Vorrichtung zur Steuerung der Innentemperatur von Gebäuden

Abstract

 Bei einer Vorrichtung zur Steuerung der Innentemperatur einer Mehrzahl von klimatisierten Räumen in einem Gebäude, welche mit selbstregelnden Wärmetauschern (7a-c) ausgestattet sind, die über ein Verteilsystem (2) mit einer Wärmetauschflüssigkeit, insbesondere Wasser, versorgt werden, wird eine verbesserte Steuerung und Regelung der Raumtemperaturen dadurch erreicht, dass das Verteilsystem (2) wenigstens 3 Leitungen (3, 4, 5) aufweist, von denen 2 als Zulaufleitungen (3, 5) mit voneinander abweichenden Zulauftemperaturen und eine als gemeinsame Rücklaufleitung (4) vorgesehen sind, und dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Wärmetauscher (7a-c) nach Massgabe der gewünschten Innentemperatur wahlweise an die eine oder andere Zulaufleitung (3 bzw. 5) angeschlossen werden können.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Klimatechnik. Sie betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Innentemperatur einer Mehrzahl von klimatisierten Räumen in einem Gebäude, welche mit selbstregelnden Wärmetauschern ausgestattet sind, die über ein Verteilsystem mit einer Wärmetauschflüssigkeit, insbesondere Wasser, versorgt werden.

[0002] Eine solche Vorrichtung ist z.B. aus der Internationalen Patentanmeldung WO 92/10707 bekannt.

STAND DER TECHNIK

[0003] Die Steuerung der Innentemperatur der verschiedenen Räume eines Gebäudes wird normalerweise durch getrennte Vorrichtungen zur Heizung oder Kühlung verwirklicht, oder durch kombinierte Apparate, die durch getrennte Netze mit warmem und kaltem Wasser versorgt werden, und die individuell oder lokal geregelt werden (siehe dazu z.B. die Deutsche Patentschrift Nr.861 742).

[0004] Für den Wärmeaustausch zwischen dem warmen oder kalten Wasser und dem zu klimatisierenden Raum werden in der Regel grossflächige Wärmetauscher verwendet, die im Fussboden, in der Decke oder in den Wänden der Räume untergebracht sind. Derartige strahlende Decken, Fussbodenheizungen und wärmeaktive Decken oder Wände sind selbstregulierend. So führt z.B. eine Oberflächentemperatur dieser Einrichtungen von 22°C selbstverständlich zu einer Heizungswirkung in einer Umgebung (Raumtemperatur) von 21°C oder zu einer Kühlung in einer Umgebung von 24°C.

[0005] In der Regel haben die verschiedenen Räume eines Gebäudes eine unterschiedliche Wärmebilanz, je nachdem ob in ihnen Personen tätig sind, Geräte Wärme erzeugen, oder aufgrund der Lage im Gebäude Sonnenlicht eingestrahlt wird, oder nicht. Wenn man nun die "Umgebungswärmetauscher" aller dieser Räume eines einzigen Gebäudes über ein einziges Verteilsystem für die Wärmetauschflüssigkeit (meist Wasser) mit einer einzigen Vorlauftemperatur verbindet, wird es möglich, die Wärme aus den zu warmen Räumen, welche durch zu grosse thermische Zufuhren belastet (Sonne, Personen, Beleuchtung, Geräte), zu den Räumen mit geringer interner Wärmezufuhr zu transferieren.

[0006] Dieser Wärmetransfer ist im Winter sehr willkommen, wenn z.B. die sonnigen oder durch wärmeerzeugende Apparate (Computer, Kopierer etc.) erwärmten Räume dazu beitragen, die nach Norden zu gelegenen Räume zu erwärmen. Dasselbe gilt umgekehrt für den Sommer, wenn die (vergleichsweise kühlen) nach Norden ausgerichteten Räume oder lichtgeschützten Untergeschosse die Aufwärmung der thermisch belasteten Räume verzögern.

