Lüftungseinrichtung für bedarfsorientierten Luftaustausch

Abstract

 Lüftungseinrichtung für den bedarfsorientierten Austausch der Luft in einem Raum mit der Außenluft mittels eines eine veränderbare Durchgangsöffnung für den Luftwechsel aufweisenden Lüftungsele­mentes mit einem als mechanisches Stellorgan oder als Ventilele­ment ausgebildeten Feuchtesensors, wobei ein zweites Lüftungsele­ment vorgesehen sein kann, das einen auf die Temperatur der Außen­luft reagierenden Sensor aufweist. Vorteilhafte Ausbildung der Lüftungselemente als Walzenventile mit Steuerung durch hygrophile Faser 12 bzw. durch Bimetallspirale 11, oder Ausführung des Lüf­tungselementes als Flachschieber 6a mit Steuerung durch ein Band hygrophiler Fasern 19.

Beschreibung

[0001] Ein unkontrollierter Luftaustausch zwischen der Luft in einem Raum und der Außenluft, wie er nicht nur beim übli­chen Öffnen von Türen und Fenstern stattfindet, sondern bislang sich auch als "latenter" bzw. "natürlicher" Luft­austausch durch undichte Tür- und Fensterfugen abgespielt hat, führt in der Regel zu einem unerwünschten Verlust der mit der Raumluft fortgeführten Wärme. Aus Gründen der Ener­gieeinsparung hat man daher Wert auf optimale Abdichtung der Tür- und insbesondere der Fensterfugen gelegt; der "natür­liche" Luftaustausch wird dadurch unterbrochen oder zumin­dest gehemmt.
Wasserdampf, der in einem dergestalt abgedichteten Raum von der darin sich aufhaltenden Personen und darüber hinaus von Pflanzen sowie durch Wasserverdunstung, Wasserdampf ausschei­dende Einrichtungen, Geräte und dergl. produziert wird, läßt die Luftfeuchte im Raum steigen, was sich auf die den Raum einschließenden Bauteile nachteilig auswirken kann und das Raumklima ungünstig beeinflußt, d.h. durch eine zeitlich be­grenzte, gründliche Lüftung mit intensivem Luftaustausch zwi­schen Innen- und Außenluft, die Luftfeuchte und gegebenen­falls auch die Lufttemperatur wieder normalisiert werden. Diese Art der Lüftung kann aber Ursache einer ungünstigen Wärmebilanz sein, weil Gradmesser für den Luftungseffekt in der Regel das subjektive Empfinden der die Lüftung vornehmen­den Person ist, was oft zu einer unnötig langen Lüftungsdauer mit entsprechendem Wärmeverlust führt.

[0002] Es ist bekannt, Fenster, gegebenenfalls auch Türen, mit Lüftungsklappen, Lüftungsgittern oder dergl. zu versehen, die von Hand verstellbar sind, un eine Verbindung mit ver­änderbarem Querschnitt zwischen Innen- und Außenluft her­zustellen. Mit diesen von Hand zu bedienenden Mitteln läßt sich ein kontinuierlicher Austausch der Luft in einem Raum mit der Außenluft bewerkstelligen. Auch hier besteht aber die Gefahr einer ungünstigen Wärmebilanz, weil Gradmesser für die den Lüftungseffekt bedingende Bedienung der Lüf­tungsklappen u.ä. auch jetzt das subjektive Empfinden der Bedienungsperson ist und weil überdies mit einer theoretisch notwendigen dauernden Beobachtung des Lüftungserfolgs in der Regel nicht zu rechnen ist.

[0003] Es ist ferner auch bekannt, Lüftungsklappen und dergl. durch mechanische Stellglieder, die motorisch, also unter Zufuhr von Hilfsenergie, betrieben werden, zu betätigen. Hier be­steht die Möglichkeit, die Stellmotoren durch Sensoren, z.B. für die Lufttemperatur, zu schalten und so eine objek­tive, optimale Lüftungsregelung durchzuführen. Diese Art der automatischen Lüftungsregelung mit Zufuhr von Hilfs­energie ist indessen apparativ sehr aufwendig und mit trag­baren Kosten in bestehende Gebäude in der Regel nicht nach­träglich einzuführen.

