DE10315802A1

DE10315802A1 - Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft

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Publication number: DE10315802A1
Application number: DE10315802A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hoffmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: DE10315802B4

Abstract

Bisher wurden Heizung, Be-/Entlüftung und Klimatisierung von Räumen in Gebäuden als autarke Systeme ausgeführt. Niedrigenergiehäuser und noch mehr Passivhäuser erfordern komplexe Lösungen, um mit sehr wenig Energie ein angenehmes Raumklima bei erforderlichem Luftwechsel zu schaffen. Der notwendige kontinuierliche Luftwechsel kann bei geforderter luftdichter Bauausführung der Gebäudehülle nur mit einer kontrollierten Be- und Entlüftungsanlage realisiert werden. Bei moderner Bauweise sind die Transmissionswärmeverluste entsprechend gering. Die dafür erforderliche Energie wird über das Lüftungssystem mit eingebracht, so dass ein separates, aktives Heizungssystem entfallen kann. Die Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft soll eine Einzelraumregelung für ein angenehmes Raumklima auch ohne Veränderung des Luftvolumenstromes und mit geringem Aufwand die Realisierung unterschiedlicher Projekte für Heizung, Warmwasserbereitung und Kühlung bei wesentlich vereinfachter Montage auf der Baustelle ermöglichen. DOLLAR A In einem Kompaktgerät mit einem geschlossenen Gehäuse (31) mit einem Anschluss (35) für den gesamten temperierten Zuluftstrom werden in Längsrichtung durch eine Trennwand (32) eine Zuluftverteilerkammer (2) für Heizbetrieb und eine Zuluftverteilerkammer (3) für Temperierung/Kühlung gebildet. In der Zuluftverteilerkammer (2) für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher (6) zur Nachheizung angeordnet. Durch mehrere, kontinuierlich steuerbare ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft über eine Einzelraumregelung auch ohne Veränderung des Luftvolumenstromes, die Zuluft von einer Wärmerückgewinnungsanlage erhält und einen Wärmetauscher zur Nachheizung verwendet.

In der Vergangenheit wurden Heizung, Be-/Entlüftung und Klimatisierung von Räumen in Gebäuden als autarke Systeme ausgeführt. Zu diesen Einzelsystemen sind eine Vielzahl von Lösungen bekannt.

Die inzwischen sehr verbreiteten und nach Inkrafttreten der EnEV gesetzlich geforderten Niedrigenergiehäuser und noch mehr die an praktischer Bedeutung gewinnenden Passivhäuser erfordern komplexe Lösungen, um mit sehr wenig Energie ein angenehmes Raumklima bei erforderlichem Luftwechsel zu schaffen. Der notwendige kontinuierliche Luftwechsel kann bei geforderter luftdichter Bauausführung der Gebäudehülle nur mit einer kontrollierten Be- und Entlüftungsanlage realisiert werden. Zweckmäßigerweise stellt diese die Energie zur Deckung des Lüftungswärmebedarfes des Gebäudes zur Verfügung. Sind bei moderner Bauweise die Transmissionswärmeverluste entsprechend gering, wird auch die dafür erforderliche Energie über das Lüftungssystem eingebracht, so daß ein separates, aktives Heizungssystem entfallen kann.

Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung (WRG) und einfachem Nachheizregister sind von verschiedenen Herstellern bekannt. Die Wärmerückgewinnung erfolgt über ein zentrales Zu- und ein ebenfalls zentrales Abluftsystem. Die zentrale Nachheizung wird meist über einen Zentralregler vorgenommen. Das gesamte Haus stellt somit eine thermische Zone dar. Eine Regelung verschiedener Temperaturzonen und erst recht eine Einzelraumregelung ist dabei nicht möglich.

Von mehreren Herstellern werden Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und integrierter Luft-/Luft-Wärmepumpe angeboten. Die Funktion dieser Anlagen ist größtenteils dreistufig:

– Erwärmung der Zuluft durch WRG über einen Wärmetauscher
– Zentrale Erwärmung durch eine Luft-/Luft-Wärmepumpe
– Nachheizung über ein zentrales oder mehrere Einzelheizregister.

Im Außentemperatur-Übergangsbereich und bei von der Planung abweichender Nutzung treten ähnliche Probleme auf wie bei der vorherigen Lösung. Wird eine Einzeiraum-Nachheizung realisiert, treten hohe Kosten und/oder ein großer Aufwand auf.

In der Broschüre „Gestaltungsgrundlagen Passivhäuser" vom Verlag "Das Beispiel GmbH" ist auf Seite 46 eine Prinzipskizze eines Wärmepumpen-Kompaktgerätes als besonders elegante Möglichkeit für die Wärme- und Warmwasserbereitstellung dargestellt und kurz beschrieben. Als Wärmequelle für die Wärmepumpe wird die Fortluft nach dem Luft-Luft-Wärmeübertrager genutzt. Ein kleiner Kompakt-Kompressor aus dem Kühlgerätebereich entzieht der Fortluft Wärme, die der Zuluft zugeführt wird. Die Wärmepumpe wird in das Lüftungsgerät eingebaut. Ihr Verdampfer liegt im Fortluftstrang und ihr Verflüssiger im Zuluftstrang strömungsseitig hinter dem Plattenwärmeübertrager. Als Option kann zusätzlich eine Wärmebereitstellung für das Wärmepumpen-Kompaktgerät mit einem Warmwasserspeicher durch eine Solaranlage erfolgen. Diese Lösung erfordert an jeder Schnittstelle mit einem Luftstrom einen Wärmetauscher, da die Wärmepumpe nur mit flüssigen Medien arbeitet. Eine Kühlung in den Sommermonaten ist mit solchen Anlagen optional möglich, verursachen aber einen hohen Energieaufwand. Die vorgestellte Lösung verwendet wieder eine zentrale Nachheizung, wodurch eine individuelle Temperierung der einzelnen Räume nicht möglich ist.