[0007] Dieser Transfer legt jedoch zwischen den Wärme abgegebenden und den Wärme aufnehmenden Räumen, also zwischen denen, die thermisch mehr oder weniger versorgt werden, einen systematischen Temperaturunterschied fest: Da für den durch die Wärmetauscher vermittelten Wärmeaustausch zwischen der Wärmeaustauschflüssigkeit und der Luft im Rauminneren eine Temperaturdifferenz notwendig ist, sind die Wärme abgebenden Räume gegenüber der Vorlauftemperatur stets auf einer höheren Temperatur, während die Wärme aufnehmenden Räume sich stets auf einer etwas niedrigeren Temperatur befinden. Dieser Unterschied kann im ungünstigsten Fall ein oder mehrere Grad betragen und zu Raumtemperaturen führen, die sich aus den Bereich der als angenehm empfundenen Temperaturen entfernen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache und kostengünstige Vorrichtung, die den direkten Transfer der internen Wärme zwischen verschiedenen Räumen eines Gebäudes erlaubt und nicht notwendigerweise eine automatische Regulierung der Räume mit einbezieht, anzugeben, mit welcher die gewünschte Komforttemperatur der Räume sichergestellt werden kann.

[0009] Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Verteilsystem wenigstens 3 Leitungen aufweist, von denen 2 als Zulaufleitungen mit voneinander abweichenden Vorlauftemperaturen und eine als gemeinsame Rücklaufleitung vorgesehen sind, und dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Wärmetauscher nach Massgabe der gewünschten Innentemperatur wahlweise an die eine oder andere Zulaufleitung angeschlossen werden können.

[0010] Der Kern der Erfindung besteht darin, für die Wärmetauscher in den Räumen neben der "normalen" Vorlauftemperatur eine zweite "Korrektur"-Vorlauftemperatur zur Verfügung zu stellen, die von der ersten Vorlauftemperatur nur um wenige Grad abweichen kann, und sicherstellt, dass die Wärmetauscher wahlweise mit zwei unterschiedlichen Vorlauftemperaturen betrieben werden können. Hierdurch ist es möglich, die Wärmetauscher in den Wärme abgebenden Räumen mit der niedrigeren und die Wärmetauscher in der Wärme aufnehmenden Räumen mit der höheren der beiden Vorlauftemperaturen zu beaufschlagen, so dass in beiden Arten von Räumen trotz der notwendigen Temperaturdifferenz zwischen Wärmetauschflüssigkeit und Rauminnern eine gemeinsame optimale Raumtemperatur eingeregelt werden kann. Darüber hinaus lässt sich die Klimatisierung durch die beiden angebotenen Temperaturen insgesamt flexibler an unterschiedliche Gegebenheiten anpassen.

[0011] Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass innerhalb des Gebäudes ein Kaltwassernetz mit einem Zulauf und einem Rücklauf und ein Warmwassernetz mit einem Zulauf und einem Rücklauf vorgesehen ist, dass jede der beiden Zulaufleitungen wahlweise mit dem Zulauf des Kaltwassernetzes oder mit dem Zulauf des Warmwassernetzes verbindbar ist, und dass die Verbindung zwischen den Zulaufleitungen und den Zuläufen des Kaltwasser- bzw. Warmwassernetzes durch elektrisch steuerbare Kaltwasserventile bzw. Warmwasserventile erfolgt.

[0012] Hierdurch können auf einfache Weise durch elektrisch gesteuertes wechselndes Verbinden der Zulaufleitungen mit den warmen bzw. kalten Zuläufen die beiden unterschiedlichen Temperaturen in den Zulaufleitungen erzeugt und auf die gewünschte Differenz eingeregelt werden.

[0013] Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung eine Umwälzpumpe angeordnet ist. Die Umwälzpumpe gewährleistet einen optimalen Wärmetransfer zwischen den einzelnen Räumen, die an das Verteilsystem angeschlossen sind.

[0014] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Mittel zum wahlweisen Anschluss der Wärmetauscher an die Zulaufleitungen entweder manuell betätigbare Zulaufventile, oder steuerbare Zulaufventile, wobei die Umschaltung automatisch nach Massgabe der Umgebungstemperatur erfolgt. Im einen Fall lässt sich die Klimatisierung für jeden Raum individuell und sehr einfach optimal einstellen. Im anderen Fall kann die Klimatisierung jedes einzelnen Raumes in ein Gesamtkonzept eingebunden und zentral gesteuert optimiert werden.