[0004] Die Erfindung geht aus von einer Lüftungseinrichtung zum bedarfs­orientierten Austausch der Luft in einem Raum mit der Außenluft mittels eines eine veränderbare Durchgangsöffnung für den Luft­wechsel aufweisenden Lüftungselementes. Ihr liegt die Aufgabe zu­grunde, eine solche Einrichtung zu schaffen, die ständig eine ob­jektive, optimale Lüftungsregelung mit einfachen Mitteln und ohne Zufuhr von Hilfsenergie ermöglicht, wobei die Wärmeverluste im Raum gering gehalten werden sollen.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Steuerung des Luftaustausches ein auf die Feuchte der Raumluft reagierender Sensor vorgesehen ist, der als mechanisches Stellor­gan zum stetig veränderbaren Öffnen und Schließen der Durchgangs­öffnung in Abhängigkeit von der Raumluftfeuchte - oder als Ventil­element selbst ausgebildet ist.

[0006] Der Erfindung liegt die Oberlegung zugrunde, daß eine wesentliche Vereinfachung der Steuerung des bedarfsorientierten Luftaustau­sches bewirkt werden kann, wenn ein auf die Feuchtigkeit der Raumluft reagierender Sensor nicht über einen Hilfsmotor wirkt, sondern so ausgebildet ist, daß er selbst als Stellorgan oder als Ventilverschlußelement ausgebildet ist.

[0007] Die Größe der Stellenergie bei einem solchen unmittelbar von ei­nem Sensor betätigten Lüftungselement ist nicht sehr groß. Um trotzdem kurze Steuerzeiten und ausreichende Lüftungsquerschnitte bei allen Betriebsverhältnissen zu erreichen, kann es zweckmäßig sein, zusätzlich zu dem von einem Feuchtesensor gesteuerten Lüf­tungselement ein weiteres Lüftungselement vorzusehen, das durch einen auf die Temperatur der Außenluft reagierenden Sensor geöff­net oder geschlossen wird. Wenn dabei die Sensoren so ausgebildet sind, daß bei niedriger Außentemperatur das temperaturgesteuerte Lüftungselement geschlossen bleibt und sich erst bei höheren Au­ßentemperaturen allmählich öffnet, können die Abmessungen beider Lüftungselemente und damit deren Trägheit kleiner sein. Außerdem werden dadurch die Wärmeverluste im Raum verringert. Vorteilhaft ist es weiter, die Lüftungselemente als reibungs- und trägheitsar­ me Walzenventile auszubilden, deren Hohlzylinder durch eine hygro­phile Faser oder eine Bimetallspirale als Stellelemente verdrehbar sein können.

[0008] Für Anwendungen, bei denen ein dichter Abschluß der Lüftungsele­mente auch bei starker Windanströmung notwendig ist, kann ein senkrechter Flachschieber zweckmäßiger sein. Für die dabei er­forderlichen höheren Stellkräfte ist als Feuchtesensor ein Band aus hygrophilen parallelen Fasern vorgesehen. Die Rückstellung er­folgt durch das Eigengewicht des Schiebers.

[0009] Die Lüftungseinrichtung mit zwei Lüftungselementen ist zur ge­trennten wie zur simultanen Regelung von Lufttemperatur und Luft­feuchte in einem Raum geeignet.

[0010] Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der durch eine Kombination von Walzenventilen oder Schiebern die Größe des Öffnungsquerschnitts abhängig von der Feuchte der Innen- und der Temperatur der Außenluft dergestalt geregelt wird, daß die Taupunktstemperatur der Innenluft stets niedriger ist als die nie­drigste Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen. Da­durch läßt sich die sonst zur Kondenswasser- und bis zur Schimmel­bildung an den den Raum einschließenden Bauteilen führende, beson­ders kritische Situation beherrschen, die auftritt, wenn der Tau­punkt der feuchten Innenluft unterschritten wird.

[0011] Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend anhand der Fi­guren beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Figur 1a einen Längsschnitt durch eine Lüftungseinrichtung mit zwei Lüftungselementen

Figur 1b einen waagerechten Schnitt längs der Linie D-D in Figur 1a

Figur 1c eine Aufsicht in Richtung E-E in Figur 1a

Figur 1d einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Lüftungseinrichtung