Aus der DE-PS 198 19 639 C2 ist ein Verfahren zur Beheizung und/oder Warmwasserversorgung von Passiv- oder Niedrigenergiehäusern bekannt. Die Frischluft wird in einem Erdwärmetauscher und in einem von Fortluft durchströmten Wärmetauscher vorgewärmt. Der Fortluft wird weitere Wärme in einem Verdampfer einer Wärmepumpe entzogen. Nach dem Verdampfer wird die Fortluft in einem zweiten Erdwärmetauscher wieder erwärmt. Anschließend wird ihr in einem zweiten Verdampfer Wärme entzogen, die zur Erwärmung der Frischluft und/oder des Brauchwassers dient. Diese Anordnung ist technisch aufwendig und bringt ähnliche Probleme wie die vorangegangenen.

Angeboten werden auch Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und einfachem Nachheizregister mit Einbindung von Solar-Luft-Systemen. Durch die Einbindung des Solar-Luft-Systems wird gegenüber den vorgenannten Lösungen eine zusätzliche Zufufterwärmung möglich. Das Solar-Luft-System stellt wieder eine zentrale Nachheizung dar, wodurch eine individuelle Temperierung der einzelnen Räume nicht möglich ist und sich die thermische Disharmonie des Gebäudes noch verstärkt. Gerade bei sonnigem Wetter, wenn die Anlage eine hohe Leistung erbringt, heizt sich das Gebäude im südlichen Bereich ohnehin schon durch passive Solarenergienutzung (Südfenster) auf, während andere Zonen im Haus noch eine Nachheizung erfordern.

Wiederum andere Systeme, die für Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung und einfachem Nachheizregister eine Einzelraumregelung aufweisen sollen, werden ebenfalls mit einer zentralen Wärmerückgewinnung und einem zentralen Nachheizregister verwendet. Durch die Anlage wird der Luftvolumenstrom nach individuell geschalteter Stufe und je nach Heizanforderung in den einzelnen Räumen als Regelung verändert. Dabei stellen einzelne Drosselklappen die Zuluftzufuhr in den Räumen. Trotz in ständiger Dynamik arbeitender Anlage bleibt, sowie ein Raum Heizanforderung meldet, der Nachteil zentraler Erwärmung der Zuluft erhalten. Die „Regelung" erfolgt auf der Basis einer Veränderung des Luftvolumenstromes. Dies führt zu Disharmonie beim Verhältnis Heizen/Lüften. Bei Nutzung von Räumen mit wechselnder Personenzahl oder mit Erzeugung anderer Fremdwärme, z.B. durch Elektrogeräte, drosselt die Anlage die Raumheizung und damit die Luftzufuhr. Somit besteht die Gefahr eines nicht ausreichenden Luftwechsels einzelner Räume oder des gesamten Gebäudes.

Aufgabe der Erfindung ist eine Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft, die eine Einzelraumregelung für ein angenehmes Raumklima auch ohne Veränderung des Luftvolumenstromes ermöglicht, die Zuluft von einer Wärmerückgewinnung erhält und einen Wärmetauscher zur Nachheizung verwendet, so auszuführen, dass diese mit geringem Aufwand die Realisierung unterschiedlicher Projekte für Heizung, Warmwasserbereitung und Kühlung ermöglicht und die Montage auf der Baustelle wesentlich vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft gelöst, die Zuluft von einer Wärmerückgewinnung erhält und einen Wärmetauscher zur Nachheizung verwendet.

Erfindungsgemäß werden in einem geschlossenen Gehäuse mit einem Anschluss für den gesamten temperierten Zuluftstrom in Längsrichtung durch eine Trennwand eine Zuluftverteilerkammer Heizbetrieb und eine Zuluftverteilerkammer für Temperierung/Kühlung gebildet. In der Zuluftverteilerkammer für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher zur Nachheizung angeordnet. Mehrere, kontinuierlich steuerbare Umschalteinrichtungen sind zur Umschaltung/Mischung der Luftströme der Zuluftverteilerkammern auf die Anschlüsse zur Verteilung auf die einzelnen Räume vorhanden.

Die Umschalteinrichtungen sind erfindungsgemäß motorisch betriebene Umschaltventile, die je Anschluss zu den zu versorgenden Räumen aus einem in einem Außenrohr mit Öffnungen geführten Innenrohr mit Öffnungen bestehen.

In Ausgestaltung werden die oberen Öffnungen im Bereich des Zuluftverteilers für Heizbetrieb und die unteren Öffnungen im Bereich des Zuluftverteilers für Temperierung/Kühlung wirksam.

Die Öffnungen des Außenrohres liegen in Längsrichtung in einer Flucht und die Öffnungen des Innenrohres sind in Längsrichtung versetzt angeordnet, vorzugsweise um 90°.

