DE69213259T2

DE69213259T2 - Luftwechselanlage für ein vielstöckiges gebäude

Info

Publication number: DE69213259T2
Application number: DE69213259T
Authority: DE
Inventors: Heikki Peltola; Markku Saloranta
Original assignee: FLAEKT Oy; ABB Flaekt Oy
Current assignee: FLAEKT Oy; Flaekt Woods Oy
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: EP0632876B1; FI911358A; ES2090622T3; FI91802B; WO1993020388A1; EP0632876A1; FI91802C; RU2091672C1; GR3021360T3; PL168943B1; RU94044441A; AU1465992A; DE69213259D1; FI911358A0; DK0632876T3; US5554071A; CA2133408A1; ATE142011T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lüftungssystem fur eir: mehrstöckiges Gebäude, mit:
- einer an dem Dach des Gebäudes angebrachten Vorrichtung mit Gebläsen zum Erzeugen eines Einlaßluftstromes und
- einem Verteilungskanal zum Zuführen des Einlaßluftstromes zu verschiedenen Zwischenniveaus des Gebäudes.
In hohen Gebäuden, in denen die Innenluft wärmer ist als die Außenluft, entsteht ein Druckunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Gebäudes. Da Gebäude nicht luftdicht sind, fließt Luft durch die Bauelemente aus dem oberen Teil des Gebäudes nach außen und im unteren Teil des Gebäudes nach innen. Innerhalb des Gebäudes fließt die Luft von unten nach oben.
Wegen der undichten Stellen ist der untere Teil des Gebäudes kalt und es tritt darin oft ein Luftzug auf. Im oberen Teil des Gebäudes wird es leicht heiß, und wenn die Feuchtigkeit der inneren Luft deutlich höher ist als die Feuchtigkeit der äußeren Luft, kann einfließende Luft in den Bauteilen zu Wasser kondensieren. Verunreinigungen werden durch die inneren Luftströme des Gebäudes verbreitet.
Diese Nachteile könrien dadurch vermieden werden, daß die Zwischenniveaus in den Gebäuden so luftdicht wie möglich ausgeführt werden. Z.B. wurde bei Wohnungs- und Bürogebäuden das Gebäude auf diese Weise erfolgreich in von einander unabhängige Teile getrennt, Innerhalb derer die Wirkungen des Druckunterschieds durch herkömmliche Luftbehandlungstechniken dank der Geringfügigkeit des Druckunterschieds ausgeschaltet werden konnten.
In Industriegebäuden wiederum, in denen es viele große Durchgänge für Betriebsausrüstung, Einstiegsöffnungen, Betriebsschächte usw. durch die Niveaus gibt, wäre es äußerst teuer und schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, luftdichte Niveaus zu bauen.
Wenn in dem Gebäude keine Zwischenniveaus vorhanden sind, können Temperaturunterschiede zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Gebäudes mittels starker Luftstrahlen ausgeglichen werden, die sich von der Umgebung des Dachs nahezu bis zu der Ebene des Bodens erstrecken und die Luft von dem oberen Teil des Gebäudes mitbringen und sie wirkungsvoll vermischen. Ein derartiges System ist z.B. aus dem finnischen Patent Nr. 56 714 bekannt.
Ein derartiges System kann in einem mehrstöckigen Gebäude nicht verwendet werden, auch wenn die Zwischenniveaus luftdurchlässig, wie z.B. ebene Roste wären, weil Bereiche mit starken Luftstrahlen für Arbeitsstätten nicht geeignet sind.
Wenn nur wenige Zwischenniveaus vorhanden sind, wurden Druckund Temperaturunterschiede mittels Axialschraubgebläsen ausgeglichen, die an den Niveaus angebracht sind, wobei die Gebläse Luft von einem oberen Niveau nach unten blasen. Diese beanspruchen immer noch wertvollen Raum in den Stockwerken, verursachen Geräuschprobleme, verbrauchen elektrische Energie und sind vergleichsweise wenig wirkungsvoll bezüglich des Temperaturausgleichs, weil sich die Luft von dem Gebläse in einer stark rotierenden Bewegung befindet. Die Luft strömt nicht als ein Strahl zu einem unteren Niveau, sondern verbreitet sich entlang der Decke des unteren Niveaus, so daß keine Vermischung zum Ausgleichen der Temperaturen stattfindet.
