[0001] Die Erfindung betrifft ein flächiges Kühl- und Heizelement zur Ausbildung einer Verkleidung
für die Decke eines Raumes und zur Integration in eine derartige Verkleidung.
[0002] Derartige Verkleidungen werden oft aus Deckenplatten zusammengesetzt, die schallschluckende
Eigenschaften haben. Sie können jedoch auch, als Kühl- und Heizelement eingerichtet,
zur Klimatisierung eines Raumes dienen oder für beide bauphysikalischen Aufgaben gleichzeitig
ausgewählt werden.
[0003] Zu diesem Zweck befinden sich in der Regel oberhalb der Verkleidung entsprechende
Wärmetauscher, von denen die Verkleidung großflächig temperiert und durch Wärmestrahlung
und Konvektion das Raumklima darunter beeinflußt wird. Allerdings erfordert eine solche
Anordnung große Flächenanteile, um, insbesondere bei der Kühlung, mit kleinen Temperaturdifferenzen
arbeiten zu können, damit keine Taupunktunterschreitung erfolgt. In vielen Fällen
erfolgt die Temperierung (Kühlung) des Raumes unter der Verkleidung mittels punktuell
vorgesehener Luftaustrittsöffnungen, gegebenenfalls über die gesamte Verkleidung verteilt,
durch die beheizte oder gekühlte Luftströme mittels Lüftern in den Raum eingeblasen
werden, wobei die Richtung des jeweiligen Luftstromes einstellbar ist, so daß die
Luftzirkulation in dem Raum beeinflußt werden kann. Durch eine relativ hohe Austrittsgeschwindigkeit
aus den Luftaustrittsöffnungen wird hierbei eine wünschenswert schnelle Vermischung
der Zuluft mit der Raumluft erreicht; es besteht jedoch die Gefahr von Zugluft. Die
bloße Strahlungsenergie der Deckenplatten der Verkleidung reicht aber zur Temperierung
des Raumes in der Regel nicht aus, so daß auf die Luftströmungen aus den Luftaustrittsöffnungen
zumeist, trotz dieses Nachteils, nicht verzichtet werden kann.
[0004] Im Gegensatz zur Kühlung wird die Heizung über die Deckenplatten der Verkleidung
- von oben - vom Menschen als sehr unangenehm empfunden, da der Wärmeaustausch konträr
zu den physikalischen Gesetzen erfolgen muß.
[0005] Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Kühl- und Heizelement der
eingangs bezeichneten Art und eine entsprechende Verkleidung für die Decke eines Raumes,
insbesondere für einen Teilbereich derselben, so auszubilden, daß damit eine gleichmäßige,
zugfreie Temperierung des Raumes möglich ist.
[0006] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Kühl- und Heizelement dadurch gelöst,
daß der Zwischenraum zwischen der Verkleidung und der Decke oder das Innere des Kühl-
und Heizelementes selbst mit einer temperierten Luftströmung beaufschlagbar sind und
das Kühl- und Heizelement zu dem Raum hin von einer porösen Deckschicht abgeschlossen
ist, welche von einer in den Raum gerichteten ersten, dabei von der porösen Deckschicht
flächig in eine Vielzahl von Teilströmungen zerlegten Zuluftströmung passierbar ist.
[0007] Dieser, zur Gesamtfläche des Raumes, kleine Bereich soll möglichst nicht direkt über
der Aufenthaltszone der Menschen liegen. Die Leistung des Kühl- und Heizelementes
muß größer sein, was durch eine höhere Temperaturdifferenz im Wärmetauscher erreicht
wird. Nur damit ist es möglich, im Bereich des geringen Flächenanteiles die notwendige
Energie zur Heizung bzw. Kühlung des gesamten Raumes einzubringen.
[0008] Eine solches Kühl- und Heizelement hat den Vorteil, daß die von dem Lüfter erzeugte
erste Zuluftströmung großflächig und im wesentlichen senkrecht nach unten aus der
Deckschicht, in viele Teilströme gesplittet, mit wegen des Strömungswiderstandes in
der porösen Deckschicht stark herabgesetzter Strömungsgeschwindigkeit abzuströmen
vermag. Bei einer geringen Temperaturdifferenz an dem Kühl- und Heizelement kann wegen
der großen Abströmfläche nunmehr mit einer wesentlich höheren Temperaturdifferenz
an dem Wärmetauscher und damit mit einem höheren Wirkungsgrad gearbeitet werden -
die Anlage arbeitet außerordentlich effektiv sowohl bei Heizung als auch bei Kühlung.
