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Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für einen Raum sowie einen Raum oder ein Gebäude mit einer entsprechenden Klimatisierungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Klimatisierungseinrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Um in einem Raum eine für in dem Raum befindliche Person angenehme Temperatur einzustellen, ist es bekannt, dem Raum eine Klimatisierungseinrichtung zuzuordnen, welche je nach Bedarf in dem Raum befindliche Luft kühlt oder erwärmt. Üblicherweise weisen Klimatisierungseinrichtungen dazu eine Verbindung zur Umgebungsluft des Raumes auf, durch welche entweder Luft in den Raum eingebracht oder herausgeleitet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie auf eine Verbindung zur Umgebung des Raumes verzichten kann. Auch bei einer Installation direkt im Raum können insbesondere Luftleitungen, die nach außen führen, vermieden werden, und dennoch ein für die Benutzer angenehmes Raumklima energiesparend eingestellt werden. Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Klimatisierungseinrichtung ein Umluftkühlgerät aufweist, das in einer Decke des Raumes montierbar/montiert ist und ein Gehäuse mit wenigstens einem dem Raum zugewandten Lufteinlass und mit wenigstens einem dem Raum zugewandten Luftauslass aufweist, wobei in dem Gehäuse zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass eine Wärmespeichereinrichtung im Strömungsweg und der Luft liegt. Die Klimatisierungseinrichtung weist somit einen Wärmespeicher auf, der Wärme aufnehmen und abgeben kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, tagsüber den Wärmespeicher aufzuladen, indem die Warmluft durch den Lufteinlass dem Wärmespeicher zugeführt wird, dort Wärme abgibt und diesen auflädt, um anschließend durch den Luftauslass abgekühlt in den Raum zurückzugelangen. In der Nacht, wenn die Umgebungstemperaturen gefallen sind, kann der Wärmespeicher Wärmeenergie an die durch den Lufteinlass einströmende Luft abgeben, sodass diese aufgewärmt in den Raum durch den Luftauslass zurückströmt. Dadurch wird eine Klimatisierungseinrichtung geboten, die zwar nicht die Variabilität üblicher Klimatisierungssystem aufweist, jedoch je nach Region und Jahreszeit eine ausreichende Kühlleistung für in dem Raum befindliche Personen gewährleistet, insbesondere ohne dass hohe Kosten anfallen, weder für den Betrieb noch für die Montage des Umluftkühlgeräts.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Strömungsweg wenigstens eine Lüftereinrichtung angeordnet ist. Die Lüftereinrichtung stellt ein Mittel zum Einstellen eines Luftstroms durch das Umluftkühlgerät dar. Bei Aktivierung der Lüftereinrichtung wird ein Luftstrom erzeugt, durch welchen beispielsweise Luft aus dem Raum durch den Lufteinlass angesaugt und in den Raum durch den Luftauslass eingebracht werden kann. Durch ein Ansteuern der Lüftereinrichtung kann der Betrieb des Umluftkühlgeräts auf einfache Art und Weise gesteuert werden.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Wärmespeichereinrichtung ein Phasenwechselmaterial aufweist. Insbesondere handelt es sich bei dem Phasenwechselmaterial um Paraffin, Salzhydrat, Zuckeralkohol oder Salze. Das Phasenwechselmaterial, das auch als Latentwärmespeicher bezeichnet wird, ändert seine Phase mit Temperaturzunahme oder -abnahme beziehungsweise gibt bei einem Phasenübergang Wärme ab oder nimmt diese auf. Damit eignet sich der Latentwärmespeicher gut für das Umluftkühlgerät, der keine Anbindung nach außen benötigen.
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Vorzugsweise weist die Wärmespeichereinrichtung mehrere parallel und beabstandet zueinander angeordnete Platten mit Phasenwechselmaterial auf.
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Das Phasenwechselmaterial ist insbesondere innerhalb der Platten gehalten, wobei die Platten einen ausreichend großen Hohlraum aufweisen, der phasenwechselbedingte Volumenänderungen des Phasenwechselmaterials zulässt. Durch das Vorsehen mehrerer parallel nebeneinander angeordneter Platten mit dem Phasenwechselmaterial wird eine große Oberfläche für den Luftstrom geboten, sodass die Klimatisierungseinrichtung mit hoher Effizienz arbeitet.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Platten im verbauten Zustand vertikal beziehungsweise senkrecht zu dem Querschnitt der Lufteinlassöffnung ausgerichtet sind, sodass die durch den Lufteinlass in das Umluftkühlgerät einströmende Luft die Platten beiderseits optimal ohne besondere Strömungsverlust umströmt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Platten in einer dem Lufteinlass zugeordneten Kammer angeordnet sind. In der Kammer wird der Luftstrom von dem Lufteinlass durch die Platten geleitet. Die Kammer weist insbesondere eine dem Lufteinlass gegenüberliegende Öffnung auf, durch welche Luft aus der Kammer ausströmen kann, nachdem sie Wärme an die Platten abgegeben oder von diesen aufgenommen hat.