Somit neigt man dazu, Temperatur- und Druckunterschiede in hohen mehrstöckigen Gebäuden im allgemeinen derart zu verringern, daß ein größter Teil der Lüftungsluft über Kanäle zu dem unteren Teil des Gebäudes und nur ein kleiner, für die Luftqualität erforderlicher Luftstrom zu dem oberen Teil des Gebäudes geführt wird. Dadurch können Druckunterschiede ein wenig ausgeglichen werden, was eine gewisse Auswirkung auf undichte Stellen und Temperaturunterschiede hat, aber der für die Lüftung erforderliche Luftstrom ist für einen wirksamen Druckausgleich ziemlich unzureichend. Die Kanäle beanspruchen Platz in dem Gebäude, ihre Ausführung verursacht Kosten, und es ist schwierig, sie in dem Gebäude anzuordnen. Eine wirkungsvolle Luftverteilung mittels herkömmlicher Luftverteilungsvorrichtungen zu oftmals weitläufigen Niveaus ist selten ohne Verteilungskanäle erfolgreich, was zusätzlich die Kosten erhöht. Ein eigenes Problem wird durch die Regulierung verursacht. Ein Druck- und Temperaturunterschied in einem Gebäude hängt von dem Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenluft ab, demgemäß sollte es möglich sein, das Verhältnis eines Einlaßluftstromes des oberen und des unteren Teils des Gebäudes zu regulieren. Dies ist in der Praxis wegen der hohen Kosten infolge der großen Anzahl von Vorrichtungen sowohl für die Luftverteilung als auch die Regulierung nicht möglich. Dies führt zu dem Ergebnis, daß z.B. der untere Teil des Gebäudes im Winter einem Unterdruck unterliegt, und im Sommer einem Überdruck unterliegt. In dem oberen Teil sind die Druckverhältnisse entgegengesetzt, und die Luftqualität ist oft schlecht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lüftungssystem unter Vermeidung der obengenannten Nachteile zur Verfügung zu stellen, das eine Verringerung der Kosten und des Raumbedarfs für die Lüftungsanlage, eine Verbesserung der Luftverteilung und dadurch der Luftqualität ebenso wie eine Verbesserung der Einstellbarkeit des Systems ermöglicht. Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mittels eines Lüftungssystems eines mehrstöckigen Gebäudes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, daß ein Betriebsschacht des Gebäudes als ein Einlaßluftkanal verwendet wird, und daß die Lüftungsvorrichtung oben an dem Betriebsschacht angeordnet wird, damit die Luft durch zu der Lüftungsvorrichtung gehörende Gebläse in irgendeiner Weise als ein großer und starker Luftstrahl entlang des Betriebsschachts nach unten in das Gebäude geblasen werden kann. Dadurch wirkt der Betriebsschacht als ein Kanal für die Einlaßluft, und es wird kein anderer Kanal benötigt. Dies verringert die Kosten in beträchtlichem Umfang, weil die Kosten für die Ausführung eines gesonderten Einlaßluftkanals und die Kosten des Raums, der in dem Gebäude erforderlich ist, vermieden werden.
In industriellen Gebäuden, wie z.B. Kesselanlagen, ist im allgemeinen ein vertikaler Betriebsschacht vorhanden, der durch leicht entfembare Roste abgedeckt ist, wobei sich der Schacht durch das Gebäude erstreckt. Weil es jederzeit möglich sein soll, zu wartende oder zu reparierende Maschinen, Ersatzteile, für Reparaturarbeiten erforderliche Maschinen und Zubehörteile, usw. durch den Schacht zu verschiedenen Niveaus zu heben, sind an dem Betriebsschacht keine Arbeitsplätze, Vorräte oder sonstige Funktionen angeordnet. Bei derartigen Gebäuden ist wie bei den meisten anderen Gebäuden die Lüftungsvorrichtung aus Gründen der Luftqualität, der wirkungsvollen Raumnutzung, usw. im allgemeinen am Dach des Gebäudes angeordnet. Um die Erfindung auszuführen, müssen die Lüftungsvorrichtung und der Betriebsschacht lediglich zueinander derart angeordnet werden, daß der Betriebsschacht das herkömmliche eigene Kanalsystem ersetzt, das für den Einlaßluftstrom erforderlich ist, wobei durch dieses System die Einlaßluft zu den verschiedenen Stockwerken des Gebäudes geführt wird.
Die Gebläse einer Kesselanlage z.B. sind im allgemeinen Axialschraubgebläse, welche die Luft in einer starken Drehbewegung verläßt. Deshalb würde der Luftstrahl, wenn er in einen freien Raum tritt, sich schnell seitwärts ausbreiten, und der Strahl würde schnell verlangsamt werden und würde sich nicht sehr weit nach unten erstrecken.
