DE2712943C3

DE2712943C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Heizung und Lüftung von Häusern und Räumen

Info

Publication number: DE2712943C3
Application number: DE2712943A
Authority: DE
Inventors: Günter 76872 Minfeld Keller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1977-03-24
Publication date: 1981-03-26
Also published as: DE2712943A1; DE2712943B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Heizung und Lüftung von Häusern und Räumen, wobei die Wanne der Abluft auf die Zuluft übertragen und überschüssige Wärme in einem Wärmespeicher gespeichert wird.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung bei Einfamilienhäusern bzw. Wohnräumen sowie bei Kleinbetrieben.

Räume, in welchen Menschen wohnen und arbeiten, müssen aus hygienischen Gründen belüftet und — wenn die Temperatur eine gewisse Grenze unterschreitet — auch beheizt werden. Rund 50% der gesamten verbrauchten Primärenergie werden zum Heizen benötigt. In Wohnräumen sollte wenigstens die Hälfte ^w des gesamten Luftvolumens in jeder Stunde erneuert werden, und in Fabrikhallen kann ein Mehrfaches dieser Austauschrate erforderlich sein. Im Sommer spielt ein solcher Luftwechsel von der Energieseite her betrachtet praktisch keine Rolle, im Winter aber wirkt er sich in hohem Maße auf die Heizkosten aus; der Lüftungswärmebedarf hängt von der Differenz zwischen Außen und Innentemperatur sowie von der Luftaustauschrate ab. Während die Transmissions-Wärmeverluste von Gebäuden und Räumen, die durch Wärmeleitung von Wänden und Fenstern bedingt sind, mit Hilfe verbesserter Wärmeisolation ganz wesentlich reduziert werden können, ist die Verminderung des Lüftungswärmebedarfes ein großes Problem, weil in den meisten Fällen zwischen dem Wärmeverlust infolge der Lüftung und ^M dem Wärmebedarf eine Zeitdifferenz von Stunden oder einem halben Tag liegt. Zwischen Verlust und Bedarf besteht eine zeitliche Phasenverschiebung.

Eine besonders unrationelle Situation liegt bei Industriebetrieben vor, die selbst im Winter mit mehr oder weniger großem Wärmeüberschuß arbeiten, weil die installierten Maschinen und Einrichtungen mehr Wärme abgeben als zum Zwecke der Raumheizung erforderlich ist Diese Wärme geht mit der durch Ventilatoren ins Freie geführten Abluft unwiederbringlich verloren, und die hierbei verbrauchte Energie ist teilweise beträchtlich. Dies gilt in gleicher Weise für einen Wärmeüberschuß während bestimmter Betriebsstunden gegenüber dem Wärmebedarf in den Pausen wie für den Oberschuß während des ganzen Tages und des Defizits in der arbeitsfreien Zeit, in der Nacht und über das Wochenende, während deren zumindest so viel geheizt werden muß, daß Schäden an Einrichtungen und das Einfrieren der Installationen verhindert werden.

Nun ist in jüngster Zeit zwar ein Lüftungs- und Heizungsgerät für Großräume wie Produktionshallen, Maschinenhäuser, Geschäfträume u.a. bekanntgeworden, welches mit Wärmerückgewinnung arbeitet, wobei zu diesem Zwecke die Wärme der Abluft auf die Zuluft übertragen wird. Diese übertragung geschieht mit Hilfe eines Wärmeübertragers, dessen Primärseite die Abluft mittels eines Lüfters durch einen Luftkanal zugeführt und durch dessen Sekundärseite gleichzeitig die kalte Zuluft geleitet wird. Diese Art der Wärmerückgewinnung ist aber überall dort wo in d.-n zu belüftenden Räumen ein Wänneüberschuß vorliegt, überhaupt nicht zu gebrauchen. Mit Wärmeüberschuß im Winter arbeiten aber nicht nur manche Industriebetriebe, sondern auch Wohnräume und Büros, wenn insbesondere in den Mittagsstunden die niedrig stehende Sonne mit voller Kraft durch große Glasflächen einfällt und dabei die Einrichtungsgegenstände und die Luft stark erwärmt Diese Wärme wird durch die Abluft nach außen geführt, sei es durch die Lüftungsanlage oder aber — im einfachsten Falle — durch öffnen der Fenster.