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Vorzugsweise weist die Kammer einen viereckigen Querschnitt auf, wobei jeder Seite der Kammer insbesondere außen ein zu einem Luftauslass führender Luftauslasspfad zugeordnet ist. Dadurch wird ein Umluftkühlgerät bereitgestellt, das einen mittigen Lufteinlass aufweist, der von zumindest vier Luftauslässen an vier unterschiedlichen Seiten umgeben ist. Dadurch wird eine besonders kompakte Klimatisierungseinrichtung bereitgestellt, die gut in eine Decke, insbesondere in eine Zwischendecke, eines Raums integriert werden kann.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kammer wenigstens ein Raumzuluftanschluss und ein Raumabluftanschluss für ein Gebäudelüftungssystem zugeordnet sind. Durch den Raumzuluftanschluss und den Raumabluftanschluss kann nunmehr auch ein Luftaustausch zwischen dem Raum und der Umgebung des Raumes vollzogen werden. Dadurch kann das Umluftkühlgerät insbesondere an ein gebäudeseitiges Lüftungsnetz mit Zuluft- und Abluftleitungen angeschlossen werden, wodurch die Variabilität der Kühlleistung weiter erhöht werden kann. Alternativ weist das Umluftkühlgerät eine sich an die Kammer anschließende weitere Kammer auf, in welcher ein Wärmetauscher und/oder Peltier-Elemente angeordnet sind, sodass ein Luftaustausch mit der Außenluft in der weiteren Kammer erfolgt, wobei in der weiteren Kammer außerdem eine weitergehende Wärmespeicherung und/oder Nutzung vollzogen werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass wenigstens eine betätigbare Klappe zum Einstellen eines Luftstroms vorgesehen ist. Die Klappe ist insbesondere einem Raumzuluftstrom oder -pfad und/oder einem Raumabluftstrompfad zugeordnet, um den Betrieb des Umluftkühlgeräts bei Bedarf einzustellen.
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Der erfindungsgemäße Raum mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
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1 eine Klimatisierungseinrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
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2 die in eine Decke eines Raumes installierte Klimatisierungseinrichtung,
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3 einen Betrieb der Klimatisierungseinrichtung und
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4 eine Weiterbildung der Klimatisierungseinrichtung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Klimatisierungseinrichtung 1, die als Umluftkühlgerät 2 ausgebildet ist. Das Umluftkühlgerät 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt aufweist und an einer Seite mit einer Auskragung 4 versehen ist, die in ihrer Ausformung und Art insbesondere einer üblichen Deckenpaneele entspricht, sodass das Umluftkühlgerät 2 anstelle einer Paneele in eine Decke oder Zwischendecke eines Raums einsetzbar ist.
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2 zeigt dazu in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen Raum 5, der Seitenwände 6, einen Boden 7, sowie eine Decke 8 aufweist. Die Decke 8 ist dabei mit einer Zwischendecke 9 versehen, die eine Aussparung 10 aufweist. In diese Aussparung ist das Umluftkühlgerät 2 derart eingesetzt, dass die Auskragung an der Zwischendecke raumseitig anliegt. Der Raum weist weiterhin ein öffenbares Fenster 11 auf, auf das später näher eingegangen werden soll.
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Das Umluftkühlgerät 2 weist, wie in 1 und 2 ersichtlich, auf der dem Raum 5 zugewandten Seite eine mittige Lufteinlassöffnung 12 auf, der an vier Seiten jeweils ein Luftauslass 13 benachbart zugeordnet ist. Der Lufteinlass ist mit einem Gitter bedeckt, und in den Luftauslässen 3 erstrecken sich Luftleitelemente 14, die die ausströmende Luft insbesondere seitlich in den Raum 5 einleiten, wie durch Pfeile angedeutet, die in 2 den Luftstrom in dem Raum 5 und in dem Umluftkühlgerät 2 zeigen.