Der Einfluß der Drehbewegung kann beträchtlich verringert werden, wenn der Betriebsschacht in einer Ecke des Gebäudes angeordnet ist, in diesem Fall hindern die Wände die Strömung daran, sich in zwei Richtungen auszubreiten. Darüber hinaus erstreckt sich der Strahl erheblich weiter unter dem Einfluß des sogenannten Coanda-pHänomens: Der Strahl wird einem Unterdruck ausgesetzt, dessen Größe in etwa dem dynamischen Druck verglichen mit der Umgebungsluft entspricht, so daß der Strahl durch den Druckunterschied zusammengehalten wird. Zusätzlich wird eine Mischung der Umgebungsluft, die den Strahl am stärksten verlangsamt, in zwei Richtungen verhindert.
Wenn das betrachtete Gebäude hoch ist, kann eine turbulente Luftströmung den Luftstrahl daran hindern, daß er sich nach unten zu dem unteren Bereich eines tiefen Betriebsschachts erstreckt. Der Luftstrahl könnte mittels einer Gruppe von Leitschaufeln begradigt werden, deren Kosten jedoch wegen der komplizierten Form unverhältnismäßig hoch und fast so hoch wie diejenigen eines Gebläses ohne einen Motor sind. Dennoch kann eine Drehbewegung auf sehr einfache Weise und praktisch ohne Kosten unterbunden werden.
Eine Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungsvorrichtung wenigstens zwei Axialschraubgebläse aufweist, die einander benachbart angebracht sind, und wenigstens zwei parallele turbulente Strömungen erzeugen, die einander brechen und einen nach unten gerichteten Einlaßluftstrom ausbilden. Die turbulenten Strömungen von den Gebläsen brechen einander danr wirkungsvoll. Zusätzlich ist das Moment des Bewegungsumfangs eines jeden Wirbels erheblich geringer als das eines großen, ebenso wie der Durchmesser des Wirbels, so daß die Drehbewegung schneller abgebremst wird, wenn sich der Wirbel ausbreitet. Vielleicht erhöhen sich die Kosten ein wenig, aber dies wird durch eine Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit ausgeglichen. Sogar wenn ein Gebläse kaputt geht, arbeitet die Anlage weiterhin mit verringerter Wirkung.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Systems gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftstrom- Leiteinheit bestehend aus Gebläsen und einer Leiteinrichtung wenigstens an einem Zwischenniveau des Betriebsschachts angebracht ist, um den Einlaßluftstrom in Richtung des Betriebsschachts zu leiten. Mittels dieser Ausführung ist es möglich, die Luftverteilung zu den verschiedenen Niveaus des Gebäudes auf geeignete Weise zu steuern, ebenso wie die Luftverteilung in gleicher oder auf gewünschte Art und Weise über den gesamten Bereich des Niveaus.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei
Fig. 1 schematisch ein Gebäude und ein darin angebrachtes Lüftungssystem zeigt, das einer Ausführungsform der Erfindung entspricht,
Fig. 2 und 3 eine Gebläseeinheit einer Lüftungsvorrichtung von der Seite bzw. einen Querschnitt eines erzeugten Luftstroms zeigen,
Fig. 4 und 5 einen Teil eines Betriebsschachts des Gebäudes mit Luftstrom-Ablenkeinrichtungen von der Seite in zwei verschiedenen Regulierungsstellungen zeigen, und
Fig. 6 einen Teil des Betriebsschachts von der Seite zeigt, der mit Verteilungsdüsen versehen ist.
Fig. 1 zeigt ein mehrstöckiges Gebäude 1, in dessen einer Ecke sich ein vertikaler Betriebsschacht 3 befindet, der sich durch verschiedene Stockwerke (Zwischenniveaus) 2 des Gebäudes von oben nach unten erstreckt. Eine Lüftungsvorrichtung 4 mit einer Gebläseeinheit 5 ist am Dach des Gebäudes angebracht. Der Betriebsschacht kann in den Stockwerken durch leicht entfembare Roste abgedeckt sein.
Die Gebläseeinheit weist bei diesem Beispiel vier Axialschraubgebläse 6 auf, die symmetrisch einander benachbart angebracht sind. Die Gebläse saugen Außenluft A durch Behandlungseinrichtungen der Lüftungsvorrichtung an und blasen einen nach unten gerichteten Einlaßluftstrom B in den Betriebsschacht.
Die Gebläse erzeugen vier parallele turbulente Strömungen B', die nach unten gerichtet sind und einander brechen, und zusammen, wie gezeigt in Fig. 3, den Einlaßluftstrom B ausbilden.