Die in den Raum austretenden Teilströme vermischen sich wegen ihrer geringen kinetischen
Energie rasch mit der Raumluft, so daß Zugluft nicht entsteht, und die Diffusion der
Teilströme in die Raumluft sorgt für einen schnellen Temperaturausgleich.
[0009] Die Zwangsdurchströmung der porösen Deckschicht erlaubt in dem Zusammenwirken mit
dem Strahlungsanteil, die Fläche der Deckschicht mit relativ hohen Temperaturdifferenzen
zu beaufschlagen, d. h. bereits in bzw. kurz unter der Deckschicht findet der angestrebte
Temperaturausgleich mit der Raumluft statt. Das ist gleichbedeutend mit kostengünstigerem
Energietransport, der wiederum den besseren Wirkungsgrad begründet.
[0010] Der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizelementes ist dabei relativ
beliebig. Es kann als dünnwandige Blechkassette oder auch in Sandwichbauweise aus
mehreren Schichten ausgebildet sein.
[0011] Der Lüfter und der Wärmetauscher können außerhalb der Deckenverkleidung oder sogar
außerhalb des Raumes vorgesehen sein; es ist auch im Rahmen der Erfindung unerheblich,
ob die Luftströmung in den Zwischenraum zwischen der Verkleidung und der Decke des
Raumes oder separat in ein Kühl- und Heizelement eingespeist wird. Besonders bevorzugt
ist es aber, wenn ein Lüfter und/oder in seiner Luftströmung ein Wärmetauscher in
dem Inneren des Kühl- und Heizelementes vorgesehen sind, beispielsweise und zumindest
der Lüfter in einem gesonderten Gehäuse. Auf diese Weise können die übrigen Bestandteile
der Verkleidung sehr einfach gehalten werden.
[0012] Werden die Abmessungen für die üblichen Deckenplatten, die ohne eine derartige, eine
Luftströmung generierende Einrichtung ausgeführt sind, auch für das erfindungsgemäße
Kühl- und Heizelement beibehalten, dann gestaltet sich dessen Einbindung in eine Verkleidung
besonders leicht; es muß lediglich dafür gesorgt werden, daß die erforderlichen elektrischen
und pneumatischen und/oder hydraulischen Leitungen innerhalb des Kühl- und Heizelementes
installiert werden und die entsprechend zugehörigen Anschlüsse vorhanden sind.
[0013] Die - wärmetechnisch passiven - Deckenplatten können dabei in Sandwichbauweise ausgebildet
und aus einer Trägerplatte sowie an dieser ein- oder beidseitig mit einer dünnen,
mit der Trägerplatte verklebten Deckfolie zusammengesetzt sein. Die Trägerplatte besteht
dabei bevorzugt aus einem geschäumten Werkstoff.
[0014] Die Deckschicht des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizelementes besteht am besten aus
einem Vlies oder Gewebe aus Glas-, Kunst- und/oder Naturfasern; sie ist für die erste
Zuluftströmung durchlässig. Hingegen kann die vom Raum abgewandte und auf dessen Decke
weisende Seite des Kühl- und Heizelementes mit einer für diese erste Zuluftströmung
undurchlässigen Abdeckung versehen sein.
[0015] Die Intensität der Konvektion kann verbessert werden, wenn mindestens eine, die Deckschicht
durchbrechende Luftaustrittsöffnung für eine ungestört aus dem Lüfter und/oder dem
Wärmetauscher in den Raum geförderte zweite Zuluftströmung vorgesehen ist, die dann
beispielsweise auch über den strömungstechnisch separierten Zwischenraum oberhalb
der Verkleidung durch ein Kühl- und Heizelement hindurch abströmbar sein kann. Selbstverständlich
können auch allein innerhalb des Kühl- und Heizelementes entsprechende Zuluft-Kanäle
vorgesehen sein, so daß beide Zuluftströmungen dem gleichen Funktionselement entströmen
können, gemeinsam oder einzeln; die jeweilige Anordnung kann den örtlichen Verhältnissen
entsprechend ausgewählt werden. Auf diese Weise ist es möglich, mehrere, sich überschneidende
und durchdringende Luftzirkulationen in dem Raum zu erzeugen.
