DE3611709A1 - Lueftungseinrichtung fuer bedarfsorientierten luftaustausch - Google Patents

Description

Ein unkontrollierter Luftaustausch zwischen der Luft in ei­ nem Raum und der Außenluft, wie er nicht nur beim unüberleg­ ten Öffnen von Türen und Fenstern stattfindet, sondern bis­ lang sich auch als "latenter" bzw. "natürlicher" Luftaus­ tausch durch undichte Tür- und Fensterfugen abgespielt hat, führt in der Regel zu einem unerwünschten Verlust der mit der Raumluft fortgeführten Wärme. Aus Gründen der Energie­ einsparung hat man daher Wert auf optimale Abdichtung der Tür- und insbesondere der Fensterfugen gelegt; der "natür­ liche" Luftaustausch wird dadurch unterbrochen oder zumin­ dest gehemmt.

Wasserdampf, der in einem dergestalt abgedichteten Raum von den darin sich aufhaltenden Personen und darüber hinaus von Pflanzen sowie durch Wasserverdunstung, Wasserdampf ausschei­ dende Einrichtungen, Geräte und dergl. produziert wird, läßt die Luftfeuchte im Raum steigen, was sich auf die den Raum einschließenden Bauteile nachteilig auswirkt und das Raum­ klima ungünstig beeinflußt. In dem perfekt abgedichteten Raum muß daher durch Stoßlüftung, d.h. durch eine zeitlich be­ grenzte, gründliche Lüftung mit intensivem Luftaustausch zwischen Innen- und Außenluft, die Luftfeuchte und gegebenen­ falls auch die Lufttemperatur wieder normalisiert werden. Diese Art der Lüftung kann aber Ursache einer ungünstigen Energiebilanz sein, weil Gradmesser für den Lüftungseffekt in der Regel das subjektive Empfinden der die Lüftung vor­ nehmenden Person ist, welches oft zu einer unnötig langen Lüftungsdauer mit entsprechendem Wärmeverlust tendiert.

Es ist bekannt, Fenster, gegebenenfalls auch Türen, mit Lüf­ tungsklappen, Lüftungsgittern oder dergl. zu versehen, die von Hand verstellbar sind, um eine Verbindung mit veränder­ barem Querschnitt zwischen Innen- und Außenluft herzustellen. Mit diesen von Hand zu bedienenden Mitteln läßt sich ein kontinuierlicher Austausch der Luft in einem Raum mit der Außenluft bewerkstelligen. Auch hier besteht aber die Ge­ fahr einer ungünstigen Energiebilanz, weil Gradmesser für die den Lüftungseffekt bedingende Bedienung der Lüftungs­ klappen u.ä. auch jetzt das subjektive Empfinden der Bedie­ nungsperson ist und weil überdies mit einer theoretisch not­ wendigen dauernden Beobachtung des Lüftungserfolgs in der Regel nicht zu rechnen ist.

Es ist ferner auch bekannt, Lüftungsklappen und dergl. durch mechanische Stellglieder, die motorisch, also unter Zufuhr von Hilfsenergie, betrieben werden, zu betätigen. Hier be­ steht die Möglichkeit, die Stellmotoren durch Sensoren für Lufttemperatur und/oder Luftfeuchte zu schalten und so eine objektive, optimale Lüftungsregelung durchzuführen. Diese Art der automatischen Lüftungsregelung mit Zufuhr von Hilfs­ energie ist indessen apparativ sehr aufwendig und mit trag­ baren Kosten in bestehende Gebäude in der Regel nicht nach­ träglich einzuführen.

Die Erfindung geht aus von einer Lüftungseinrichtung für bedarfs­ orientierten Austausch (Luftwechsel) der Luft in einem Raum (Raumluft, Innenluft) mit der Außenluft.

Ihr liegt die Auf­ gabe zugrunde, eine Lüftungseinrichtung zu realisieren, die eine objektive, optimale Lüftungsregelung mit einfachen Mit­ teln und ohne Zufuhr von Hilfsenergie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Lüftungs­ element in Form eines aus einem Hohlzylinder mit achsparal­ lelen Ausschnitten, der innerhalb eines koaxialen Gehäuses mit Öffnungen (Lüftungsschlitzen) für die Raum- und die Aus­ senluft drehbar gelagert ist, gebildeten Walzenventils, durch welches eine Verbindung zwischen Innen- und Außenluft mit nach einer vorgegebenen Beziehung, abhängig von Werten der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchte veränderbarem Querschnitt ohne Zufuhr von Hilfsenergie dergestalt herbei­ geführt wird, daß durch auf diese Werte reagierende Sensoren mechanisch der Hohlzylinder in dem koaxialen Gehäuse so ge­ dreht wird, daß die sich deckenden Teile der achsparallelen Ausschnitte und der Lüftungschlitze eine freie Öffnung mit dem jeweils erforderlichen Querschnitt bilden.