[0015] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0016] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1

ein Prinzipschema des Leitungssystems für die Wärmetauschflüssigkeit gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2

ein Fig. 1 entsprechendes Schema für ein zweites Ausführungsbeispiel mit lokalem Klimagerät.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0017] In Fig. 1 ist ein Prinzipschema des Leitungssystems für die Wärmetauschflüssigkeit gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Verteilsystem 2 für die Wärmetauschflüssigkeit (vorzugsweise Wasser), an welches Verteilsystem eine Mehrzahl von Wärmetauschern 7a-c angeschlossen sind. Die Wärmetauscher 7a-c im dargestellten Beispiel sind die einzelnen Rohrschlangen einer wärmeaktiven Decke 7, wie sie z.B. in der eingangs genannten Druckschrift beschrieben ist und zur Klimatisierung eines Raumes Verwendung findet. Es versteht sich dabei von selbst, dass bei einem Gebäude mit mehreren Räumen mehrere solcher wärmeaktiven Decken 7 hintereinander an das durch das ganze Gebäude führende Verteilsystem 2 angeschlossen sind.

[0018] Alle "Umgebungswärmetauscher", d.h. im vorliegenden Fall, alle wärmeaktiven Decken 7 der Räume mit derselben gewünschten angenehmen Temperatur bzw. deren Wärmetauscher 7a-c sind innerhalb des Verteilsystems durch 3 Rohre verbunden: Ein Rohr bildet eine Rücklaufleitung 4 für das Rücklaufwasser (Ausgang), und zwei weitere Rohre bilden jeweils eine Zulaufleitung 3 bzw. 5, um die Wärmetauscher mit Wasser unterschiedlicher Vorlauftemperatur, z.B. mit einer Temperaturdifferenz von 2K, den jeweiligen Erfordernissen entsprechend zu versorgen.

[0019] Jeder "Umgebungswärmetauscher" bzw. Wärmetauscher 7a-c wird entweder mit Wasser einer Nenntemperatur aus der einen Zulaufleitung oder durch Wasser mit der von der Nenntemperatur abweichender zweiten Temperatur aus der anderen Zulaufleitung versorgt. Dazu sind die Wärmetauscher 7a-c über entsprechende Einzelanschlussleitungen 15, 16, Zulaufventile 12, 13 und Anschlussleitungen 8, 9 mit den Zulaufleitungen 3, 5 verbunden. Durch vorzugsweise manuelles oder aber nach Massgabe der Umgebungstemperatur und/oder der Jahreszeit automatisch gesteuertes Betätigen der Zulaufventile 12, 13 kann jeder Wärmetauscher 7a-c zwischen den entsprechenden Zuleitungen 3, 5 umgeschaltet werden. Diese Umschaltung kann durch ein 3-Wege-Ventil oder - wie in Fig. 1 gezeigt - durch ein Paar 2-Wege-Ventile pro Wärmetauscher 7a-c realisiert werden. Die Wärmetauscher einer Zone können dabei entweder einzeln umgeschaltet oder in Gruppen zusammengefasst und gemeinsam umgeschaltet werden. Der Rücklauf der Wärmetauscher 7a-c erfolgt über Einzelanschlussleitungen 17, Rücklaufventile 14 und eine Anschlussleitung 10 zur gemeinsamen Rücklaufleitung 4.

[0020] Auf diese Art werden die Räume mit den grössten Wärmeverlusten (z.B. die Eckräume), oder diejenigen, die eine leicht erhöhte Umgebungstemperatur verlangen, mit der Zulaufleitung (3 oder 5) verbunden, welche die höhere Vorlauftemperatur aufweist. Auf die gleiche Weise werden andere Räume, in denen beispielsweise EDV-Anlagen viel Wärme erzeugen, mit der anderen Zulaufleitung (5 oder 3) verbunden, welche die niedrigere Vorlauftemperatur aufweist.

[0021] Das Prinzipschema der Fig. 1 zeigt weiterhin, das innerhalb des Verteilsystems 2 eine Umwälzpumpe 6 angeordnet ist, die in der gemeinsamen Rücklaufleitung 4 liegt. Die Förderleistung der Umwälzpumpe ist vorzugsweise konstant, und zwar unabhängig von der Anzahl der Verbraucher, die an der einen oder anderen Zulaufleitung hängen, so dass ein gleichmässiger Wasserdurchfluss gewährleistet ist.