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In dem Gehäuse 3 des Umluftkühlgeräts 2 ist weiterhin eine Wärmespeichereinrichtung 15 vorgesehen, die eine Vielzahl von parallel und beabstandet zueinander angeordnete Platten 16 aufweist. In den Platten 16 ist jeweils ein Phasenwechselmaterial, insbesondere Salzhydrat, vorgesehen, sodass die Platten 16 jeweils einen Latentwärmespeicher bilden. Dadurch, dass die Platten 16 beabstandet zueinander angeordnet sind, kann Luft, die durch den Lufteinlass 12 in das Gehäuse 3 eindringt, zwischen den Platten 16 hindurchströmen. Dabei sind die Platten in einer Kamme 17 in dem Gehäuse 3 angeordnet, sodass die Luft gezielt durch die Platten 16 beziehungsweise durch den Latentwärmespeicher/die Wärmespeichereinrichtung 15 geführt wird. An den dem Einlass 12 gegenüberliegenden Ende der Platten 16 wird die Luft in Luftauslasspfade 18 gelenkt, die zu den Luftauslässen 13 führen. Dabei ist dem Gehäuse 3 in dem Luftstrom eine Lüftereinrichtung 19 vorgesehen, mittels welcher der Luftstrom durch das Umluftkühlgerät 3 aktiv bewegt werden kann.
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3 zeigt in einem Diagramm über die Zeit t aufgetragen den Betrieb des Umluftkühlgeräts 2. Eine erste Linie L zeigt dabei die Kühlleistung des Umluftkühlgeräts 2 an, eine zweite Linie TA die Außentemperatur der den Raum 5 umgebenden Umgebung, eine Linie T5 die Temperatur in dem Raum 5, und eine Linie B den Betriebszustand, insbesondere den Beladungszustand beziehungsweise die Latentwärmespeicherkapazität des Umluftkühlgeräts 2. Selbstverständlich sind die hier dargestellten Werte lediglich beispielhaft zu verstehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt die Außentemperatur ab einem Zeitpunkt t1 zu, zu welchem die Kühlleistung L ihren maximalen Wert aufweist. Mit zunehmender Außentemperatur TA steigt letztendlich auch die Temperatur T5 in dem Raum 5. Die warme Luft strömt dabei, wie in 2 gezeigt, nach oben und gelangt in den Lufteinlass 2 und damit in das Umluftkühlgerät 2. Dort gibt die warme Luft ihre Wärme an den Latentwärmespeicher ab und verlässt abgekühlt das Umluftkühlgerät 2 durch die Luftauslässe 13, sodass die Raumtemperatur zumindest eine Weile noch gehalten werden kann. Beim Durchströmen der Platten 16, insbesondere beim turbulenten Durchströmen, gibt die Luft, die insbesondere mittels des Lüfters 19 durch den Lufteinlass 12 angesaugt wurde, ihre Wärmeenergie an das Phasenwechselmaterial ab, wodurch sie gekühlt wird.
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Durch die Wärmeaufnahme in der Wärmespeichereinrichtung 15 wird eine enthalpie-thermodynamische Zustandsänderung hervorgerufen, beispielsweise ein Phasenwechsel von fest zu flüssig. Die in den Raum 5 zurückgeführte Luft kann nun wieder Wärme aufnehmen. Die Linie B zeigt dabei an, dass die Kapazität zur Aufnahme weiterer Wärme des Phasenwechselmaterials mit der Zeit abnimmt, sodass auch die Kühlleistung L mit der Zeit bis zu einem Zeitpunkt t2 abnimmt, indem die maximale Kapazität des Phasenwechselmaterials erreicht wurde und keine Kühlleistung mehr zur Verfügung steht. Mit der abnehmenden Kühlleistung und der weiter ansteigenden Außentemperatur TA beginnt auch die Temperatur T5 in dem Raum ab einem Zeitpunkt tx, der von der Außentemperatur, der Raumtemperatur und der Kühlleistung des Umluftkühlgeräts 2 abhängig ist, zu steigen. Erst wenn die Außentemperatur TA zu dem Zeitpunkt t2 wieder abnimmt, kann auch die Temperatur T5 in dem Raum 5 reduziert werden. Dabei wird mit abnehmender Außentemperatur das Phasenwechselmaterial beziehungsweise die Wärmespeichereinrichtung 15 wieder entladen, indem nun kühlere Luft an den Platten 16 vorbeiströmt, die Wärme aufnimmt und in den Raum 5 zurückführt. Dadurch wird der Ladezustand des Wärmeenergiespeichers 15 mit der Zeit wieder verringert, insbesondere bis zu einem Zeitpunkt t3, zu welchem die Kühlleistung dann wieder ihren maximalen Wert erreicht hat und die Raumtemperatur insbesondere der Umgebungstemperatur entspricht.
