Schienenfahrzeug mit luftdurchlässiger Wandung zur Innenraumbelüftung durch Verdrängungs- bzw. Quelllüftung

Abstract

 Schienenfahrzeug mit einem Innenraum (200) zur Personenbeförderung und einer Belüftungseinrichtung zur Belüftung des Innenraums (200), wobei die Belüftungseinrichtung einen Einlass (203) zum Einbringen von Zuluft (ZL) in den Innenraum und einen Auslass (205) zum Abführen von Abluft (AL) aus dem Innenraum umfasst, wobei der Einlass durch eine Vielzahl von ersten Öffnungen (203) gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer ersten Wandung (202) verteilt sind, und wobei diese erste Wandung (202) den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums (200) bildet. Das Schienenfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass durch eine Vielzahl von zweiten Öffnungen (205) gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer zweiten Wandung (204) verteilt sind, und dass diese zweite Wandung (204) gegenüber der ersten Wandung (202) liegt und den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums (200) bildet. Bevorzugter Einsatz in Führerständen oder Fahrgasträumen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einem Innenraum zur Personenbeförderung und einer Belüftungseinrichtung zur Belüftung des Innenraums, wobei die Belüftungseinrichtung folgendes umfasst:

• einen Einlass zum Einbringen von Zuluft in den Innenraum; und
• einen Auslass zum Abführen von Abluft aus dem Innenraum,

wobei der Einlass durch eine Vielzahl von ersten Öffnungen gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer ersten Wandung verteilt sind, wobei diese erste Wandung den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums bildet.

[0002] Ein solches Schienenfahrzeug ist aus den Figuren 4 bis 6 der US 2,172,944 bekannt. Bei diesem Schienenfahrzeug wird Luft großflächig über Deckenperforierungen in den Fahrgastraum eingeblasen, damit im Fahrgastraum keine unangenehmen Luftzüge entstehen. Wie die eingeblasene Luft wieder aus dem Fahrgastraum gelangt, ist nicht beschrieben. In der Figur 1 dieses Dokuments ist eine vergleichbare Fahrgastraumbelüftung für einen Reisebus dargestellt. Die in den Reisebus eingeblasene Luft wird über in Bodennähe befindliche Gitter wieder abgezogen.

[0003] Nachteilig bei dieser Art von Luftabzug sind die dabei entstehenden Luftzüge, die beträchtliche Geräuschentwicklung aufgrund der hohen Absauggeschwindigkeiten, eventuelle Kurzschlussströmungen und die systembedingte geringere Lüftungseffizienz. Die Dokumente US 2,329,102 und WO 2012/156272 A1 offenbaren ähnliche Fahrgastraumbelüftungen mit den gleichen Nachteilen.

[0004] Die Dokumente US 2,305,075 und US 2,120,433 offenbaren Belüftungseinrichtungen für Kühlwagen. Diese Belüftungseinrichtungen sind zum Kühlen von verderblichen Waren ausgelegt und nicht für die Klimatisierung von Innenräumen für die Personenbeförderung geeignet.

[0005] Weiterhin zeigt die Figur 1 eine weitere für Innenräume 100 von Schienenfahrzeugen übliche Belüftungseinrichtung 102, 104. Die Pfeile in Figur 1 stellen den Luftfluss dar. Der Einlass 102 und der Auslass 104 der Belüftungseinrichtung werden jeweils durch eine Öffnung gebildet, die sich in etwa in der Mitte einer Seitenwand 106, 108 des Innenraums 100 befindet.

[0006] Diese bekannte Art von Belüftungseinrichtung, die eine Mischlüftung ("mixing ventilation") bewirkt, hat insbesondere die folgenden Nachteile:

• Personen, die sich in der Nähe des Einlasses 102 befinden, sind einem starken Luftstrom aufgrund des kleinflächigen Lufteinlasses ausgesetzt, der deren Wohlbefinden beeinträchtigen kann;
• Der Luftaustausch im Innenraum 100 ist zu langsam und folglich energieaufwändig, was dazu führt, dass die Werte der Lüftungseffektivität meist nur um den Wert 0,5 liegen;
• Die Geräuschentwicklung ist aufgrund der sehr kleinen Lufteinlassquerschnitte bei der Mischlüftung beträchtlich.