Auf der Auslaßseite eines jeden Gebläses ist eine Ausgleichskammer 7 angebracht, in der ein Durchgangskanal mittels Trerinwänden 8 in kleine Strömungskanäle 9 aufgeteilt ist, deren Länge verglichen mit der Breite groß ist. Die Trennwände sind aus einem schalldämpfenden Material gemacht, so daß die Ausgleichskammer als ein Geräuschdämpfer dient.
Düsen 10, die nach unten gerichtete Unterstützungsstrahlen c erzeugen, sind an einigen Stockwerken an den Rändern des Betriebsschachts angebracht und stellen sicher, daß der Einlaßluftstrom B zusammen und in einer richtigen Richtung gehalten wird. In sehr hohen Gebäuden kann der Luftstrom durch die Anordnung einer Einheit mit Gebläsen und Ausgleichskammern, ähnlich zu der am Dach angeordneten, auch in einem Zwischenniveau oder auf mehreren Niveaus nach unten gebracht werden.
Erfahrungsgemäß kann der Luftstrahl mittels des beschriebenen Systems dazu gebracht werden, sich von dem höchsten Stockwerk zu dem niedrigsten in einem mehr als 70 m hohen Gebäude zu erstrecken. Die sich mit dem Strahl bewegende Luftströmung ist verglichen mit dem Einlaßluftstrom vielfach, weil die eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Luft des Strahls Umgebungsluft von dem oberen Teil des Gebäudes mit sich bringt. Dadurch ist der Druckausgleich sehr wirkungsvoll.
Ablenkeinrichtungen 11 sind an jedem Stockwerk in dem Betriebsschacht angebracht, wobei die Einrichtungen an dem Stockwerk einen Teil des Einlaßluftstromes zu dem Bereich des Stockwerks ablenken. Die Ablenkeinrichtungen sind bei dieser Ausführungsform aus Platten 12 gebildet, die drehbar in Lagern angebracht sind, wobei sich die Platten in den Luftstrom erstrecken. Im Winter befinden sich die Platten in den oberen Stockwerken in einer vertikalen Stellung, wodurch nur ein kleiner Teil D des Luftstroms in die höchsten Stockwerke, wie dargestellt in Fig. 4, abgelenkt wird. Im Sommer werden die Platten in eine horizontale, durch gestrichelte Linien angedeutete Stellung gedreht, wodurch ein größerer Teil D des Luftstroms zu den höchsten Stockwerken, wie dargestellt in Fig. 5, abgelenkt wird. In dem unteren Teil des Gebäudes ist die Wirkungsweise entgegengesetzt, und im mittleren Teil können die Platten meist feststehend sein. Die Steuerung der Stellung kann anhand der Außentemperatur stattfinden.
Druckverhältnisse zwischen den Stockwerken können dadurch verhältnismäßig genau, ohne eine Vergrößerung des Luftstroms der Gebläse, gesteuert werden.
Eine Reihe horizontal blasender Hochgeschwindigkeitsdüsen 13 ist an jedem Stockwerk an dem Rand des Betriebsschachts angebracht, wobei die Düsen Luft E von der vertikalen Strömung anziehen und sie, wie gezeigt in Fig. 6, in das Niveau blasen. Durch die Wahl der Düsengröße, der darin ausgebildeten Geschwindigkeit der Luft, der Blasrichtung und eines geeigneten Orts kann die Luft dazu gebracht werden, sich auf gewünschte Art und Weise in die Niveaus zu verbreiten. Der Einfluß der Außentemperatur auf die Druckverhältnisse in dem Gebäude kann durch Einstellung des Impulses der Düsen in einer Weise, wie sie z.B. in dem finnischen Patent 66 484 beschrieben ist, ausgeschaltet werden.
Die Luftströmung der Düsen ist verglichen mit der durch die Düsen angetriebenen Luftströmung klein, so daß der Stromverbrauch mäßig ist. Sie können an dem Rand des Betriebsschachts angeordnet werden, und behindern somit nicht die Verwendung des Schachts.
Die obige Beschreibung soll lediglich den Gedanken der Erfindung verdeutlichen. Bezüglich der Einzelheiten kann das System der Erfindung innerhalb des durch die Ansprüche festgelegten Bereichs variieren. Die beschriebenen Elemente können auf viele verschiedene Arten kombiniert werden, und es können Systeme mit ein wenig anderen Eigenschaften vorgesehen sein. Die Erfindung kann auch auf eine Klimaanlage angewendet werden. Anstelle des Betriebsschachts kann irgendein anderer freier Raum des Gebäudes, der sich vertikal durch dieses erstreckt und mit den Zwischenniveaus in Verbindung steht, verwendet werden.