Die Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung ist zur getrenn­ ten wie zur simultanen Regelung von Lufttemperatur und Luft­ feuchte in einem Raum gedacht und gleich gut geeignet.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der durch eine Kombination von Walzenventilen die Größe des Öffnungsquerschnitts abhängig von der Temperatur und der Feuchte der Innen- und/oder der Außenluft dergestalt gere­ gelt wird, daß die Taupunktstemperatur der Innenluft stets niedriger ist als die niedrigste Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen. Dadurch läßt sich die sonst zur Kondenswasser- und bis zur Schimmelbildung an den den Raum einschließenden Bauteilen führende, besonders kritische Situation beherrschen, die auftritt, wenn der Tau­ punkt der feuchten Innenluft unterschritten wird.

Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachstehend in Form eines Ausführungsbei­ spiels anhand der Fig. 1a bis 1c und 2a bis 2c beschrie­ ben. Von diesen zeigen

die Fig. 1a einen senkrechten Längsschnitt,

die Fig. 1b einen waagrechten Längsschnitt,

die Fig. 1c eine Aufsicht einer erfindungsgemäßen Lüftungseinrichtung;

die Fig. 2a einen Querschnitt durch die Lüftungsein­ richtung mit einem auf die Lufttemperatur reagierenden Sensor,

die Fig. 2b einen Querschnitt durch die Lüftungsein­ richtung, insbesondere durch ein Walzen­ ventil,

die Fig. 2c einen Querschnitt durch die Lüftungseinrichtung auf der Stellseite eines zur Regulierung der Luftfeuchte dienenden Walzenventils.

Die dargestellte Lüftungseinrichtung umfaßt zwei Walzenven­ tile, 5 a bzw. 5 b, die in einem gemeinsamen Gehäuse 3 um ihre voneinander getrennten Achsen, 14 a bzw. 14 b, drehbar ange­ angeordnet sind. Jedes Walzenventil besteht im wesentlichen aus einem Hohlzylinder, 1 a bzw. 1 b, mit achsparallelen Aus­ schnitten 2 i und 2 a, der in einer koaxialen Kammer, 31 bzw. 32, des Gehäuses 3 untergebracht ist. Die Kammern für die Unterbringung der Hohlzylinder sind mit Ausschnitten, Lüf­ tungsschlitzen, 4 i bzw. 4 a, versehen, die sich zu dem zu lüftenden Raum bzw. zur Außenluft öffnen.

Das Gehäuse 3 bildet ein Bauteil, welches in Fensterrahmen oder andere Fassadenbereiche einzubauen ist.

Das der Temperaturregulierung dienende Walzenventil 5 a wird durch die kraftschlüssig damit verbundene Spiralfeder 11 aus Bi- Metall nach dem Prinzip eines Metallthermometers abhängig von der Temperatur der Luft betätigt, die durch die Lüftungs­ schlitze 4 i und 4 a sowie durch die Zylinderausschnitte 2 i und 2 a, die dem Walzenventil 5 a zugeordnet sind, streicht. Die Intensität des Luftwechsels zwischen Innenraum und Außen­ luft hängt von dem Querschnitt der freien Öffnung ab, die für die durchstreichende Luft durch das Walzenventil 5 a freigegeben wird; sie ist über die Bimetallfeder 11 von der Lufttemperatur abhängig und durch die sich deckenden Teile der achsparallelen Ausschnitte 2 i und 2 a des Hohlzylinders 1 a und der Lüftungsschlitze 4 i und 4 a, die dem Walzenventil 5 a zugeord­ net sind, bestimmt.

Die Spiralfeder 11 liefert sowohl die Stell- als auch die Rückstellkraft für das Walzenventil 5 a. Außer der gezeigten Spiralfeder aus Bi-Metall kommen im Rahmen der Erfindung als temperaturabhängige Regulierelemente auch andere Temperatur­ federn und Bimetalle sowie hydraulisch arbeitende Temperatur­ sensoren mit Flüssigkeits-, Gel- oder Wachsfüllung in Be­ tracht. Je nach den örtlichen Verhältnissen ist das Walzen­ ventil 5 a gegen Sonneneinstrahlung und andere nicht unmittel­ bar von der Lufttemperatur abhängige Wärmeeinflüsse, die seine Funktion verfälschen würden, zu schützen.