Erfindungsgemäß ist auf eine Außenwand im Bereich der Zuluftverteilerkammer des Grundgehäuses vor dem Wärmetauscher ein über eine steuerbare Umschalteinrichtung mit seinem Innenraum verbundenes Gehäuse einer Anschlusseinheit für Luftkollektoren angeordnet.

Die Umschalteinrichtung ist vorzugsweise eine motorisch betriebene Umschaltklappe.

In weiterer Ausgestaltung weist das Gehäuse einen Wärmetauscher zur Übergabe von Solarwärme, ein Luft-Überströmventil und Anschlüsse für den Luft-Kollektorein- und -austritt einer Solaranlage auf.

Nach einer weiteren Ausführung können die Umschaltventile zur Umschaltung/Mischung der Luftströme in einem separaten Rohr-/Kanalsystem für Heizbetrieb und für Temperierung/Kühlung auf die Anschlüsse zur Verteilung auf die einzelnen Räume angeordnet sein.

In der Zuluftverteilerkammer Temperierung/Kühlung oder außerhalb des Grundgehäuses ist eine Mischventil-/Pumpengruppe installiert.

Erfindungsgemäß ist diese Grundausführung in ihrem Gesamtkonzept ein Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC).

In Ausgestaltung der Erfindung ist an die Anschlüsse des Gehäuses der Anschlusseinheit ein Solar-Luft-Kollektor angeschlossen.

Es ist zweckmäßig, dass der Luft-/Wasser-Wärmetauscher zur Übergabe von Solarwärme mit einem Solar-Pufferspeicher verbunden ist.

Der Anschluss am Grundgehäuse für den gesamten Zuluftstrom ist an eine Wärmerückgewinnungsanlage mit Wärmetauscher angeschlossen.

Nach der Erfindung weist die Wärmerückgewinnungsanlage für die Kühlfunktion einen Bypass zum Umfahren des Wärmetauschers für die Außenluft auf.

Es ist vorteilhaft, dass zwischen dem Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät und der Wärmerückgewinnungsanlage eine Schallentkopplung geschaltet ist.

Erfindungsgemäß kann an den Eingang der Wärmerückgewinnungsanlage ein Erdwärmetauscher mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der Außenluft angeschlossen sein.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Umschaltklappe durch eine Differenztemperaturregelung aus den Temperaturen des temperierten Zuluftstromes und des Solar-Luftkollektors gesteuert.

Zur Steuerung einer Solarkreis-Umwälzpumpe für den Solar-Heizungs-/Warm-Wasserspeicher wird eine Differenztemperaturregelung aus den Temperaturen des Speichers und des Wärmetauschers im Luftstrom zum Solarkollektor eingesetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
1: Aufbau des erfindungsgemäßen Kompaktgerätes
2: Aufbau der Gesamtanordnung
3: Kühlung/Temperierbetrieb ohne Solarenergienutzung
4: Temperier- und Heizbetrieb ohne Solarenergienutzung
5: Heizbetrieb ohne Solarenergienutzung
6: Heizbetrieb- mit Solarenergienutzung
7: Temperier- und Heizbetrieb mit Speicherung der solaren Überschüsse
8: Kühlung/Temperierbetrieb mit Speicherung der gesamten Solarenergie
9: Aufbau der Umschalt-/Mischventile des Kompaktgerätes
10: Funktion der Umschalt-/Mischventile des Kompaktgerätes
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft ist nach 1 als Kompaktgerät ausgeführt. In einem geschlossenen Gehäuse 31 mit einem Anschluss 35 für den gesamten temperierten Zuluftstrom 1 werden in Längsrichtung durch eine Trennwand 32 eine Zuluftverteilerkammer 2 für Heizbetrieb und eine Zuluftverteilerkammer 3 für Temperierung/Kühlung gebildet. In der Zuluftverteilerkammer 2 für Heizbetrieb ist ein Wärmetauscher 6 zur Nachheizung im Heizbetrieb angeordnet. Zur Umschaltung/Mischung der Luftströme der Zuluftverteilerkammern 2; 3 auf die Anschlüsse 10a–10n zur Verteilung auf die einzelnen Räume sind mehrere, kontinuierlich steuerbare Umschaltventile 4a–4n vorhanden, die später näher beschrieben werden. Das Grundgehäuse 31 kann verschieden ausgeführt und sollte strömungstechnisch