[0007] Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die oben aufgeführten Nachteile überwunden werden.

[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Auslass durch eine Vielzahl von zweiten Öffnungen gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer zweiten Wandung verteilt sind, und dass diese zweite Wandung gegenüber der ersten Wandung liegt und den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums bildet.

[0009] Indem erfindungsgemäß die Luft durch eine Vielzahl von großflächig verteilten Öffnungen aus dem Innenraum abgeführt wird und diese Auslassöffnungen gegenüber den Einlassöffnungen angeordnet sind, entsteht im Innenraum ein breiter, flächiger und geradliniger Luftstrom geringer Geschwindigkeit bzw. geringen Impulses vom Lufteinlass hin zum Luftauslass. Die geringe Geschwindigkeit und die flächige Verteilung sorgen einerseits für einen geringeren Energieverbrauch bei der Belüftung und andererseits für ein für Personen (Fahrgäste und Triebfahrzeugführer) angenehmes Klima im Innenraum. Außerdem bleibt wegen der geringen Geschwindigkeit die Geräuschentwicklung geringer als bei der herkömmlichen Mischlüftung.

[0010] Dank des erfindungsgemäßen Einlasses entsteht bei der Belüftung des Innenraums eine Zuluftschicht über der Wandung, welche Schicht sich anschließend durch den Innenraum bewegt und die dort vorhandene Luft aus dem Innenraum verdrängt. Auf diese Weise wird die Luft im Innenraum zügig und effektiver als bei der Mischlüftung ausgetauscht. Bei sehr kleinen Impulsen kann sogar der Effekt der Quelllüftung ausgenutzt werden. Das heißt, dass die Luft sich durch die natürliche Konvektion an den im Innenraum befindlichen thermischen Lasten wie etwa anwesende Personen erwärmt, und schließlich bewegt.

[0011] Für eine detaillierte Erläuterung der Quelllüftung wird auf den Artikel "Quelllüftung und ihre Anwendungsbereiche" von Herrn Dr.-Ing. Franc Sodec, erschienen in der Ausgabe 2002-2003 des IHKS-Fach.Journals, abzurufen unter http://www.ihks-fachjournal.de/ausgabe/2003-2004/page/6A, verwiesen.

[0012] Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug zusätzlich eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale aufweisen, in allen technisch möglichen Kombinationen:

• Die Belüftungseinrichtung umfasst außerdem einen hinter der ersten Wandung befindlichen luftführenden ersten Hohlraum zur Versorgung der ersten Öffnungen mit Zuluft, der sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche der ersten Wandung erstreckt;
• Die Belüftungseinrichtung umfasst außerdem einen hinter der zweiten Wandung befindlichen luftführenden zweiten Hohlraum zur Aufnahme der Abluft von den zweiten Öffnungen, der sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche der zweiten Wandung erstreckt;
• Die erste und/oder die zweite Wandung weisen/weist zumindest einen Zugang zum ersten bzw. zweiten Hohlraum auf;
• Das Schienenfahrzeug ist ein Triebwagen, ein Personenwagen, eine Lokomotive oder eine Straßenbahn;
• Einen den Innenraum umfassenden Führerstand.

[0013] Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben der Belüftungseinrichtung des oben definierten Schienenfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft mit einer Geschwindigkeit kleiner gleich 0,2 m/s über den Einlass in den Innenraum eingebracht wird.

[0014] Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale aufweisen, in allen technisch möglichen Kombinationen:

• Die Zuluft wird mit einer Untertemperatur von circa 2 bis 4 Kelvin über den Einlass in den Innenraum eingebracht;
• Die erste Wandung bildet den Boden und die zweite Wandung die Decke des Innenraums, sodass sich beim Einbringen der Zuluft in den Innenraum eine Quelllüftung einstellt.