Zur Regulierung der Luftfeuchte in dem zu lüftenden Raum ist das Walzenventil 5 b bestimmt, welches durch das Regulierele­ ment 12 als feuchtigkeitsempfindlichen Sensor betätigt wird. Hierfür kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere Fasern oder äquivalente Gebilde in Betracht, die aus Natur- oder Kunsthaar bzw. aus natürlichen oder synthetischen Spinnstoffen beste­ hen und/oder mit Beschichtungen versehen sind und die insge­ samt hygrophil, desorptions- bzw. absorptionsfähig und lang­ zeitig reversibel sind. In den Fig. 1c und 2c ist ein sol­ cher Sensor als sich mehrfach über die Länge des Gehäuses 3 erstreckende Faser 12 dargestellt.

Das freie Ende der Faser 12 ist mit einer Feder 15, die der Faser eine dauernde Vorspannung erteilt, am Gehäuse 3 einge­ hängt. Über Umlenkrollen 16 ist die Faser 12 sodann mehrmals längs des Gehäuses 3 geführt, um eine vielfache Längenände­ rung bei Änderung der Luftfeuchte zu erhalten. Schließlich ist die Faser 12 an einem mit der Achse 14 b des Walzenven­ tils 5 b verbundenen Wickelrad 17 verbunden. Die feuchtig­ keitsabhängigen Längenänderungen der Faser 12 bewirken ent­ sprechende Drehungen des Walzenventils 5 b; dabei liefert die Faser 12 die Stellkraft, während die erforderliche Rückstell­ kraft durch eine mit dem Wickelrad 17 verbundene Spiralfeder 13 oder durch ein, hier nicht dargestelltes, gegenläufiges Regulierelement eingeleitet wird. Bei der Anbringung der Lüftungseinrichtung ist darauf zu achten, daß der Feuchtig­ keitssensor so plaziert wird, daß er einer konvektiven Strö­ mung der Raumluft ausgesetzt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung der als Bestand­ teile eines Ausführungsbeispiels besprochenen Walzenventile beschränkt. In den Umfang des Erfindungsgedankens fallen vielmehr auch alle Lüftungselemente, die dem Walzenventil funktionell, d.h. hinsichtlich der Veränderbarkeit des Quer­ schnitts einer Lüftungsverbindung, äquivalent sind. Dabei ist auch eine andere, durch die Eigenart des betreffenden Lüftungselements bedingte mechanische, durch Sensoren für Lufttemperatur und/oder Luftfeuchte ausgelöste Betätigung als Aquivalent der Drehbewegung beim Walzenventil anzusehen. Als Lüftungselemente solcher Art kommen insbesondere beweg­ liche Schieber-, Klappen- oder Gitterelemente und als Betä­ tigungsarten insbesondere Schwenken und/oder Verschieben in Betracht.

Beim Einsatz der Lüftungseinrichtung zur simultanen Regulie­ rung von Lufttemperatur und -feuchte in einem zu lüftenden Raum sind folgende Fälle in Betracht zu ziehen, aus denen sich die der Lüftungseinrichtung vorzugebende Beziehung er­ gibt, nach welcher die Verbindung zwischen Innen- und Außen­ luft zu regulieren ist:

1. Winterfall

Im Winter herrschen niedrige Außentemperaturen und hohe re­ lative Luftfeuchtigkeiten. Der absolute Wassergehalt, d.h. die Wassermenge je m³ Luft, ist dagegen sehr klein. Daher kann die auf Raumtemperatur erwärmte Außenluft sehr viel Wasser aufnehmen. Zum Abführen der im Raum produzierten Feuchtigkeit genügt daher ein geringer Luftaustausch. Bei niedrigen Außenlufttemperaturen bleibt daher das Walzenven­ til 5 a geschlossen, und das Walzenventil 5 b öffnet nur bei Feuchteproduktion im Raum. Bei voreingestellter relativer Grenzfeuchte im Raum, z.B. bei 50%, schließt das Walzenven­ til 5 b vollständig, während es bei relativen Feuchten von z.B. über 80% vollständig öffnet. Der Übergang dazwischen ist stetig und reversibel. Ein erhöhter Luftaustausch liegt also nur zu Zeiten hoher innerer Feuchteproduktionen vor, wodurch die Lüftungseinrichtung mit dem Walzenventil 5 b als Bedarfslüftung funktioniert und somit energiesparend wirkt.

2. Übergangsjahreszeit

In der Übergangsjahreszeit herrschen hohe relative Feuchten bei milden Temperaturen. Der absolute Feuchtegehalt der Außen­ luft ist sehr groß. Die in den Raum wechselnde Außenluft kann daher nur wenig Wasserdampf aufnehmen. Bei konstanter Feuchteproduktion ist somit in der Übergangszeit ein größe­ rer Luftaustausch vorzunehmen als in der Winterzeit. Wegen der relativ hohen Außenlufttemperatur wirkt sich dies jedoch nicht stark auf den Wärmeverbrauch und mögliche verminderte Energieeinsparung aus.