Figur 1e einen waagerechten Schnitt längs der Linie I-I in Figur 1d

Figur 1f eine Aufsicht in der Richtung H-H in Figur 1d

Figur 2a einen Querschnitt längs der Linie A-A in der Figur 1a

Figur 2b einen Querschnitt längs der Linie B-B in den Figuren 1a und 1d

Figur 2c einen Querschnitt längs der Linie C-C in der Figur 1a

Figur 2d einen Querschnitt längs der Linie K-K in der Figur 1d

[0012] Die in den Figuren (1a, 1b, 1c und 2a, 2b, 2c) dargestellte Lüftungseinrichtung umfaßt zwei Walzenventile 5a bzw. 3b, die in einem gemeinsamen Ge­häuse 3 um ihre voneinander getrennten Achsen, 14a bzw. 14b. drehbar angeordnet sind. Jedes Walzenventil besteht im wesentlichen aus einem Hohlzylinder, 1a bzw. 1b, mit achsparallelen Ausschnitten 2i und 2a, der in einer koaxialen Kammer, 31 bzw. 32, Gehäuses 3 untegebracht ist. Die Kammern für die Unterbringung der Hohlzylinder sind mit Aus­schnitten, Lüftungsschlitzen, 4i bzw. 4a, versehen, die sich zu dem zu lüftenden Raum bzw. zur Außenluft öffnen. Das Gehäuse 3 bildet ein Bauteil, welches in Fensterrahmen oder andere Fassadenbereiche einzubauen ist. Das der Temperaturregulierung dienende Walzenventil 5a wird durch die kraftschlüssig damit verbundene Spiralfeder 11 aus Bimetall nach dem Prinzip eines Metallthermometers abhängig von der Temperatur der Luft betätigt, die durch die Lüf­tungsschlitze 4i und 4a sowie durch die Zylinderausschnit­te 2i und 2a, die dem Walzenventil 5a zugeordnet sind, streicht. Die Intensität des Luftwechsels zwischen Innen­raum und Außenluft hängt von dem Querschnitt der freien Öff­nung ab, die für die durchstreichende Luft durch das Walzen­ventil 5a freigegeben wird; sie ist über die Bimetallfeder 11 von der Lufttemperatur abhängig und durch die sich dek­kenden Teile der achsparallelen Ausschnitte 2i und 2a des Hohlzylinders 1a und der Lüftungsschlitze 4i und 4a, die dem Walzenventil 5a zugeordnet sind, bestimmt.

[0013] Die Spiralfeder 11 liefert sowohl die Stell- als auch die Rückstellkraft für das Walzenventil 5a. Außer der gezeig­ten Spiralfeder aus Bi-Metall kommen in Rahmen der Erfindung als temperaturabhängige Regulierelemente auch andere Temperatur­federn und Bimetalle sowie hydraulisch arbeitende Temperatur­sensoren mit Flüssigkeits- Gel- oder Wachsfüllung in Be­tracht. Je nach den örtlichen Verhältnissen ist das Walzen­ventil 5a gegen Sonneneinstrahlung und andere nicht unmittel­bar von der Lufttemperatur abhängige Wärmeeinflüsse, die seine Funktion verfälschen würden, zu schützen.

[0014] Zur Regulierung der Luftfeuchte in dem zu lüftenden Raum ist das Walzenventil 6b bestimmt, welches durch das Regulierele­ment 12 als feuchtigkeitsempfindlichen Sensor betätigt wird. Hierfür kommen im Rahmen der Erfindung insbesondere Fasern oder äquivalente Gebilde in Betracht, die aus Natur- oder Kunsthaar bzw. aus natürlichen oder synthetischen Spinnstof­fen bestehen und/oder mit Beschichtungen versehen sind und die insgesamt hygrophil, desorptions- bzw. absorptionsfähig und langzeitig reversibel sind. In den Fig. 1c und 2c ist ein solcher Sensor als sich mehrfach über die Länge des Ge­häuses 3 erstreckende Faser 12 dargestellt.

[0015] Das frei Ende der Faser 12 ist mit einer Feder 15, die der Faser eine dauernde Vorspannung erteilt, am Gehäuse 3 einge­hängt. Über Umlenkrollen 16 ist die Faser 12 sodann mehrmals längs des Gehäuses 3 geführt, um eine vielfache Längenände­rung bei Änderung die Luftfeuchte zu erhalten. Schließlich ist die Faser 12 an einem mit der Achse 14b des Walzenver­tils 5b verbundenen Wickelrad 17 befestigt. Die feuchtig­keitsabhängigen Längenänderungen der Faser 12 bewirken ent­sprechende Drehungen des Walzenventils 5b; dabei liefert die Faser 12 die Stellkraft, während die erforderliche Rückstell­kraft durch eine mit dem Wickelrad 17 verbundene Spiralfeder 13 oder durch ein, hier nicht dargestelltes, gegenläufiges Regulierelement eingeleitet wird. Bei der Anbringung der Lüftungseinrichtung ist darauf zu achten, daß der Feuchtig­keitssensor so plaziert wird, daß er einer konvektiven Strö­mung der Raumluft ausgesetzt wird.

