DE10027620A1

DE10027620A1 - STOA (Spin- Torus- Strahllüftung) Raum-Belüftungssystem für große Konzert- und Veranstaltungsräume

Info

Publication number: DE10027620A1
Application number: DE10027620A
Authority: DE
Inventors: Holger Simon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: DE10027620B4

Abstract

Lüftungssysteme für große Räume mit sich schnell ändernden Wärmelasten führen zu Zugerscheinungen. Zugerscheinungen treten ebenfalls bei thermischem Auf- und Abtrieb wegen Temperaturdifferenzen auf. Bei der Torus-Strahllüftung wird über mehrere Zuluftdüsen Primärluft in den Raum geblasen, mit deren Impuls ein sich drehender Torus mit senkrechter Achse entsteht. Dieser verformt sich aber durch den Coanda-Effekt. Die Verformung bewirkt, dass die Primärluftstrahle den sich drehenden Torus horizontal nach außen verformen - diesen ausbeulen, was zu Zugerscheinungen führt. DOLLAR A Wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Lösung ist, dass die einzelnen Düsen nun in einen warmen und kalten Teilstrahl aufgeteilt und gleichzeitig in vertikaler und horizontaler Richtung divergierend eingestellt werden. Wegen des Coanda-Effekts und dem thermischen Auf- bzw. Abtrieb der Strahle vereinigen diese sich wieder im Torus, treiben ihn dadurch an und geben ihm einen Spin, damit er sich zusätzlich auch in sich dreht - ähnlich einem Möbiusband. Damit wird seine Verformung vermieden und Zugerscheinungen werden unterdrückt.

Description

1. ANLASS

Für den sehr großen Konzertsaal (2500 Besucher) im Festspielhaus Baden-Baden wurde ein von mir hierfür entwickeltes Lüftungssystem die "Torus-Strahllüftung" eingesetzt.

Durch an den Saalwänden angeordnete Zuluftdüsen wird Primärluft horizontal eingeblasen und zwar so, daß ein sekundärer Luftstrom in Form eines Torus mit senkrechter Achse entsteht, der sich im Raum dreht und von den an den Wänden angeordneten Düsen angeregt und in Form gehalten wird (Bild 1). Die Größe des Torus, Drehgeschwindigkeit und Lage wird durch die Stellung der Düsen beeinflußt. Diese Düsen werden durch eine Regel- und Steuerungsanlage automatisch verstellt. Die Vorteile gegenüber konventionellen Lüftungssystemen sind groß, insbe sondere:

1. Zwischen den einzelnen Raumbereichen findet ein Temperaturausgleich statt, der einen partiellen thermischen Auftrieb oder Abfall unterdrückt, und damit Zugerscheinungen vor al lem im Bühnenbereich verhindert.
2. Die Luftströmung im Raum ist unter allen Belastungszuständen, ohne diese kennen zu müs sen, zu kontrollieren und zu stabilisieren.
3. Das System ist besonders geeignet für hohe Räum, bei denen die sekundären durch Ther mik entstehenden Strömungen kaum kontrolliert werden können.

Die Torus-Strahllüftung hat, wie alle lüftungstechnischen Systeme in großen Räumen das Pro blem, dass sowohl die Temperaturdifferenz zwischen eingeblasener Luft und Raumluft wie auch der Luftwechsel selbst begrenzt ist. Eine hohe Temperaturdifferenz ist aber erwünscht, weil die abgeführte Wärmemenge dann auch entsprechend hoch ist und die transportierte Luftmenge reduziert. Wird aber Luft eingeblasen, die in der Temperatur deutlich niederer als die der Raum luft ist, fällt diese kühle Luft (wie ein Stein ähnlich einer Wurfparabel) in den Zuschauer- oder Vorbühnenbereich. Dies geschieht bei der Torus- Strahllüftung nur dann, wenn der einzelne Luft strahl nicht durch den nächsten induziert wird, der ihn umlenkt, wieder beschleunigt und in der Summe mit der Sekundärluft als Torus in Lage und Rotation hält. Bei konventionellen Systemen ist ein derartiger Effekt nicht gegeben und daher bei höheren Temperaturdifferenzen nicht ohne unkontrollierte Luftströmungen einsetzbar. Ein Nachteil diese Systems ist, dass die durch die Dü sen tangential in den Torus eingeblasene Luft durch die Geschwindigkeit des sich drehenden Torus einen Impuls weg von der Torusachse also nach außen erhält, wodurch die äußere Be grenzung des Torus durch jeden Strahl nach außen verzerrt wird und unter Umständen Wände oder die Zuschauerreihen der Ränge wegen des Coanda- Effektes den Torus vom Freistrahl zum Wandstrahl umwandeln, was zu Zugerscheinungen im Zuschauerbereich führt (Bild 2).

2. ZIEL DER ENTWICKLUNG

Durch eine besondere Konstruktion der Zuluftdüsen soll der Luftstrahl so stabilisiert werden, dass auch mit höheren Temperaturdifferenzen und unveränderter Ausblasgeschwindigkeit die erforder liche Wurfweite erreicht wird. Gleichzeitig die Stabilität des Torus selbst verbessert und die Ver zerrung der äußeren Begrenzung verhindert wird.