Claims

1. Lüftungssystem eines mehrstöckigen Gebäudes, mit

- einer am Dach des Gebäudes (1) angebrachten Vorrichtung (4) mit Gebläsen (5) zum Erzeugen eines Einlaßluftstromes (B) und

- einem Verteilungskanal zum Zuführen des Einlaßluftstromes zu verschiedenen Zwischenniveaus (2) des Gebäudes, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein vorhandener Betriebsschacht (3) des Gebäudes (1) oder ein ähnlicher, sich in vertikaler Richtung durch das Gebäude erstreckender und sich zu den Zwischenniveaus (2) öffnender Raum als ein Kanal für den Einlaßluftstrom dient, wobei er einen von den Gebläsen (5) nach unten gerichteten Strömungsweg für den Einlaßluftstrom (B) und Umgebungsluft bildet, die von dem Inneren der oberen Zwischenniveaus (2) des Gebäudes durch den Einlaßluftstrom eingeführt wurde, und daß

- Ablenkeinrichtungen (11; 13) an Zwischenniveaus (2) an einem Rand des Betriebsschachts (3) zum Zuleiten eines Teils (D; E) des Einlaßluftstromes (B) zu dem jeweiligen Zwischenniveau des Gebäudes vorgesehen sind.

2. System nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Betriebsschacht (3) in einer Ecke des Gebäudes (1) angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Lüftungsvorrichtung (4) wenigstens zwei Axialschraubgebläse (5) aufweist, die einander benachbart angeordnet sind und wenigstens zwei parallele turbulente Strömungen (B') erzeugen, die einander brechen, und den nach unten gerichteten Einlaßluftstrom (B) bilden.

4. System nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß

zusätzliche Leiteinrichtungen (10) für den Einlaßluftstrom (B) nach den Gebläsen (5) angebracht sind, um den Einlaßluftstrom in Richtung des Betriebsschachts (3) zu leiten.

5. System nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine zusätzliche Luftleiteinheit mit Gebläsen (5) und einer Leitvorrichtung (10) wenigstens an einem Zwischenniveau (2) in dem Betriebsschacht (3) angebracht ist, um den Einlaßluftstrom (B) in Richtung des Betriebsschachts (3) zu leiten.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ablenkeinrichtungen (11) durch Ablenkplatten (12) gebildet werden, die an gewünschten Zwischenniveaus (2) in dem Betriebsschacht (3) angebracht sind und zwischen einer vertikalen Stellung und einer horizontalen Stellung verstellbar sind.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtungen (13) als zu den Zwischenniveaus (2) parallele und an erwünschten Zwischenniveaus (2) an dem Rand des Betriebsschachts (3) angebrachte Verteilungsdüsen (13) ausgebildet sind, die Luft (E) von dem Lufteinlaßstrom (B) entnehmen und sie über das Zwischenniveau blasen.

8. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch

einen Strömungsausgleichsabschnitt (7), der in dem Betriebsschacht (3) nach den Gebläsen (5) angebracht ist und eine Anzahl nebeneinander liegender Strömungskanäle (9) bildet, die durch Trennwände (8) getrennt sind, um die Turbulenz des Einlaßluftstromes (B) zu dämpfen und die Strömung auszugleichen.

9. System nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Trennwände (8) aus einem schalldämpfenden Material sind.

10. System nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß

die zusätzlichen Leiteinrichtungen (10) durch an einem gewünschten Zwischenniveau (2) am Rand des Betriebsschachts (3) angebrachte Düsen gebildet werden, die nach unten blasende Unterstützungsstrahlen (C) erzeugen, die parallel zu dem Betriebsschacht verlaufen.