Es ist auch ein kreislaufverbundenes Wärmerückgewinnungssystem bekanntgeworden (Heizung, Lüftung, Haustechnik, 1975, Nr. 4, S. 13jf^f.). bei welchem in einem Kanal für die Abluft und in einem Zuluftkanal jeweils ein Wärmeübertrager vorgesehen ist, zwischen denen die Wärme mittels eines Wärmeübertragungsmediums transportiert wird. Hierbei wird die der Abluft entzogene Wärme unverzüglich an die Zuluft übertragen, so daß aui h dieses System dort, wo ein temporärer Wänneüberschuß vorliegt, nicht anwendbar ist.

Des weiteren ist mit der deutschen Offenlegungsschrift 27 54 257 eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen Zuluft und Abluft vorgeschlagen worden, bei welcher die Wärme der Abluft eines Gebäudes unter Einsatz von zwei durch Leitungen miteinander in Verbindung stehenden Wärmeübertragern kontinuierlich auf die Zuluft übertragen wird. Um die Vorrichtung auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen in Betrieb halten zu können, ist im Zuge der Leitungen ein Wärmepuffer für das Übertragungsmedium vorgesehen, der dann in Tätigkeit gesetzt wird, wenn der Abluft-Wärmeübertrager in Tätigkeit gesetzt wird, wenn der Abluft-Wärmeübertrager kurzzeitig abgetaut werden muß. Auch diese Vorrichtung ist nicht brauchbar, wenn ein vorübergehender Wärmeüberschuß sinnvolle, spätere Verwendung finden soll.

Eine Methode oder eine Vorrichtung, die es gestatten würde, die Wärme der Abluft zurückzugewinnen, wenn in einem Raum oder Haus zeitlich begrenzt Wärmeüberschuß auftritt oder wenn zwischen der Abfuhr der Wärme mit der Abluft und dem Bedarf an Wärme für

die Zuluft eine mehr oder weniger große Zeitdifferenz besteht, ist bisher unbekannt Hier greift nun die Erfindung ein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konzeption eines Verfahrens zur Heizung und Lüftung von Häusern und Räumen, welches möglichst wenig appartiven und regelungstechnischen Aufwand erfordert, so daß eine hierbei vorgesehene Wärmespeicherung auch für Kleinbetriebe und Einfamilienhäuser interessant wird. Um solches zu ermöglichen, ist der Erfinder von der Grundidee ausgegangen, daß die Wärme der Abluft nicht etwa synchron auf die Zuluft übertragen, sondern daß bei dieser Übertragung von einer Zeitverschiebung Gebrauch gemacht wird.

Von dieser Überlegung ausgehend wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst bei Anfall von Überschußwärme die gesamte Abluft über einen Wärmespeicher geführt und bei später anfallendem Wärmebedarf die gespeicherte Wärme an die Zuluft abgegeben wird. Hierbei kann die Speicherung ebensogut für einen Zeitraum von einer Stunde bzw. v. eniger wie für viele Stunden oder einige Tage erfolgen. Das Verehren besitzt den Vorteil, daß die Wärme der Abluft phasenverschoben wiederverwendet werde« kann und daß auch kurzzeitig auftretender Wärmeüberschuß nicht verloren zu gehen braucht.

in der Regel wird die gespeicherte Wärme an die Frischluft übergeben, soll jedoch ein Haus oder ein Raum im Umluftbetrieb temperiert werden, dann wird die gespeicherte Wärme an die Umluft abgegeben.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist neben einem Wärmespeicher einen Luftkanal auf, in welchem wenigstens ein Lüfter angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher Rohre aufweist, die eine Salzschmelze enthalten. Ein solcher Latentspeicher arbeitet mit besonders gutem Wirkungsgrad bei geringen Temperaturdifferenzen im Bereich zwischen —20 und +50 Grad Celsius. Die Bauart des Speichers ist an sich beliebig, er kann auch als Speichermaterial Keramiken, Steine, Sand oder andere feste Stoffe enthalten.