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Wird insbesondere ab dem Zeitpunkt t2 außerdem das Fenster 11 geöffnet, gelangen zusätzliche Luftströme in den Raum 5, wodurch kühle Außenluft in den Raum 5 einströmt und sich mit der dort befindlichen, gegebenenfalls wärmeren Luft vermischt. Beim turbulenten Durchströmen der Wärmespeichereinrichtung 15 nimmt die Mischluft die Wärmeenergie des Phasenwechselmaterials wieder auf, erwärmt sich und wird wieder in den Raum 5 zurückgeführt. Durch die Wärmeabgabe von dem Phasenwechselmaterial an die Mischluft beziehungsweise an die Luft wird eine enthalpie-thermodynamische Zustandsänderung hervorgerufen, diesmal beispielsweise von flüssig zu fest, sodass der Ausgangszustand des Phasenwechselmaterials wieder hergestellt wird. Die erwärmte, dem Raum 5 wieder zugeführte Mischluft kann nun wieder durch die von außen durchströmende Luft vermischt und dadurch gekühlt werden.
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4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Klimatisierungseinrichtung 1, bei welcher vorgesehen ist, dass zusätzlich zu der Wärmespeichereinrichtung 15 in der Kammer 17 Peltier-Elemente 21 in einer weiteren Kammer 20 und/oder zwischen den Kammern 17 und 20 vorgesehen sind. Die Kammer 20 ist dabei mit der Kammer 17 fluidtechnisch verbunden, sodass die Luft von der Kammer 17 in die Kammer 20 strömen kann. Beispielsweise ist in der Kammer 20 auch die zuvor genannte Lüftereinrichtung 19 vorgesehen. Die weitere Kammer 20 ist, wie zuvor beschrieben, mit den Luftauslässen 13 beziehungsweise den Luftauslasspfaden 18 verbunden. Weiterhin ist vorgesehen, dass der weiteren Kammer 20 ein Raumabluftanschluss 22 sowie der Kammer 17, oder alternativ der Kammer 20, ein Raumzuluftanschluss 23 zugeordnet ist, durch welche das Umluftkühlgerät 2 an ein gebäudeseitiges Lüftungsnetz, insbesondere an Zuluft- und Abluftleitungen eines gebäudeseitigen Lüftungsnetzes anschließbar ist. Insbesondere kann dabei durch den Raumabluftanschluss 22 Luft aus dem Raum abgesaugt und in das Lüftungsnetz, wie durch Pfeile 24 angedeutet, eingeleitet werden. Ebenso kann Frischluft von einer zentralen Lüftungsanlage des Gebäudes, dem Umluftkühlgerät 2 zugeführt werden, wie durch einen Pfeil 25 gezeigt, und dieses durch die Luftauslässe 13 verlassen. Dabei kann die Frischluft von der Lüftungsanlage der Kammer 17 und/oder der Kammer 20 zugeführt werden. Auch kann eine Raumzuluftöffnung direkt dem Raum zugeordnet sein, wie durch einen Pfeil 26 angedeutet. Den Luftströmungspfaden, die durch die Pfeile 25 und 26 angedeutet sind, sind dabei weiterhin bevorzugt jeweils einer betätigbaren Klappe 27 beziehungsweise 28 zugeordnet, die die dem Raum oder dem Umluftkühlgerät 2 zugeführte Luft der Lüftungsanlage steuern. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Klappe 27 geöffnet ist, wenn die Wärmespeicher in Richtung 15 entladen werden soll, und geschlossen, wenn sie beladen wird. Die Klappe 28 wird genau entgegengesetzt betätigt, sodass sie geöffnet ist, wenn die Wärmespeichereinrichtung 15 beladen wird, und geschlossen, wenn die Wärmespeichereinrichtung 15 entladen wird.
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Die Ansteuerung des Umluftgeräts 2 erfolgt vorzugsweise ferngesteuert, wobei hierzu beispielsweise eine Applikation auf einem Mobiltelefon oder einem Mobilcomputer genutzt werden kann.