[0016] Es ist zweckmäßig, wenn der Wärmetauscher mit einer Auffangwanne für anfallendes
Kondensat versehen ist; insbesondere im Kühlbetrieb leistet eine solche Anordnung
gute Dienste. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß das Kondensat durch Verdunstung
in den Raum abgeführt wird, es ist aber auch möglich, eine entsprechende Kondensatleitung
aus dem Raum herauszuführen.
[0017] In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Kühl- und Heizelementes ist
vorgesehen, daS der Lüfter ansaugseitig mit einem Filter von dem Raum getrennt ist.
Das Filter kann von dem Raum aus sichtbar angebracht sein, so daß sein Verschmutzungsgrad
kontinuierlich kontrolliert werden kann, ohne daß dazu das Filter ausgebaut werden
müßte.
[0018] Es ist zweckmäßig, wenn das Kühl- und Heizelement auch noch schallschluckend ausgebildet
ist, falls es Bestandteil einer sogenannten Akustikdecke ist, die dann in gesamter
Fläche schallschluckend ist; die temperierende Funktion des Kühl- und Heizelementes
wird dadurch nicht beeinträchtigt.
[0019] Die Temperierung der Zuluftströmungen kann zwar, wie oben dargelegt, außerhalb des
Kühl- und Heizelementes erfolgen; es ist aber günstig, wenn dazu in dem Kühl- und
Heizelement eine Heizung und/oder Kühlung für die Zuluftströmungen vorgesehen ist,
so daß eine kompakte, selbst alle notwendigen Funktionselemente enthaltende Baueinheit
gebildet wird, die als Modul für eine beliebig zusammenstellbare Verkleidung dient
und beispielsweise auch noch durch ihren raumseitigen Dekor raumästhetische Aufgaben
wahrzunehmen vermag.
[0020] Die Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch eine Verkleidung für die Decke eines
Raumes, die mindestens in einem Teilbereich den Raum klimatisierende erfindungsgemäße
Kühl- und Heizelemente enthält, im übrigen aber aus entsprechenden, jedoch ohne Lüfter,
Heizung/Kühlung und Wärmetauscher ausgeführten, rein verkleidenden Deckenplatten zusammengesetzt
ist; in der Regel reicht es wegen der durch die erfindungsgemäßen Kühl- und Heizelemente
intensiven konvektiven Temperierung des Raumes tatsächlich aus, wenn nur ein kleiner
Teil der Deckenverkleidung mit derartigen "aktiven" wärmetechnischen Funktionselementen
ausgerüstet ist. Wegen der üblicherweise durch die Fenster geregelten Frischluftzufuhr
ist es dabei günstig, wenn die klimatisierenden Kühl- und Heizelemente mindestens
teilweise in der Nähe der Fenster vorgesehen sind. Das hat auch den Vorteil, daß die
Zufuhr von erwärmter oder gekühlter Zuluft in den Raum an einer Stelle erfolgt, an
der sie wenig störend ist, weil sich in der Nachbarschaft von Fenstern zumeist keine
Personen aufhalten. Eine für eine hohe Luftwechselzahl ausreichende Bereitstellung
von Frischluft kann dadurch erfolgen, daß die klimatisierenden Kühl- und Heizelemente
mindestens teilweise in der Nähe von in dem Raum befindlichen Durchführungen durch
eine Außenwand für die Außenluft vorgesehen sind; zweckmäßig sind diese in der Nähe
eines Fensters.
[0021] Eine besonders intensive Luftzirkulation stellt sich ein, wenn - im Bereich des Fensters
und im Ansaugbereich des Lüfters - mindestens eine Luftaustrittsöffnung so eingestellt
ist, daß eine erste Teilströmung senkrecht nach unten gerichtet ist, die nach Auftreffen
auf dem Fußboden wieder nach oben geführt wird, und wenn mindestens eine weitere Luftaustrittsöffnung
so eingestellt ist, daß sie eine schräg, beispielsweise unter 30° zur Raumdecke, nach
unten in den Raum hinein gerichtete zweite Teilströmung ausbildet, die im Bereich
des Fensters ebenfalls wieder nach oben abgelenkt wird. Auf diese Weise wird die Teilströmung
auf ihrem Weg durch den Raum dessen Raumtemperatur angenähert, bevor sie unmittelbar
auf eine im Raum befindliche Person trifft.
[0022] Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kühl- und Heizelement
als Bestandteil einer Verkleidung für eine Decke im schematischen Längsschnitt und
in ihrem eingebauten Zustand.