Im Luftkanal befindet sich zweckmäßig ein Heizregiiter, welches entweder mit elektrischer Energie oder mit Dampf bzw. Warmwasser gespeist ist. In Wohn- und Geschäftshäusern ist das Heizregister an die Zentralheizung angeschlossen. Vorteilhafterweise befindet sich in der Vorrichtung eine im Luttkanal vorgesehene Urr.steuer-Luftklappe, diese gestattet die Durchführung eines Umluftbetriebes.

Ein zweiter Lüfter im Luftkanal — anstelle eines einzigen, dessen Förderrichtung umschaltbar sein muß — erlaubt den Einsatz von geräuscharmen Lüftern mit hohem Wirkungsgrad.

Anhand der Zeichnung wird das Verfahren sowie die zu dessen Durchführung vorgeschlagene Vorrichtung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch dargestellt ein einstöckiges Haus in einem Querschnitt, in dessen Dachraum die Vorrichtung eingebaut ist.

Ein Haus 1 besitzt ein Giebeldach 2, eine Decke 3. Wände 4, Fenster 5,6 und einen Boden 7. Ein Raum 8 ist durch die Decke 3 gegen einen Dachraum 9 abgegrenzt, im Raum 8 befinden sich Heizkörper 10,11.

Das Fenster 6 ist mit einem schwenkbaren Lüftungsflügel 12 versehen. Auf dem Giebeldach 2 sitzt ein Lüftungskamin 13 mit einer Regenhaube 14.

Im Dachraum 9 liegt oberhalb der Decke 3 horizontal ein Luftkanal 15 mit rechteckigem Querschnitt. Einu Luftöffnung 16 verbindet das eine Ende des Luftkanals

15 mit dem Raum 8, und am entgegengesetzten Ende des Luftkanals 15 befinden sich, einander gegenüberliegend, zwei weitere Luftöffnungen 17 und 18. Die obere Luftöffnung 17 führt in den Lüftungskamin 13, während die untere Luftöffnung 18 sich in den Raum 8 öffnet

Im Luftkanal 15 sitzen ein Heizregister 19, ein durch einen Elektromotor 20 angetriebener Lüfter 21, ein Wärmespeicher 22, ein zweiter, ebenfalls mittels eines Elektromotors angetriebener, zweiter Lüfter 23, eine

ίο Luftklappe 24 und ein Luftfilter 25. Die Reihenfolge der Anordnung dieser Einrichtungen kann verschieden sein. Wenn der Lüfter 21 in Tätigkeit gesetzt ist, dann befördert er die Luft vom Heiztregister 19 in Richtung zu der schwenkbaren Umsteuer-Luftklappe 24, während der zweite Lüfter 23 steht und die Luft ihn ungehindert durchströmt; ist jedoch der zweite Lüfter 23 in Tätigkeit, so wird die Luft von der Lüftungsklappe 24 in Richtung auf das Heizregister 19 getrieben, .vobei der erste Lüfter 21 steht und durchströmt wird. An die Stelle der beiden Lüfter 21, 23 könnte ebenso gut ein einziges Gerät treten, dessen Förderrichtung um«.. "irbar ist.

Der Wärmespeicher 22 enthält eu.e große Anzahl dünner, vop der durchströmenden Luft umspülter Rohre 26, in welchen sich eine Salzschmelze befindet; es handelt sich also um einen sogenannten Latentspeicher, dessr-.i bei der Umwandlung der Salzschmelze von der flüssigen zur festen Phase umgesetzte Wärme zur Speicherung dient. Dieser Wärmespeicher 22 erlaubt es. die Wärme der bsim Lüften des Raumes 8 ins Freie weggeführten Abluft zu einem großen Teil wiederzugewinnen.

Mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchführen.