[0015] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben, wobei:

• Die Figur 1 den Innenraum eines Schienenfahrzeugs mit einer bekannten Belüftungseinrichtung zeigt;
• Die Figuren 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung für einen Innenraum eines Schienenfahrzeugs zeigen;
• Die Figuren 5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Zugangs zu Hohlräumen der Belüftungseinrichtung zeigen; und
• Die Figur 8 einen Führerstand eines Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung zeigt.

[0016] Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Belüftung der Innenräume von Schienenfahrzeugen, wie z.B. Triebwagen, Personenwagen oder Lokomotiven.

[0017] Grundidee der Erfindung ist es, den Innenraum eines Schienenfahrzeugs dank einer Verdrängungslüftung ("displacement ventilation") wie etwa einer Quelllüftung zu klimatisieren. Die Figuren 2 bis 4 zeigen beispielhaft verschiedene mögliche Ausgestaltungen einer solchen Verdrängungslüftung.

[0018] In den Figuren 2 bis 4 ist jeweils ein Personen P aufnehmender Innenraum 200 eines Schienenfahrzeugs im Querschnitt dargestellt. Bei dem Innenraum 200 kann es sich z. B. um einen Fahrgastraum oder um den Führerstand des Schienenfahrzeugführers handeln. Der Innenraum 200 ist mit einer Belüftungseinrichtung ausgestattet, die einen Einlass 203 zum Einbringen von Zuluft in den Innenraum und einen Auslass 205 zum Abführen von Abluft aus dem Innenraum aufweist.

[0019] Der Einlass ist in Form einer Vielzahl von ersten Öffnungen 203 verwirklicht, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer ersten Wandung 202 verteilt sind, wobei diese erste Wandung 202 den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums 200 bildet.

[0020] Der Auslass wird durch eine Vielzahl von zweiten Öffnungen 205 gebildet, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer zweiten Wandung 204 verteilt sind, wobei diese zweite Wandung 204 den Boden, die Decke oder einer Seitenwand des Innenraums 200 bildet. In allen drei Ausführungsformen liegt die erste Wandung 202 und somit der Lufteinlass 203 gegenüber der zweiten Wandung 204 und somit gegenüber dem Luftauslass 205.

[0021] Die Belüftungseinrichtung umfasst außerdem einen hinter der ersten Wandung 202 befindlichen luftführenden ersten Hohlraum 206 zur Versorgung der ersten Öffnungen 203 mit Zuluft ZL, der sich über die gesamte Fläche der ersten Wandung 202 erstreckt.

[0022] Die Belüftungseinrichtung umfasst auch einen hinter der zweiten Wandung 204 befindlichen luftführenden zweiten Hohlraum 208 zur Aufnahme der Abluft AL von den zweiten Öffnungen 205, der sich über die gesamte Fläche der zweiten Wandung 204 erstreckt.

[0023] Bei der Ausführungsform der Figur 2 bildet die erste Wandung 202 den Boden des Innenraums 200 und die zweite Wandung 204 bildet die Decke des Innenraums 200. Somit wird der Lufteinlass 203 durch eine Vielzahl von über den Boden vorzugsweise gleichmäßig verteilten Öffnungen gebildet. Der Luftauslass 205 ist in Form einer Vielzahl von über die Decke vorzugsweise gleichmäßig verteilten Öffnungen verwirklicht.

[0024] Bei der Ausführungsform der Figur 3 bildet die erste Wandung 202 die Decke des Innenraums 200 und die zweite Wandung 204 bildet den Boden des Innenraums 200. Somit wird der Lufteinlass 203 durch eine Vielzahl von über die Decke vorzugsweise gleichmäßig verteilten Öffnungen gebildet. Der Luftauslass 205 ist in Form einer Vielzahl von über den Boden vorzugsweise gleichmäßig verteilten Öffnungen verwirklicht.