[0023] Das Kühl- und Heizelement Ke ist als Blechkassette ausgebildet, deren nach dem Raum
Ra und einem Zwischenraum Zr zwischen der Decke und der Verkleidung gerichtete Oberflächen
das Innere In des Kühl- und Heizelement Ke begrenzen. Dabei ist eine raumseitige Deckschicht
Ds aus zu einem Gewebe oder Vlies verarbeiteten Fasern, beispielsweise Glasfasern,
gebildet und bildet keine homogen geschlossene Fläche, sondern ist genauso wie die
zugehörige Kleberschicht soweit porös, daß eine das Kühl- und Heizelement Ke beaufschlagende,
zum Raum Ra hin gerichtete erste Zuluftströmung Zs1 ungehindert und lediglich unter
Druckabfall passieren kann und eventuell auch darüberhinaus Schallwellen ungehindert
in das Innere In gelangen können.
[0024] Das Kühl- und Heizelement Ke enthält an seiner in der Zeichnung rechten Seite ein
separates Gehäuse Gh, das zu dem Inneren In hin offen ist. In dem Gehäuse Gh befindet
sich ein walzenförmiger Lüfter Lü, der aus dem Raum Ra unterhalb der Verkleidung die
dort anstehende Luft ansaugt. Dabei kann es sich um reine Raumluft Rl, um Außenluft
Al oder ein Gemisch von beiden handeln; eine Durchführung Df für die Außenluft Al
durch eine Außenwand Aw des Raumes Ra kann zu diesem Zweck gegebenenfalls einstellbar
ausgeführt sein, so daß die Zumischung von frischer Außenluft Al gesteuert werden
kann. Zwischen dem Lüfter Lü und dem Raum Ra ist ein Filter Fi vorgesehen, das von
dem Raum Ra aus sichtbar ist, so daß es fortwährend hinsichtlich seiner Verschmutzung
kontrolliert und bei Bedarf gewechselt werden kann.
[0025] Die von dem Lüfter Lü bereitgestellte Zuluft durchströmt zunächst einen Wärmetauscher
Wt, der zur Temperierung der Zuluft dient, die, gegebenenfalls thermostatgesteuert,
auf einen vorgewählten Sollwert gekühlt oder beheizt wird; die Einzelheiten sind fachüblich
und in der Zeichnung nicht ausgeführt. Der Wärmetauscher Wt und der Lüfter müssen
nicht notwendig in dem Gehäuse Gh oder überhaupt innerhalb des Kühl- und Heizelementes
Ke vorgesehen sein; vielmehr kann die Temperierung auch durch einen extern bereitgestellten
Wärmetauscher erfolgen, so daß dann die erforderlichen Funktionselemente nicht in
dem Kühl- und Heizelement Ke installiert werden müssen. Hier sind aber der Lüfter
Lü und der Wärmetauscher Wt komplett in dem Gehäuse Gh vorgesehen; der Wärmetauscher
Wt ist mit einer Auffangwanne Kw ausgestattet, die das während der Kühlung anfallende
Kondensat aufsammelt; es läßt sich einrichten, daß die relativ geringen Mengen an
Kondensat verdunsten, hilfsweise mit Unterstützung einer Zusatzheizung. Die Zuluft
kann nicht in den Zwischenraum Zr abströmen, weil dies von einer an den Zwischenraum
Zr angrenzenden, auf der Oberfläche des Kühl- und Heizelementes Ke aufgebrachte Abdeckung
Ad verhindert wird.
[0026] Die Zuluft wird nach ihrer Temperierung in die Zuluftströmungen Zs1 und Zs2 aufgespalten.
Während der Zuluftstrom Zs1 mit relativ hohem Druckverlust flächig aus der Deckschicht
Ds des Kühl- und Heizelementes Ke in den Raum Ra austritt, wird der Zuluftstrom Zs2
über eine Luftaustrittsöffnung Lö in den Raum Ra mit geringem Druckverlust gelenkt.
Der Zuluftstrom Zs2 hat bereits vor dem Durchtritt durch die Luftaustrittsöffnung
Lö einen intensiven Temperaturausgleich erfahren, bedingt durch die das gesamte Element
Ke umgebende Raumluft. Die Luftaustrittsöffnung Lö ist so ausgebildet, daß der Zuluftstrom
Zs2 gerichtet austreten kann. Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn
eine erste Teilströmung Ts1 senkrecht und eine weitere Teilströmung Ts2 schräg nach
unten gerichtet ist, diese unter 30° bis 45° variabel einstellbar zur Ebene der Verkleidung.