optimiert sein. Es ist zweckmäßig, dass es länger als hoch, d.h. langgestreckt ist. Der Querschnitt kann je nach technischen Erfordernissen und vorgegebenem Luftvolumenstrom rechteckig, quadratisch, mehreckig oder kreisförmig sein. Nach 1 weist das Grundgehäuse 31 zum Anschluss 35 für den gesamten temperierten Luftstrom 1 eine Verjüngung 34 auf, die aus strömungstechnischen Gründen anders aussehen kann. Für den größten Teil der Anwendungen der Erfindung ist auf eine Außenwand im Bereich der Zuluftverteilerkammer 2 des Grundgehäuses 31 vor dem Wärmetauscher 6 ein über eine steuerbare Umschaltklappe 7 mit seinem Innenraum verbundenes Gehäuse 33 einer Anschlusseinheit für Luftkollektoren angeordnet. Das Gehäuse 33 weist einen Wärmetauscher 8 zur Übergabe von Solarwärme, ein Luft-Überströmventil 9 und Anschlüsse für den Luft-Kollektorein- und -austritt 11; 12 einer Solaranlage auf.
Die von einer Wärmerückgewinnungsanlage (WRG) temperierte Zuluft 1 wird in zwei Luftströme aufgeteilt, also gesplittet und in zwei Zuluftverteilern 2; 3 zur Verfügung gestellt. Während ein Verteiler 3 die temperiertelgekühlte Zuluft bereitstellt, wird die Zuluft des anderen Verteilers 2 im Wärmetauscher 6 bei Anforderung nachgeheizt. Raumtemperatunegler steuern dabei die Motoren der Umschaltventile 4a–4n an, so dass je nach Bedarf temperierte oder erwärmte Zuluft in den entsprechenden Raum geleitet wird. In der Zuluftverteilerkammer 3 oder außerhalb des Gehäuses 31 ist eine Mischventil-/Pumpengruppe 5 installiert.
In 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung in ihrem Gesamtkonzept mit dem Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC) 30 ausgeführt. Es ist nur der Grundaufbau dargestellt. Die konkrete Wirkungsweise wird später an hand weiterer Figuren mit den einzelnen Betriebsarten erläutert.
Eine an sich bekannte Wärmerückgewinnungsanlage (WRG) 13 mit Wärmetauscher Abluft/Außenluft ist über eine Schallentkopplung 15 zwischen WRG-Ventilatoren und TASC geschaltet. Wenn ein Betrieb mit Kühlung erforderlich ist, wird ein Beipass 14 zum Umfahren des Wärmetauschers in der WRG 13 für die Außenluft 18 angeordnet. Die Abluft 16 des Gebäudes wird durch den Wärmetauscher in der WRG 13 geführt und verlässt als abgekühlte Fortluft 17 das Gebäude.
Bei einem sehr großen Anteil der Anwendungen der Erfindung wird eine Solar-Luftkollektor-Anlage 19 eingesetzt werden, in deren Zuleitung ein Ventilator 19a angeordnet ist. Es ist zweckmäßig, die Solar-Luftkollektor-Anlage 19 mit einem Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 zu betreiben, der eine Solarkreis-Umwälzpumpe 20a im Flüssigkeits-Kreislauf mit dem Wärmetauscher 8 aufweist und der über die Mischventil-/Pumpengruppe 5 mit dem Wärmetauscher 6 verbunden ist. Optional ist es möglich, einen Erdwärmetauscher 21 mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der Außenluft 18 einzusetzen. Dies bringt wesentliche Vorteile, insbesondere bei erforderlicher Kühlung der Außenluft im Sommer, beim Erwärmen der Außenluft im Winter durch die Wärme des Erdreiches sowie für die Funktion der WRG.
Um eine konstante Be- und Entlüftung zu gewährleisten, muss der vorgegebene Luftvolumenstrom gleichbleibend sein. Veränderungen sollten lediglich durch Handumstellungen oder sensorgeführte Steuerungen bei Mehrbedarf an Lüftung auftreten, nicht aber durch die automatische Regelung der Temperatur. Bleibt allerdings der Volumenstrom konstant, so kann nach dem kalorischen Gesetz die Wärmemenge nur durch die Temperatur der Zuluft geregelt werden. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung die Zuluft für die verschiedenen Betriebszustände in drei entsprechenden Temperaturbereichen zur Verfügung gestellt:

1. Kühlung, beim Vorhandensein eines Erdwärmetauschers
2. Einfache Be- und Entlüftung
3. Heizung

Für den Betriebszustand „Kühlung" nach 3 gilt:
Wärmegewinne > Wärmeverluste des Gebäudes
Außentemperatur > Raumsolltemperatur
Dieser Betriebszustand wird sich vornehmlich im Sommerhalbjahr einstellen. Die Zuluft übernimmt die Kühlfunktion, überschüssige Wärme wird mit der Abluft 16 des Gebäudes fortgeleitet.
Technisch wird dies mit dem Erdwärmetauscher 21 durch Kühlung der Außenluft realisiert. Um die Wärme abzuleiten, ohne dabei die gekühlte Zuluft wieder aufzuheizen, muss die WRG 13 mit einem Bypass 14 zum Umfahren des Wärmetauschers ausgestattet sein. Dieser sollte aus Komfortgründen automatisch arbeiten, d. h. in der Kühlfunktion geöffnet sein. Übersteigt die Ablufttemperatur 16 die Raumsolltemperatur, ist von Energiegewinnen im Gebäude auszugehen. Damit wäre die Anforderung der Kühlung gegeben. Dieser Zustand bezieht sich i.d.R. auf das gesamte Gebäude.
Bei der Auswahl des Wärmerückgewinnungsgerätes 13 ist dies zu beachten. Wie aus 3 zu ersehen ist, gelangt der gesamte Zuluftstrom 1 direkt über die Zuluftverteilerkammer 3 und die Umschaltventile 4a–4n als gekühlte Luft in die zu versorgenden Räume.
Wegen der Vermeidung von Elektrosmog und zusätzlicher Installation von FI-Schaltern arbeiten die Raumthermostate im Niederspannungsbereich. Da in keinem Raum eine Wärmeanforderung besteht, bedingt die Schaltung auch ein Sperren der Umwälzpumpe 5 sowie bei Solarbetrieb der Solar-Umschaltklappe 7 in den Heizbetrieb nach 8. Erst bei Wärmeanforderung eines Raumthermostaten wird die Sperre der Pumpe 5 und der Solar-Umschaltklappe 7 aufgehoben.
Für die einfache „Be- und Entlüftung" gilt, dass die Wärmegewinne etwa den Wärmeverlusten des Gebäudes entsprechen. Dieser Betriebszustand stellt sich in der Übergangszeit oder bei entsprechendem Einfluß von Fremdwärme ein. Die Zuluft für das Gebäude wird durch die Wärme der Abluft 16 über den Wärmetauscher der Wärmerückgewinnungsanlage 13 ohne Überbrückung durch den Bypass 14 temperiert. Der gesamte Luftvolumenstrom 1 wird nicht gesplittet, sondern nach 3 voll in die untere Zuluftverteilerkammer 3 geleitet, da die Raumthermostate keine Wärmeanforderung geben und die Umschaltventile 4a–4n wie in der Betriebsart „Kühlen" den oberen Weg nicht freigeben.
Für die Betriebsart „Heizen" gilt, dass die Wärmegewinne kleiner als die Wärmeverluste des Gebäudes sind. Ist die Wärme der Abluft 16 für eine Temperierung nicht ausreichend und geben entsprechend den einzelnen Räumen die Raumthermostate Heizanforderung aus, muss nachgeheizt werden. Durch Umschalten einzelner, den heizungsanfordernen Raumthermostaten entsprechenden motorischen Umschaltventile 4a–4n teilt sich der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 nach 4 in die Teilströme 2a; 3a auf, wobei der Zuluft-Teilstrom 2a im Wärmetauscher 6 in der Zuluftverteilerkammer 2 nachgeheizt wird. Der Zuluft-Teilstrom 3a gelangt von der WRG 13 temperiert in die Zuluft-Verteilerkammer 3 für Temperierung/Kühlung. Über die motorisch betriebenen Umschaltventile 4a–4n werden die Zuluft-Teilströme 2a; 3a umgeschaltetlgemischt und bedartsgerecht auf die Räume verteilt. Die Verteilung erfolgt je nachdem welche Thermostate in welchen Räumen Wärmeanforderung zeigen. Die Umschalt-Ventile 4a–4n bringen sich entsprechend in Stellung und versorgen die Räume mit einem Luftstrom der erforderlichen Temperatur.
Hier zeigt sich die Dynamik des Systems, bei konstantem Luftvolumenstrom der Be- und Entlüftung die jeweils gewünschte Temperatur zu realisieren.
Zur Funktion: Ein Thermostat hat Wärmeanforderung gestellt. Über die Außentemperatur-Regelung wird ein Sollwert für die Zulufttemperatur 2a im oberen Verteiler 2 vorgegeben. Diese wird über das Mischventil 5 geregelt. Der Vorteil besteht darin, dass ein genau dosiertes Nachheizen der, auch durch das Solar-Luftsystem evtl. vorgewärmten Zuluft erfolgt und somit aus dem Speicher 20 nicht mehr als notwendig Energie gezapft und eine Schichtung nicht zerstört wird. Wird die Zuluftsolltemperatur durch solare Gewinne erreicht, ist eine Nachheizung nicht erforderlich. Das Mischventil 5 hat dann den Heizkreis geschlossen.
Das Installieren der Mischventil-/Pumpengruppe 5 im unteren Verteiler 3 nutzt den Platz aus, wärmt die temperierte Zuluft nach und verhindert Energieverluste dieser Baugruppe.
„Winter- bzw. Aufheizbetrieb". Dieser Betriebszustand stellt sich ein, wenn in allen Räumen Heizungsanforderung besteht. Alle Umschaltklappen sind auf „Heizen" gestellt. Der gesamte von der WRG 13 temperierte Zuluftstrom 1 wird nach 5 gänzlich über den Wärmetauscher 6 geleitet und nachgeheizt.
Während der Betriebszustand der Kühlung im Sommer das gesamte Gebäude betrifft, wird je nach Einfluss von Fremdwärme und Nutzung der Betriebszustand zwischen Temperieren und Heizen wechseln. Gerade auch die ermöglichte Einzelraumregelung lässt es zu, dass einzelne Räume mit unterschiedlicher Raumtemperatur versehen werden können. Somit ist beim Wechsel der Betriebszustände eine Dynamik des Systems erforderlich, die sich nicht nur zentral auf das gesamte Gebäude, sondern auf jeden einzeln zu regelnden Raum bzw. festgelegte Temperaturzone bezieht.