[0025] Bei der Ausführungsform der Figur 4 bildet die erste Wandung 202 eine erste Seitenwand des Innenraums 200. Die zweite Wandung 204 bildet eine zweite Seitenwand des Innenraums 200, die der ersten Seitenwand gegenüberliegt. Somit werden der Lufteinlass 203 und der Luftauslass 205 durch eine Vielzahl von über eine der Seitenwände vorzugsweise gleichmäßig verteilten Öffnungen gebildet. Dabei kann der Luftstrom wahlweise von links nach rechts oder umgekehrt strömen.

[0026] Vorzugsweise weist die erste und/oder die zweite Wandung 202, 204 zumindest einen Zugang 210 zum ersten bzw. zweiten Hohlraum 206, 208 auf. Die Figuren 5 bis 7 zeigen mögliche Ausführungsformen der Zugänge 210. So können die Zugänge 210 zum Beispiel in Form von Revisionsklappen verwirklicht sein. Dank der Zugänge 210 ist der entsprechende Hohlraum 206, 208 leicht zugänglich. Daher kann dieser jederzeit inspiziert oder gereinigt werden, ohne aufwändig Verkleidungen des Innenraumes zu demontieren. Die Hygieneanforderungen aus den Normen VDI 6022 und VDI 6032 können durch die Zugänge 210 leichter realisiert werden als mit herkömmlichen Luftkanalsystemen, welche sich meist hinter Verkleidungen / Vouten befinden.

[0027] Es wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung gemäß den Figuren 2 bis 4 beschrieben. Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung erzeugt eine Verdrängungslüftung und insbesondere eine Quelllüftung des Innenraums 200. Der entsprechende Luftstrom ist in den Figuren 2 bis 4 durch Pfeile dargestellt.

[0028] Zunächst wird die in den Innenraum 200 einzuführende Luft in den ersten Hohlraum 206 gebracht. Sodann wird die in dem Hohlraum 206 befindliche Luft in Form von Zuluft ZL durch die luftdurchlässige erste Wandung 202 mit geringer Geschwindigkeit und hohem Gesamtvolumen in den Innenraum 200 geblasen. Der Zuluftstrom ZL verdrängt die im Innenraum 200 vorhandene Innenluft IL in Richtung des Auslasses 205. Die Innenluft IL verlässt dann den Innenraum 200 in Form von Abluft AL durch den Auslass 205. So erreicht die Abluft AL nach Durchquerung der zweiten Wandung 204 den zweiten Hohlraum 208.

[0029] Durch die erfindungsgemäße Verdrängungsströmung kann sich die Lüftungseffektivität des Innenraums 200 im Vergleich zur bisher eingesetzten Mischlüftung von 0,5 auf ca. 1,0 verdoppeln und somit verbessern.

[0030] Die Messgröße "Lüftungseffektivität" beschreibt, wie schnell verbrauchte Luft aus einem Raum entfernt wird. Sie wird durch das Verhältnis der Schadstoffkonzentration in der Abluft Ce zur Schadstoffkonzentration in der Raumluft Cm definiert:

[0031] Bevorzugt wird im Innenraum 200 eine Quelllüftung erzeugt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zuluft ZL über den Einlass 203 mit einer Geschwindigkeit kleiner gleich 0,2 m/s und mit einer Untertemperatur von 2 bis 4 Kelvin dem Innenraum 200 zugeführt wird. Mit anderen Worten wird die Zuluft ZL bei einer Temperatur T_ZL in den Innenraum 200 eingeblasen, die 2 bis 4 Kelvin unter der aktuellen Innenraumtemperatur T_IL liegt, sodass der Innenraum 200 gekühlt wird. Im Innenraum 200 stellen sich dadurch vertikale Dichte- und Temperaturgradienten ein. Die Luftgeschwindigkeit im Innenraum 200 selber liegt dann etwa zwischen 0,04 bis 0,08 m/s, weil die Strömung größten Teils durch die natürliche Auftriebsthermik erzeugt wird.

