht
darin, in die Anschluß leitung (11) einen selbstätig arbeitenden Volumenstromregler
(37) zu installieren.