[0022] In dem dargestellten Beispiel werden die beiden Zulaufleitungen 3 und 5 in ihrer Vorlauftemperatur jeweils durch ein Paar elektrisch steuerbare Warmwasser- und Kaltwasserventile 19, 22 bzw. 18, 23 reguliert, über welche die Zulaufleitungen 3, 5 wahlweise mit den Zulauf 26 eines Warmwassernetzes oder mit dem Zulauf 24 eines Kaltwassernetzes verbunden werden können. Die Warmwasser- und Kaltwasserventile 19, 22 bzw. 18, 23 sind dabei zur Feineinstellung vorzugsweise als regelbare Ventile ausgebildet. Sie können zu diesem Zweck jedoch auch als Ein/Aus-Ventile impulsweise betrieben werden. Entsprechend ist die Rücklaufleitung 4 des Verteilsystems 2 über jeweils ein elektrisch betätigbares Rücklaufventil 20 bzw. 21 mit den Rückläufen 25 bzw. 27 des Kalt- bzw. Warmwassernetzes verbunden. Die Rücklaufventile 20, 21 schalten um, je nachdem, ob im Bereich der Aufheizung oder Abkühlung gearbeitet wird, sind jedoch nie gleichzeitig geöffnet. Die Rücklaufventile 20, 21 sind als reine Ein/Aus-Ventile ausgebildet.

[0023] Im Neutralbereich bzw. in der Uebergangszeit sind die Warmwasserventile 19, 20 und Kaltwasserventile 18, 23 geschlossen und die interne Wärme wird durch die zusammengemischten Rückflüsse zwischen den Wärmetauschern der einzelnen Räume übertragen. Im bevorzugten Fall der wärmeaktiven Decken oder Mauern verhält sich das Gebäude dabei wie ein ausgleichendes Wärmereservoir, welches sich fortlaufend lädt oder entlädt.

[0024] Unter der Annahme, das die Zulaufleitung 3 die niedrigere Vorlauftemperatur aufweist, läuft die Regelung wie folgt ab: Wenn das Gebäude zu warm wird, wird das Kaltwasser (aus dem Zulauf 24) hauptsächlich auf die Zulaufleitung 3 geschaltet. Wenn die Temperaturabweichung dieser Zulaufleitung von der anderen z.B. 2 K erreicht, wird die Kühlung auch in der anderen Zulaufleitung 5 aktiviert, um diese Temperaturdifferenz von 2 K nicht zu überschreiten. Symmetrisch dazu wird das Warmwasser (aus dem Zulauf 26) zuerst auf die Zulaufleitung 5 geschaltet, und dann auf die andere Zulaufleitung 3, um die Temperaturabweichung dieses Vorlaufs zu limitieren. Diese Einstellwerte für den Vorlauf werden durch dann nach Massgabe der atmosphärischen Konditionen und der Rücklauftemperatur geregelt, wozu beispielsweise in den Leitungen 3-5 des Verteilsystems 2 Temperaturfühler 11a-c vorgesehen sein können. Die Differenzen zwischen den beiden Vorlauftemperaturen können auch andere Werte als 2 K, z.B. 5 K, haben, und zwar unterschiedlich für den Aufheiz- und Abkühlbetrieb. Es versteht sich auch von selbst, dass die Vorlauftemperaturen der beiden Zulaufleitungen 3, 5 vertauscht werden können.

[0025] Für intensive und lokalisierte Kühlungsbedürfnisse kann in bestimmten Räumen zusätzlich wenigstens ein lokales Klimagerät vorgesehen sein. Um den durch dieses Klimagerät 28 bewirkten Wärmetransfer in das Verteilsystem 2 mit einzubeziehen, kann es - wie in Fig. 2 dargestellt - mit seinem Kondensator 29 vorteilhafterweise an die Zulaufleitung mit der höheren Vorlauftemperatur (in diesem Fall die Zulaufleitung 5) angeschlossen werden, um die Wärme des Kondensators 29 aus dem Gerät abzuführen und in das Verteilsystem 2 einzuspeisen (die Wärmetauscher sind in dieser Figur aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht dargestellt).

[0026] Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Klimatisierung von mehreren in einem Gebäude untergebrachten Räumen, die mit einfachen Mitteln eine optimale Einregelung der gewünschten Raumtemperatur bei gleichzeitigem Wärmetransfer zwischen Räumen mit unterschiedlicher Wärmebilanz ermöglicht.