[0016] Die in den Figuren 1d, 1e, 1f und 2a, 2b und 2d dargestellte Aus­führungsform der Erfindung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen dadurch, daß anstelle des die Luftfeuchte regulier­enden Walzenventiles 5a mit dem feuchtigkeitsempfindlichen Sensor 12 ein Schieber 6a vorgesehen ist, der mit einem Feuchtesensor 19 in Form eines Bandes aus vielen parallelen, hygrophilen Fasern zusammenwirkt. Der Schieber 6a ist in dem Gehäuseteil 3a durch an­geformte Leisten 18 senkrecht geführt. An seinem oberen Ende greift ein dünnes Seil oder ein Draht 20 an, der über eine Umlenk­rolle 16 zu dem einen Ende des mit Querstegen 21 versteiften Faserbandes 19 führt. Das andere Ende des Bandes 19 ist durch einen Draht 22 mit einem am Gehäuse 3 befestigten Halter 23 ver­bunden.

[0017] Die vorstehend beschriebene Schieberanordnung benötigt zwar grö­ßere Stellkräfte als das Walzenventil. Sie hat aber den Vorteil, daß sie weniger durch starke Windanströmung gestört wird. Der Druck des Windes kann vielmehr den Schieber an die Führung 18 nach innen andrücken und dadurch ein Abdichtung verbessern. Es wird auch keine Rückholfeder benötigt, da der Schieber das Band 19 durch sein Eigengewicht immer straff hält.

[0018] Außer dem beschriebenen Walzenventil und dem Schieber können auch andere Verschlußrogane, wie Klappen oder Gitter sinngemäß als Lüftungselemente Verwendung finden.

[0019] Beim Einsatz der Lüftungseinrichtung zur simultanen Regulierung von Lufttemperatur und -feuchte in einem zu lüftenden Raum sind folgende Fälle in Betracht zu ziehen, aus denen sich die der Lüftungseinrichtung vorzugebende Beziehung ergibt, nach welcher der Gesamtquerschnitt der Öffnungen zwischen Innen- und Außenluft zu regulieren ist.

1. Winterfall

[0020] Im Winter herrschen niedrige Außentemperaturen und hohe relative Luftfeuchtigkeiten. Der absolute Wassergehalt, d. h. die Wasser­menge je m³ Luft, ist dagegen sehr klein. Daher kann die auf Raum­temperatur erwärmte Außenluft sehr viel Wasser aufnehmen. Zum Ab­ führen der im Raum produzierten Feuchtigkeit genügt daher ein ge­ringer Luftaustausch. Bei niedrigen Außenlufttemperaturen bleibt daher das temperaturgesteuerte Walzenventil 5a geschlossen, und das feuchtgesteuerte Walzenventil 5b öffnet nur bei Feuchteproduk­tion im Raum. Bei voreingestellter relativer Grenzfeuchte im Raum, z. B. bei 50 %, schließt das Walzenventil 5b vollständig, während es bei relativen Feuchten von z. B. über 80 % vollständig öffnet. Der Übergang dazwischen ist stetig und reversibel. Ein erhöhter Luftaustausch liegt also nur zu Zeiten hoher innerer Feuchtepro­duktionen vor, wodurch die Lüftungseinrichtung mit dem Walzenven­til 5b als Bedarfslüftung funtioniert und somit energiesparend wirkt.

2. Übergangsjahreszeit

[0021] In der Übergangsjahreszeit herrschen hohe relative Feuchten bei milden Temperaturen. Der absolute Feuchtegehalt der Außenluft ist sehr groß. Die in den Raum wechselnde Außenluft kann daher nur we­nig Wasserdampf aufnehmen. Bei konstanter Feuchteproduktion ist somit in der Übergangszeit ein größerer Luftaustausch vorzunehmen als in der Winterzeit. Wegen der relativ hohen Außenlufttemperatur wirkt sich dies jedoch nicht stark auf den Wärmeverbrauch und mög­liche verminderte Energieeinsparung aus. Bei optimaler Auslegung des Walzenventils 5b reicht der Luftaus­tausch über dieses Element alleine nicht mehr zum Abbau der Feuch­tigkeit im Raum aus. Daher wird mit ansteigenden Außenlufttempera­turen das Walzenventil 5a selbsttätig geöffnet. Der erforderliche Luftaustausch ist somit freigegeben. Die Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich jetzt als Einrichtung zur Grund- und Bedarfslüftung aus.