[0032] Figur 8 zeigt beispielhaft einen Führerstand 211 mit einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung. Die luftdurchlässige erste Wandung 202 ist hier als Boden des Innenraums 200 des Führerstands 211 ausgebildet. Dieser Boden 202 ist mit einem luftdurchlässigen Teppich 212 bedeckt. Man erkennt hinter dem Boden 202 den ersten Hohlraum 206.

[0033] Im Vergleich zur bekannten Mischlüftung (oder auch Verdünnungslüftung) sorgt die erfindungsgemäße Verdrängungslüftung für einen sanften, wirbelfreien und großflächig verteilten Luftstrom, der von den im Innenraum des Schienenfahrzeugs befindlichen Personen als sehr angenehm empfunden wird (gesteigerte Behaglichkeit im Vergleich zur Mischlüftung). Im Winter bewirkt dieser Luftstrom eine gleichmäßige Verteilung der Warmluft im Innenraum ohne überhitzte Bereiche, wie sie bei der Mischlüftung in der Nähe der Einlässe auftreten, weil die Zuluft über die gesamte Innenraumfläche des Fahrzeuges eingebracht wird. Im Sommer bewirkt der besagte Luftstrom eine angenehme Kühlung ohne kalten Luftzug, wie er bei der Mischlüftung vorkommt, weil der Effekt der natürlichen Konvektion ausgenutzt werden kann.

[0034] Abschließend hat die erfindungsgemäße Verdrängungslüftung auch noch den Vorteil, dass mit ihr die Klima- und Temperaturanforderungen der einschlägigen Normen (EN 13129, EN 14750 und EN 14813) erfüllt werden können.

Ansprüche

1. Schienenfahrzeug mit einem Innenraum (200) zur Personenbeförderung und einer Belüftungseinrichtung zur Belüftung des Innenraums (200), wobei die Belüftungseinrichtung folgendes umfasst:

- einen Einlass (203) zum Einbringen von Zuluft (ZL) in den Innenraum; und

- einen Auslass (205) zum Abführen von Abluft (AL) aus dem Innenraum,

wobei der Einlass durch eine Vielzahl von ersten Öffnungen (203) gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer ersten Wandung (202) verteilt sind, wobei diese erste Wandung (202) den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums (200) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass durch eine Vielzahl von zweiten Öffnungen (205) gebildet wird, die flächig im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche einer zweiten Wandung (204) verteilt sind, und dass diese zweite Wandung (204) gegenüber der ersten Wandung (202) liegt und den Boden, die Decke oder eine Seitenwand des Innenraums (200) bildet.

2. Schienenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Belüftungseinrichtung außerdem einen hinter der ersten Wandung (202) befindlichen luftführenden ersten Hohlraum (206) zur Versorgung der ersten Öffnungen (203) mit Zuluft umfasst, der sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche der ersten Wandung (202) erstreckt.

3. Schienenfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Belüftungseinrichtung außerdem einen hinter der zweiten Wandung (204) befindlichen luftführenden zweiten Hohlraum (208) zur Aufnahme der Abluft von den zweiten Öffnungen (205) umfasst, der sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche der zweiten Wandung (204) erstreckt.

4. Schienenfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste und/oder die zweite Wandung zumindest einen Zugang (210) zum ersten bzw. zweiten Hohlraum aufweisen/aufweist.

5. Schienenfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schienenfahrzeug ein Triebwagen, ein Personenwagen, eine Lokomotive oder eine Straßenbahn ist.

6. Schienenfahrzeug nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem den Innenraum (200) umfassenden Führerstand (211).

7. Verfahren zum Betreiben der Belüftungseinrichtung des Schienenfahrzeugs nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluft (ZL) mit einer Geschwindigkeit kleiner gleich 0,2 m/s über den Einlass (203) in den Innenraum (200) eingebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zuluft (ZL) mit einer Untertemperatur von circa 2 bis 4 Kelvin über den Einlass (203) in den Innenraum (200) eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Wandung (202) den Boden und die zweite Wandung (204) die Decke des Innenraums (200) bildet, sodass sich beim Einbringen der Zuluft (ZL) in den Innenraum (200) eine Quelllüftung einstellt.

Zeichnung