BEZEICHNUNGSLISTE

[0027] 

1

Steuerungsvorrichtung

2

Verteilsystem (Wärmetauschflüssigkeit)

3,5

Zulaufleitung

4

Rücklaufleitung

6

Umwälzpumpe

7

wärmeaktive Decke

7a-c

Wärmetauscher

8,9

Anschlussleitung (Zulauf)

10

Anschlussleitung (Rücklauf)

11a-c

Temperaturfühler

12,13

Zulaufventil

14

Rücklaufventil

15,16

Einzelanschlussleitung (Zulauf)

17

Einzelanschlussleitung (Rücklauf)

18,23

Kaltwasserventil

19,22

Warmwasserventil

20

Rücklaufventil (Kaltwassernetz)

21

Rücklaufventil (Warmwassernetz)

24

Zulauf (Kaltwassernetz)

25

Rücklauf (Kaltwassernetz)

26

Zulauf (Warmwassernetz)

27

Rücklauf (Warmwassernetz)

28

Klimagerät

29

Kondensator

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung der Innentemperatur einer Mehrzahl von klimatisierten Räumen in einem Gebäude, welche mit selbstregelnden Wärmetauschern (7a-c) ausgestattet sind, die über ein Verteilsystem (2) mit einer Wärmetauschflüssigkeit, insbesondere Wasser, versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilsystem (2) wenigstens 3 Leitungen (3, 4, 5) aufweist, von denen 2 als Zulaufleitungen (3, 5) mit voneinander abweichenden Zulauftemperaturen und eine als gemeinsame Rücklaufleitung (4) vorgesehen sind, und dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Wärmetauscher (7a-c) nach Massgabe der gewünschten Innentemperatur wahlweise an die eine oder andere Zulaufleitung (3 bzw. 5) angeschlossen werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gebäudes ein Kaltwassernetz mit einem Zulauf (24) und einem Rücklauf (25) und ein Warmwassernetz mit einem Zulauf (26) und einem Rücklauf (27) vorgesehen ist, und dass jede der beiden Zulaufleitungen (3, 5) wahlweise mit dem Zulauf (24) des Kaltwassernetzes oder mit dem Zulauf (26) des Warmwassernetzes verbindbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Zulaufleitungen (3, 5) und den Zuläufen (24 bzw. 26) des Kaltwasser- bzw. Warmwassernetzes durch elektrisch steuerbare Kaltwasserventile (18, 23) bzw. Warmwasserventile (19, 22) erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltwasserventile (18, 23) und die Warmwasserventile (19, 22) als regelbare Ventile ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (4) wahlweise mit dem Rücklauf (25) des Kaltwassernetzes oder dem Rücklauf (27) des Warmwassernetzes verbindbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Rücklaufleitung (4) und den Rückläufen (25 bzw. 27) des Kaltwasser- bzw. Warmwassernetzes durch elektrisch steuerbare Rücklaufventile (20, 21) erfolgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rücklaufleitung (4) eine Umwälzpumpe (6) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum wahlweisen Anschluss der Wärmetauscher (7a-c) an die Zulaufleitungen (3, 5) manuell betätigbare Zulaufventile (12, 13) umfassen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum wahlweisen Anschluss der Wärmetauscher (7a-c) an die Zulaufleitungen (3, 5) steuerbare Zulaufventile (12, 13) umfassen, wobei die Umschaltung automatisch nach Massgabe der Umgebungstemperatur und/oder der Jahreszeit erfolgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufventile (12, 13) 2-Weg-Ventile sind, welche jedem Wärmetauscher (7a-c) paarweise zugeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufventile (12, 13) 3-Weg-Ventile sind, welche jedem Wärmetauscher (7a-c) einzeln zugeordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstregelnden Wärmetauscher (7a-c) als wärmeaktive Decken (7) oder Mauern ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstregelnden Wärmetauscher (7a-c) als strahlende Decken ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer hohen lokalen Wärmebelastung zusätzlich wenigstens ein lokales Klimagerät (28) mit einem Kondensator (29) vorgesehen ist, dessen Abwärme an das durch die Wärmetauscher (7a-c) zirkulierende Wasser abgegeben wird.

Zeichnung