3. Sommerfall

[0022] Bei hohen Außenlufttemperaturen ist das Walzenventil 5a vollständig geöffnet. Das Walzenventil 5b unterstützt den Luftaustausch nur bei hohen inneren Feuchtebelastungen. Durch den erhöhten Grundlüftungsstrom werden Überhitzungs­effekte bei starker Sonneneinstrahlung vermindert, wodurch die Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung zu einem be­haglicheren Raumklima führt.

[0023] Beispiele für den Einsatz der Lüftungseinrichtung gemäß der Erfindung:

Schlafzimmer:

[0024] Innenlufttemperatur: 16° C
mittlere Feuchteproduktion: 60 g/h
erforderl. Luftaustausch
Winter (-10 °C): 10 m³/h (nur Ventil 5b)
Übergangszeit (+10 °C): 14 m³/h (Ventile 5b + 5a)

Küche:

[0025] Innenlufttemperatur: 20 ° C
mittlere Feuchteproduktion: 100 g/h
erforderl. Luftaustausch
Winter (-10 °C) 12 m³/h (nur Ventil 5b)
Übergangszeit (+10 °C): 15 m³/h (Ventile 5b + 5a)

Ansprüche

1. Lüftungseinrichtung für den bedarfsorientierten Austausch der Luft in einem Raum mit der Außenluft mittels eines, eine ver­änderbare Durchgangsöffnung für den Luftwechsel aufweisenden, Lüftungselementes
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Steuerung des Luftaustausches ein auf die relati­ve Feuchte der Raumluft reagierender Feuchtensensor vorgesehen ist, der gleichzeitig als mechanisches Stellorgan zum steti­gen Öffnen und Schließen der Durchgangsöffnung des Lüftungse­lementes in Abhängigkeit von der Raumluftfeuchte ausgebildet ist.

2. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Regelung des Luftaustausches zwei getrennt arbei­tende Lüftungselemente vorgesehen sind, von denen das eine durch einen auf die Raumfeuchte und das andere durch einen auf die Temperatur der Außenluft reagierenden Sensor steuer­bar ist.

3. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 2,
gekennzeichnet,
durch eine solche Ausbildung der Sensoren, daß bei niedriger Außentemperatur, z. B. im Winter, nur das durch die Feuchte der Raumluft gesteuerte Lüftungselement betätigt wird, wäh­rend bei höherer Außentemperatur auch das temperaturgesteuer­te Lüftungselement sich zusätzlich oder allein öffnet.

4. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Lüftungselement, als Walzenventil (5a, 5b) ausgebildet ist, das in an sich bekannter Weise aus einem Hohlzylinder (1a, 1b) mit achsparallelen Ausschnitten (2i, 2a) besteht, der innerhalb eines koaxialen, mit Lüftungs­schlitzen (4i, 4a) für die Raum- und die Außenluft versehenen Gehäuses (3) so hin und her drehbar gelagert ist, daß die sich jeweils deckenden Teile der Ausschnitte (2i, 2a) und der Lüftungsschlitze (4i, 4a) die veränderbare Durchgangsöffnung bilden.

5. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuchtesensor eine sich mehrfach über die Länge des Gehäuses (3) erstreckende hygrophile Faser (12) ist, die über mehrere Rollen (16) geleitet gegen die Kraft einer Spiralfe­der (13) ihre Längenänderungen mittels eines Wickelrades (17) als Drehbewegung auf den Hohlzylinder (5b) überträgt.

6. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der der Außenluft ausgesetzte Temperatursensor eine an sich bekannte Bimetallspirale (11) ist.

7. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Lüftungselement (33) ein Flachschieber (6a) ist, der in einer senkrechten Führung (18) eines Gehäuseteiles (3a) verschiebbar gelagert und oben über eine Umlenkrolle (16) mit einem Band (19) aus zueinander parallelen, hygrophilen Fasern verbunden ist.

8. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuchtesensor eine hygrophile Substanz, z. B. ein Salz, ist, deren feuchtigkeitsabhängige Volumenänderung, z. B. über einen Kolben die Veränderung der Durchgangsöffnung des Lüftungselementes bewirkt.

9. Lüftungseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feuchtesensor eine hygrophile Beschichtung auf einer biegsamen Platte ist und nach Art eines Bimetallelementes als Verschlußteil ausgebildet ist.

Zeichnung