Nach 6 ist für den Heizbetrieb die besonders vorteilhafte Solarenergienutzung eingebunden. Die Umschaltklappe 7 ist auf Solarbetrieb für Raumheizung geschaltet, d.h. geöffnet. Der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 fließt als Zuluftstrom 2b im Gehäuse 33 der Anschlusseinheit über den Anschluss 11 zur Solar-Luftkollektor-Anlage 19 und erwärmt über den Anschluss 12 zurück in die Luftverteilerkammer 2 für Heizen. Der Zuluftstrom 2a gelangt über die geöffneten Umschaltventile 4a–4n als Warmluft in die angeschlossenen Räume. Im Winter- bzw. Aufheizbetrieb bringt das Solar-Luftsystem einen Energiegewinn, der das Heizen unterstützt.
Das Schalten eines Raumthermostaten in Heizbetrieb bewirkt die Freigabe der Solar-Umschaltklappe 7. Durch die Solarregelung wird sie dann geschaltet und gibt den Weg für die Zuluft 2b über die Kollektoren 19 frei. So wird sie durch Solarenergie erwärmt und anschließend durch den Wärmetauscher 6, gut dosiert vom gemischten Heizkreis auf Solltemperatur gebracht, sofern diese durch solare Gewinne nicht schon erreicht ist.
Bei der Beschreibung der 7 wird mit auf die 2 zurückgegriffen, da solare Überschüsse im Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 gespeichert werden können. Ist der Energiegewinn des Solar-Luftsystems größer als der Energiebedarf zur Beheizung des Gebäudes, gehen zum Teil die Umschaltklappen 4a–4n in den Temperier-Betrieb. Der vom Solarventilator 19a erzeugte Druck wird über das Lüftungssystem nicht mehr abgebaut. Das Überströmventil 9 öffnet und lenkt die Warmluft 2e in den Umluftbetrieb des Solarsystems unter Beimischung von Zuluft 2c. Heizt sich dadurch der Solarwärmetauscher 8 auf eine Temperatur auf, die über der des Solarspeichers 20 liegt, geht die Solarpumpe 20a in Betrieb und trägt die überschüssigen solaren Gewinne in den Speicher 20 ein. Diese Energie wird dann wiederum nach Abschalten der Solaranlage am Abend für die Beheizung oder zur Warmwasserbereitung genutzt. Der gesamte temperierte Zuluftstrom 1 teilt sich in die Teilströme 2c und 3 auf. Der Teil-Zuluftstrom 2c wird durch Umschalten der Solar-Luft-Klappe 7 wie nach 6 zum Solarkollektor 19 geleitet. Es wird nicht die gesamte Solarenergie zum Beheizen der Räume benötigt. Der durch das öffnende Luft-Überströmventil 9 fließende Teilstrom 2d des Umluft-Kreises der Luftkollektor-Anlage 19 wird mit dem temperierten Zuluft-Teilstrom 2c zum Solarkollektor 19 geleitet. Der Teilstrom 2d entspricht dem Umluft-Anteil des von der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmten Luftstromes 2e. Der in der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmte Luftstrom 2e/2d gibt über den Wärmetauscher 8 Solarwärme an den Solar-Heizungs-/Warmwasser-speicher 20 ab. Der Zuluft-Teilstrom 2f entspricht dem Zuluft-Teilstrom 2c, der in der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmt wurde und zur Beheizung der Wärme anfordernden Räume genutzt wird. Die Zuluft-Teilströme 2a und 3a werden entsprechend den Anforderungen der einzelnen Räume in den Umschalt-Ventilen 4a–4n gemischt und verteilt.
Im Sommerbetrieb besteht keine Wärmeanforderung. Die Thermostate haben somit wieder die Heizkreispumpe 5 und die Solar-Umschaltklappe 7 verriegelt. In das Gebäude wird ausschließlich temperierte Zuluft 1 geleitet. Das Solar-Luftsystem ist auf Umluft geschaltet und sämtliche Solargewinne werden in den Solarspeicher 20 eingebracht. Nach der in 8 gezeigten Betriebsart liegt keine Heizanforderung vor. Die motorisch betriebene Umschaltklappe 7 ist geschlossen. Der gesamte temperierte Luftstrom 1 gelangt über den Zuluftverteiler 3 und die Umschalt-Ventile 4a–4n zur Temperierung/Kühlung in die entsprechenden Räume. Die gesamte Solarenergie wird im Wärmetauscher 8 aus dem Gesamt-Luftstrom 12a im Umluftbetrieb der Solar-Luftkollektor-Anlage 19 entnommen und kann dem Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher 20 zugeführt werden.
Die motorisch betriebenen Umschaltventile 4a–4n bestehen im wesentlichen aus zwei konzentrisch ineinander geführten Rohren 22; 23. Der Außendurchmesser des Innenrohres 23 entspricht dem Innendurchmesser des Außenrohres 22. Lediglich etwas Spiel ermöglicht die Bewegung untereinander, muss aber durch eine Beschichtung des Innenrohres 23 abgedichtet sein.
Nach 9 weist jeweils das Außenrohr 22 Öffnungen 24a; 25a und das Innenrohr 23 Öffnungen 24b; 25b auf. Das Außenrohr 22 wirkt als Ventilsitz, ist oben geschlossen und mit einem Lager zur Aufnahme der Achse des Innenrohres versehen, unten als Anschluss 10 geöffnet. Das Innenrohr 23 wirkt als Ventilküken, weist oben eine Achse zur Aufnahme des Motors auf und ist unten geöffnet. Mit einem Motor versehen, ist es um 90° drehbar. Die Öffnungen 24a; 24b werden im Bereich des Zuluftverteilers 2 für Heizbetrieb und die Öffnungen 25a; 25b im Bereich des Zuluftverteilers 3 für Temperierung/Kühlung wirksam. Die Öffnungen 24a; 25a des Außenrohres 22 liegen zweckmäßig in Längsrichtung in einer Flucht. Es ist vorteilhaft, dass die Öffnungen 24b; 25b des Innenrohres 23 in Längsrichtung um 90° versetzt angeordnet sind.
Die 10 dient der Erläuterung der Funktion der Umschalt-/Mischventile 4a–4n. Durch die zwei auf axialer Linie um 90° versetzten Öffnungen, die in Größe und Höhenanordnung denen des Außenrohres 22 entsprechen, wird somit bei einer 90°-Drehung des Innenrohres ein Umschalten des Einzelzuluftauslasses auf den jeweils anderen Verteiler realisiert.
Dargestellt ist ein Umschalt-Ventil 4a–4n aus den beiden ineinander geschobenen, gegeneinander verdrehbaren Rohren 22; 23 in den Stellungen:

– 24a/24b – offen, 25a/25b – geschlossen
– beide halb geöffnet
– 24a/24b – geschlossen, 25a/25b – offen.

Das Außenrohr 22 ist fest im Grundkörper des TASC 30 installiert. Auf axial gleicher Linie befindet sich in jedem der beiden Zuluft-Verteiler 2; 3 eine Öffnung. Zum Luftauslaß hin ist das Rohr offen. Um die Kompaktheit des Gerätes zu erweitern bietet sich am Auslaß die Installation einer Drosselklappe oder eines Volumenstrombegrenzers an.
Nach der Erfindung können die Umschaltventile 4a–4n zur Umschaltung/Mischung der Luftströme auch in einem separaten Rohr-/Kanalsystem je für Heizbetrieb und für Temperierung/Kühlung auf Anschlüsse zur Verteilung auf die einzelnen Räume eingesetzt werden.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung können handelsübliche Regelungen verwendet werden. Benötigt werden die Reglerfunktionen Außentemperatur- und Differenztemperaturregelung.
Die Außentemperatur-Regelung erfasst die Außentemperatur, die Temperatur der Zuluft im Heiz-Verteiler 2 und steuert nach eingegebenen Zeiten, Betriebsarten und der Heizkurve die Heizkreispumpe sowie das Mischventil 5 an.
Die beiden Differenztemperaturschaltungen werden für Solarregelungen benötigt. Die erste Solarregelung vergleicht die Temperaturen der temperierten Zuluft 1 und des Luftkollektors 19. Ist die Soll-Differenz erreicht, wird der LK-Ventilator 19a und die Solar-Umschaltklappe 7 angesteuert.
Die zweite Solarregelung vergleicht die Temperaturen des Solarspeichers 20 und des Wärmetauschers 8 im Solar-Umluftkanal. Ist die Soll-Differenz erreicht, wird die Solarpumpe 20a in Betrieb gesetzt.
Diese Reglerbausteine sind i.d.R. Bestandteil der Komponenten Wärmeerzeuger, Solar-Luftsystem und Solar-Speichersystem.
Die erfindungsgemäße Anordnung bietet eine Reihe von Vorteilen, die je nach Erfordernis teilweise oder in ihrer Gesamtheit genutzt werden können. Sie ermöglicht eine optimale Regelung und Anpassung der haustechnischen Anlage in Bezug auf Lüftung, Heizung und Warmwasserbereitung unter allen Nutzungs- und Bedarfsbedingungen. Das sind im einzelnen:

– Kontrollierte Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung (Zu- und Abluft zentral)
– Übernahme der Heizfunktion, auch autark
– Einzelraumregelung, auch ohne Veränderung des Luftvolumenstromes
– Nutzung von Erdwärme
– Kühlung im Sommer
– Direkte Einbindung einer Solaranlage, insbesondere mit Luft-Kollektoren
– Energiemanagement durch Einbindung eines Pufferspeichers
– Überschüsse der Solaranlage zur Nutzung bei der Warmwasserbereitung
– Einbindung jedes Wärmeerzeugers möglich

Die Anlage selbst kann einfach und robust aufgebaut werden und auf langlebige Betriebsdauer ausgelegt sein. Durch die Konstruktion als Kompaktgerät kann diese industriell vorgefertigt und mit geringem Montageaufwand auf der Baustelle eingebaut werden. Die kompakte Bauweise bietet auch gute Möglichkeiten der Unterbringung. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine optimale Ausnutzung regenerativer Energien und erfordert nur geringe Investitions- und Betriebskosten.

1: gesamter temperierter Zuluftstrom
2: Zuluftverteilerkammer (Heizbetrieb)
2a: Zuluft-Teilstrom im Heizbetrieb-Verteiler
2b: gesamter Zuluftstrom zum Solarkollektor
2c: Teil-Zuluftstrom zum Solarkollektor
2d: Umluft-Anteil des Luftstromes zum Solarkollektor
2e: Umluft-Anteil des von der Solar-Luftkollektor-Anlage erwärmten Luftstromes
2f: Teil-Zuluftstrom zur Beheizung der Wärme anfordernden Räume
3: Zuluftverteilerkammer (Temperierung/Kühlung)
3a: Zuluft-Teilstrom temperiert von der WRG im temperierten Verteiler
4a–4n: motorisch betriebene Umschalt-Ventile
5: Mischventil-/Pumpengruppe
6: Wärmetauscher zur Nachheizung im Heizbetrieb-Zuluft-Verteiler
7: motorisch betriebene Umschaltklappe zur Umschaltung des Solarbetriebes
8: Wärmetauscher zur Übergabe von Solarwärme (Luft) an den Solarspeicher
9: Luft-Überströmventil
10a–10n: Anschlüsse zum Austritt der Zuluft zu den einzelnen zu versorgenden Räumen
11: Anschluß für die Verbindung mit der Solar-Luftkollektor-Anlage (Kollektor-
: Eintritt)
12: Anschluß für die Verbindung mit der Solar-Luftkollektor-Anlage (Kollektor-
: Austritt)
12a: Gesamt-Luftstrom im Umluftbetrieb der Solar-Luftkollektor-Anlage (Sommer
: betrieb)
13: Wärmerückgewinnungsanlage mittels Wärmetauscher (Abluft-Außenluft)
14: Beipass zum Umfahren des Wärmetauschers für die Außenluft
15: Schallentkopplung zwischen WRG-Ventilatoren und TASC
16: Abluft des Gebäudes
17: Fortluft des Gebäudes
18: Außenluft
19: Solar-Luftkollektor-Anlage
19a: Ventilator der Solar-Luftkollektor-Anlage
20: Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher
20a: Solarkreis-Umwälzpumpe (Flüssigkeits-Kreislauf)
21: Erdwärmetauscher mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der Außenluft
22: Außenrohr (Ventilsitz)
23: Innenrohr (Ventilküken)
24a: Öffnung des Ventil-Außenrohrs in der oberen Verteilerkammer
25a: Öffnung des Ventil-Außenrohrs in der unteren Verteilerkammer
24b: Öffnung des Ventil-Innenrohrs in der oberen Verteilerkammer
25b: Öffnung des Ventil-Innenrohrs in der unteren Verteilerkammer (um 90° zu 24b
: versetzt)
30: Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC)
31: Grundgehäuse des TASC
32: Trennwand Heizbetrieb/Temperierung
33: Gehäuse der Anschlusseinheit für die Luftkollektoren
34: Verjüngung des Grundgehäuses 31
35: Anschlussdom für den gesamten temperierten Zuluftstrom