Am Tage sind die beiden Heizkörper 10 und 11 in Betrieb, welche die Raumluft des Raumes 8 auf die erforderliche Temperatur bringen. Frischluft ritt je nach Einstellung des Lüftungsflügels 12 in genügender Menge in den Raum 8. Der erste Lüfter 21 ist in Tätigkeit, er saugt die verbrauchte Raumluft durch die Luftöffnung

16 und durch das (nicht in Betrieb befindliche) ! feizregister 19 an und drückt sie durch den Wärmespeicher 22, wo die Abluft den überwiegenden Teil ihrer Wärme an die Salzschmelze überträgt. Die der

•»5 Abluft entzogene Wärme wird im Wärmespeicher 22 gespeichert. Da die Umsteuer-Luftklappe 24 in ihrer unteren Schwenkstellung steht, strömt die abgekühlte Abluft durch den Lüftungskamin 13 ins Freie. Eine der Abluft entsprechende Menge Frischluft kann durch den Lüftungsflügel 12 in den Raum 8 gelangen.

Die beiden Heizkörper 11 und 12 kompensieren die Wärmeverluste, nämlich die Wärmeleitung durch die Wände 4. die Fenster °>, 6, den Boden 7 und die Decke 3 so·· ie den Wärmebedarf der Frischluft Der Wärmebedarf der Frischluft ist praktisch identisch mit der an den Wärmespeicher 22 abgegebenen Wärme df r Abluft.

Während der anschließenden Nacht wird der zweite Lüfter 23 in Tätigkeit gesetzt und der erste Lüfter 21 abgeschaltet, gleichzeitig werden der Lüftungsflügel \2 ganz bzw. teilweise geschlossen und die beiden Heizkörper 10 und 11 ganz oder teilweise außer Betrieb gesetzt. Der zweite Lüfter 23 zieht nun darch den Lüftungskamin 13 und das Luftfilter 23 frische, kühle Außenluft als Zuluft an und drückt diese durch den Wärmespeicher 22, wo jetzt die gespeicherte, am Tage der Abluft entzogene Wärme an die Zuluft übergeben wird. Die dadurch erwärmte Zuluft durchsetzt den stehenden Lüfter 21 sowie das Heizregister 19 und

gelangt durch die Luftöffnung 16 in den Wohnraum 8. Sofern die erwärmte Zuluft höhere Temperaturen aufweisen soll, wird das Heizregister 19 beheizt. Diese Betriebsart kann als Frischluft-Betrieb bezeichnet werden.

Während der Nacht kann aber auch in einem Umluft-Betrieb gearbeitet werden, dessen Energiebilanz noch günstiger ist als diejenige des Frischluftbetriebes. Hierzu werden während der Nacht die Umsteuer-Luftklappe 24 in ihre obere Stellung (durch Strichlinien angedeutet) geschwenkt, der zweite Lüfter 23 in Tätigkeit gesetzt und der Lüftungsflügel 12 geschlossen. Die beiden Heizkörper 10 und Il werden abgeschaltet.

Der Raum 8 wird so während der Nacht im Umluft-Betrieb beheizt, indem die Kaumluft durch die Luftöffnung 18 angezogen und vom Lüfter 23 durch 4en Wärmespeicher 22 gedrückt wird. Dabei übergibt der

·. Wärmespeicher 22 seine gespeicherte, am Tage der Abluft entzogene Wärme an die Umluft, welche erwärmt sodann durch die Luftöffnung 16 in den Raum 8 zurückströmt. Bei Bedarf kann der Lüftungsflügel 12 ein wenig geöffnet werden und/oder das Heizregister 19

ίο angeschaltet sein; dadurch lassen sich die Frischluftzufuhr und die Temperatur der Umluft bei Nacht beliebig einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur Heizung und Lüftung von Häusern und Räumen, bei welchem die Wärme der Abluft auf die Zuluft übertragen und überschüssige Wärme in einem Wärmespeicher gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst bei Anfall von Oberschußwärme die gesamte Abluft über den Wärmespeicher geführt und bei später anfallendem Wärmebedarf die gespeicherte Wärme ι ο an die Zuluft abgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Wärme an die Frischluft übergeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherte Wärme an die Umluft übergeben wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Luftkanal, in welchem ein Lüfter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (22) eine Salzschmelze enthaltende Rohre (26) aufweist
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Luftkanal (15) ein Heizregister (19) befindet
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal (15) eine Umsteller Luftklappe (24) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftkanal (15) ein zweiter I ^r<fier (23) angeordnet ist