3. PATENTANSPRUCH

Das Lüftungssystem nach Patentanspruch ist einerseits durch die Zweiteilung der einzelnen Zuluft strahle der Düsen in einen warmen und kalten Strahl gekennzeichnet. Andererseits gekennzeich net durch die Einstellung der beiden Strahle zueinander, indem sie in der horizontalen und in der vertikalen Ebene relativ zueinander in einem Winkel zwischen 10 . . . 20° horizontal und bis 35° vertikal divergieren. Der wärmere Strahl tangiert den Torus an der Unterseite und gelangt zur inneren Begrenzung des Torus, der kältere an der Oberseite zu seiner äußeren Begrenzung. Wegen ihrer unterschiedlichen Temperatur zum Raum und wegen des Coanda-Effektes treffen sich die Strahle nach dem Queren des Torus, also nach Umfassung dessen so, dass sie diesen bei ihrem Zusammentreffen in Drehung versetzen. Der Torus erhält dadurch einen Spin gegen den Uhrzeigersinn ähnlich eines sich mehrfach drehenden Möbiusbandes (Bild 3).

Die Flugbahnen der Strahle lassen sich durch eine empirische Gleichung nach Regenscheit be rechnen.

Der wärmere Strahl wird mit geringerer Luftmenge aber höherer Geschwindigkeit relativ zum kälteren ausgeblasen. Durch diese Maßnahme wird der am Vereinigungspunkt absinkende kälte re Stahl wieder nach oben abgelenkt, was zu einer größeren Wurfweite führt (Diagramm). Der Torus wird wegen der beiden Strahle, die auf den entgegengesetzten Seiten den Torus diesen umfassen, in seiner horizontalen Lage nicht verändert aber erhält einen Spin gegen den Uhrzei gersinn (bei einer von oben gesehenen Drehung des Torus im Uhrzeigersinn).

4. VORTEILE

Die Teilung der beiden divergierend eingestellten Düsen mit separater Temperaturregelung führt gegenüber der ursprünglichen Ausführung zu folgenden Vorteilen:

1. Die horizontale Ausdehnung und Lage bleibt auch bei unterschiedlicher Wärmelast unver ändert, eine Verzerrung an der äußeren Begrenzung wird verhindert, so daß Wände oder Zuschauerreihen der Ränge wegen des Coanda-Effektes den Torus nicht vom Freistrahl zum Wandstrahl umwandeln.
2. Der Torus erhält einen einstellbaren Spin im Uhrzeigersinn, der den Auftrieb der Raumluft (als Abluft) im Zentrum des Torus unterstützt und durch die einstellbare Temperaturdifferenz der beiden Strahle verändert werden kann.
3. Die Torus-Strahllüftung kann so für noch größere Räume und mit höherer spezifischer Wär melast eingesetzt werden.
4. Die Ausblasgeschwindigkeiten können reduziert werden, was akustische Vorteile bringt.

Entwickelt wurde die Torus-Strahllüftung für große insbesondere hohe Räume, an die akustisch und bezüglich Zugfreiheit hohe Anforderungen gestellt werden, nutzungsbedingt in den einzel nen Bereichen unterschiedliche Wärmelasten haben. Dies ist besonders bei Konzert- und Opern sälen der Fall, weil dort:

1. Die Anforderungen aus akustischen Gründen besonders hoch sind.
2. Konventionelle Lüftungssysteme im Vorbühnenbereich einen abfallenden Kaltluftstrom verur sachen, der insbesondere bei hochwertigen Konzerten zu Zugerscheinungen im Bereich der Interpreten führt. Die Vermeidung dieser Zugerscheinungen im Bühnenbereich war ur sprünglich Hauptgrund bei der Entwicklung der Torus-Strahllüftung.
3. Die spezifischen Investitionskosten sind niederer als bei konventionellen Systemen (Strahl- und Quelllüftung).
4. Auf Raumströmungsversuche kann weitgehend verzichtet werden.

Mit der Weiterentwicklung zur Spin-Torus-Strahllüftung wird das Problem der Zugerscheinungen auch im Zuschauerbereich insbesondere im Bereich der Ränge gelöst, weil die Verzerrung des Torus an dessen äußerer Begrenzung, die bei besonderen luft- und Temperaturzuständen entste hen, verhindert wird.

Wie schon ausgeführt, ist diese Art der Luftführung für hohe Räume entwickelt und so ist das Ver hältnis von Höhe zur Breite eines Raumes Entscheidungskriterium für den Einsatz dieses Systems. Die lüftungstechnisch nutzbare Höhe eines Raumes muß mindestens 25% der Raumbreite plus 3 m betragen, da die Ausbildung des Torus als Freistrahl nur dann erfolgt, wenn er nicht wegen des Coanda-Effektes zum Wandstrahl wird, was zu erheblichen Zugerscheinungen führen wür de. Zur Ausbildung des Torus sind mindestens 3 Doppeldüsen notwendig, ohne obere Begren zung (der Düsenanzahl). Die günstigste Anzahl der Düsen ergibt sich aus der Form des Saales.

Claims

Dieses Patent hat keine Ansprüche.