Claims

Anordnung zur Versorgung von Räumen eines Gebäudes mit temperierter Luft, die Zuluft von einer Wärmerückgewinnung erhält und einen Wärmetauscher zur Nachheizung verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem geschlossenen Gehäuse (31) mit einem Anschluss (35) für den gesamten temperierten Zuluftstrom in Längsrichtung durch eine Trennwand (32) eine Zuluftverteilerkammer (2) Heizbetrieb und eine Zuluftverteilerkammer (3) für Temperierung/Kühlung gebildet werden, in der Zuluftverteilerkammer (2) für Heizbetrieb ein Wärmetauscher (6) zur Nachheizung angeordnet ist und dass mehrere, kontinuierlich steuerbare Umschalteinrichtungen (4a–4n) zur Umschaltung/Mischung der Luftströme der Zuluftverteilerkammern (2; 3) auf die Anschlüsse (10a–10n) zur Verteilung auf die einzelnen Räume vorhanden sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Außenwand im Bereich der Zuluftverteilerkammer (2) des Grundgehäuses (31) vor dem Wärmetauscher (6) eine über eine steuerbare Umschalteinrichtung (7) mit seinem Innenraum verbundenes Gehäuse (33) einer Anschlusseinheit für Luftkollektoren angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (33) einen Wärmetauscher (8) zur Übergabe von Solarwärme, ein Luft-Überströmventil (9) und Anschlüsse für den Luft-Kollektorein- und -austritt (11; 12) einer Solaranlage aufweist.
Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (7) eine motorisch betriebene Umschaltklappe ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtungen (4a–4n) motorisch betriebene Umschaltventile sind.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Umschaltventil (4a–4n) aus einem in einem Außenrohr (22) mit Öffnungen (24a; 25a) geführten Innenrohr (23) mit Öffnungen (24b; 25b) besteht.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (24a; 25a) im Bereich des Zuluftverteilers (2) für Heizbetrieb und die Öffnungen (24b; 25b) im Bereich des Zuluftverteilers (3) für Temperierung/Kühlung wirksam werden.
Anordnung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (24a; 25a) des Außenrohres (22) in Längsrichtung in einer Flucht liegen.
Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (24b; 25b) des Innenrohres (23) in Längsrichtung um 90° versetzt angeordnet sind.
Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltventile (4a–4n) zur Umschaltung/Mischung der Luftströme in einem separaten Rohr-/Kanalsystem für Heizbetrieb und für Temperierung/Kühlung auf die Anschlüsse (10a–10n) zur Verteilung auf die einzelnen Räume vorhanden sind.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuluftverteilerkammer (3) oder außerhalb des Gehäuses (31) eine Mischventil-/Pumpengruppe (5) installiert ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese in ihrem Gesamtkonzept als ein Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (TASC) ausgeführt ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an die Anschlüsse (11; 12) ein Solar-Luft-Kollektor (19) angeschlossen ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-/Wasser-Wärmetauscher (8) zur Übergabe von Solarwärme mit einem Solar-Pufferspeicher (20) verbunden ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (35) für den gesamten Zuluftstrom an eine Wärmerückgewinnungsanlage (13) mit Wärmetauscher verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmerückgewinnungsanlage (13) für die Kühlfunktion einen Bypass (14) zum Umfahren des Wärmetauschers für die Außenluft aufweist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Thermo-Air-Splitting-Compaktgerät (30) und der Wärmerückgewinnungsanlage (13) eine Schallentkopplung (15) geschaltet ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an den Eingang der Wärmerückgewinnungsanlage (13) ein Erdwärmetauscher (21) mit Ansaugfilter zur Vorwärmung/Kühlung der Außenluft angeschlossen ist.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappe (7) durch eine Differenztemperaturregelung aus den Temperaturen des temperierten Zuluftstromes und des Solar-Luftkollektors gesteuert wird.
Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung einer Solarkreis-Umwälzpumpe (20a) für den Solar-Heizungs-/Warmwasserspeicher (20) eine Differenztemperaturregelung aus den Temperaturen des Speichers (20) und des Wärmetauschers (8) im Luftstrom (2d) zum Solarkollektor eingesetzt wird.