Bei optimaler Auslegung des Walzenventils 5 b reicht der Luft­ austausch über dieses Element alleine nicht mehr zum Abbau der Feuchtigkeit im Raum aus. Daher wird mit ansteigenden Außenlufttemperaturen das Walzenventil 5 a selbsttätig geöff­ net. Der erforderliche Luftaustausch ist somit freigegeben. Die Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich jetzt als Einrichtung zur Grund- und Bedarfslüftung aus.

3. Sommerfall

Bei hohen Außenlufttemperaturen ist das Walzenventil 5 a voll­ ständig geöffnet. Das Walzenventil 5 b unterstützt den Luft­ austausch nur bei hohen inneren Feuchtebelastungen. Durch den erhöhten Grundlüftungsstrom werden Überhitzungseffekte bei starker Sonneneinstrahlung vermindert, wodurch die Lüf­ tungseinrichtung gemäß der Erfindung zu einem behaglicheren Raumklima führt.

Beispiele für den Einsatz der Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung:

Schlafzimmer:
Innenlufttemperatur:16°C mittlere Feuchteproduktion:60 g/h erforderl. Luftaustausch
  Winter (-10°C):10 m³/h
(nur Ventil 5 b)   Übergangszeit (+10°C):14 m³/h
(Ventile 5 b + 5 a)

Küche:
Innenlufttemperatur:20°C mittlere Feuchteproduktion:100 g/h erforderl. Luftaustausch
  Winter (-10°C):12 m³/h
(nur Ventil 5 b)   Übergangszeit (+10°C):15 m³/h
(Ventile 5 b + 5 a)

Claims (10)

1. Lüftungseinrichtung für bedarfsorientierten Austausch (Luft­ wechsel) der Luft in einem Raum (Raumluft, Innenluft) mit der Außenluft, gekennzeichnet durch ein Lüftungselement in Form eines aus einem Hohlzylinder (1 a, 1 b) mit achsparallelen Ausschnitten (2 i, 2 a), der innerhalb eines koaxialen Gehäuses (3) mit Öff­ nungen (Lüftungsschlitzen, 4 i, 4 a) für die Raum- und die Aus­ senluft drehbar gelagert ist, gebildeten Walzenventils (5 a, 5 b), durch welches eine Verbindung zwischen Innen- und Außen­ luft mit nach einer vorgegebenen Beziehung, abhängig von Werten der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchte veränder­ barem Querschnitt ohne Zufuhr von Hilfsenergie dergestalt herbeigeführt wird, daß durch auf diese Werte reagierende Sensoren (11, 12) mechanisch der Hohlzylinder (1 a, 1 b) in dem koaxialen Gehäuse (3) so gedreht wird, daß die sich dek­ kenden Teile der achsparallelen Ausschnitte (2 i, 2 a) und der Lüftungsschlitze (4 i, 4 a) eine freie Öffnung mit dem jeweils erforderlichen Querschnitt bilden.

2. Lüftungseinrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Walzenventil (5 a), durch welches bei Temperaturänderungen der Innen- oder der Außenluft der Querschnitt je nach Anforderung vergrößert oder verkleinert wird.

3. Lüftungseinrichtung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch ein Walzenventil (5 b), durch welches bei Feuchtigkeitsänderungen der Innen- oder der Außenluft der Querschnitt je nach Anforderung vergrößert oder verklei­ nert wird.

4. Lüftungseinrichtung nach jedem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kombination von Walzenventilen (5 a, 5 b), durch die abhängig von der Temperatur und der re­ lativen Feuchte der Innen- und/oder der Außenluft die Größe des Querschnitts dergestalt geregelt wird, daß die Taupunkts­ temperatur der Innenluft stets niedriger ist als die niedrig­ ste Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen.

5. Lüftungseinrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderbarkeit des Quer­ schnitts einer Änderung der Luftwechselrate zwischen 0 und 40 h^-1, vorzugsweise jedoch zwischen 0,3 und 3 entspricht.

6. Walzenventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (5 a) durch eine Bimetallspirale (Spiralthermometer, 11) relativ zu dem ko­ axialen Gehäuse (3) verdrehbar ist.

7. Walzenventil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (5 b) durch die Einwirkung eines seine Länge abhängig von der Luftfeuchtig­ keit ändernden Bauteils (12) verdrehbar und durch eine Spi­ ralfeder (13) rückstellbar ist.

8. Lüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Walzenventilen funktionell äquiva­ lente bewegliche Schiebeelemente.

9. Lüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Walzenventilen funktionell äquiva­ lente Klappenelemente.

10. Lüftungseinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Walzenventilen funktionell äquiva­ lente Gitterelemente.