[0027] Die Anordnung der Kühl- und Heizelemente Ke in der Nähe eines Fensters Fe hat den
Vorteil, daß eine Wärme- oder Kühlbelastung von Personen im Raume Ra vermeidbar ist.
Darüberhinaus wird die Außenluft Al direkt und verlustarm von dem Lüfter Lü angesaugt.
[0028] Anstelle oder zusätzlich zu der Luftaustrittsöffnung in den Heiz- und Kühlelementen
kann ein weiterer Luftauslaß La für die Erzeugung einer gerichteten Strömung vorgesehen
werden, der vorteilhaft unterhalb des Fensters angeordnet ist.
[0029] Dieser Luftauslaß La erzeugt eine gerichtete Strömung, durch die das Raumklima im
gewünschten Sinne beinflußbar ist.
Aufstellung der Bezugszeichen
[0030]
- Ad
- Abdeckung
- Al
- Außenluft
- Aw
- Außenwand
- Df
- Durchführung
- Ds
- Deckschicht
- Fe
- Fenster
- Fi
- Filter
- Gh
- Gehäuse
- In
- Inneres
- Ke
- Kühl- und Heizelement
- Kw
- Auffangwanne
- La
- Luftauslaß
- Lö
- Luftaustrittsöffnung
- Lü
- Lüfter
- Ra
- Raum
- Rl
- Raumluft
- Ts1
- (erste) Teilströmung
- Ts2
- (zweite) Teilströmung
- Wt
- Wärmetauscher
- Zr
- Zwischenraum
- Zs1
- (erste) Zuluftströmung
- Zs2
- (zweite) Zuluftströmung
1. Flächiges Kühl- und Heizelement zur Ausbildung einer Verkleidung für die Decke eines
Raumes und zur Integration in eine derartige Verkleidung,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenraum (Zr) zwischen der Verkleidung und der Decke oder das Innere (In)
des Kühl- und Heizelementes (Ke) selbst mit einer temperierten Luftströmung beaufschlagbar
sind und das Kühl- und Heizelement (Ke) zu dem Raum hin von einer porösen Deckschicht
(Ds) abgeschlossen ist, welche von einer in den Raum (Ra) gerichteten ersten, dabei
von der porösen Deckschicht (Ds) flächig in eine Vielzahl von Teilströmungen zerlegten
Zuluftströmung (Zs1) passierbar ist.
2. Kühl- und Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (Ds) als mikroporöse Schicht ausgebildet ist.
3. Kühl- und Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lüfter (Lü) und/oder in seiner Luftströmung ein Wärmetauscher (Wt) in dem Inneren
(In) des Kühl- und Heizelementes (Ke) vorgesehen sind, vorzugsweise zumindest der
Lüfter (Lü) in einem gesonderten Gehäuse (Gh).
4. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (Ds) aus einem Vlies oder Gewebe aus Glas-, Kunst- und/oder Naturfasern
besteht.
5. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine, die Deckschicht (Ds) durchbrechende Luftaustrittsöffnung (Lö) für
eine ungestört aus dem Lüfter (Lü) und/oder dem Wärmetauscher (Wt) in den Raum (Ra)
geförderte zweite Zuluftströmung (Zs2) vorgesehen ist.
6. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (Wt) mit einer Auffangwanne (Kw) für anfallendes Kondensat versehen
ist.
7. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (Lü) ansaugseitig mit einem Filter (Fi) von dem Raum (Ra) getrennt ist.
8. Kühl- und Heizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (Fi) von dem Raum (Ra) aus sichtbar ist.
9. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es schallschluckend ausgebildet ist.
10. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Inneren (In) eine Heizung und/oder Kühlung für die Zuluftströmungen (Zs1,Zs2)
vorgesehen sind.
11. Kühl- und Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es zu der Decke des Raumes (Ra) hin von einer luftundurchlässigen Abdeckung (Ad)
abgeschlossen ist.
12. Verkleidung für die Decke eines Raumes, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens in einem Teilbereich den Raum (Ra) klimatisierende Kühl- und Heizelemente
(Ke) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 enthält.
13. Verkleidung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Heizelemente (Ke) mindestens teilweise in der Nähe der Fenster (Fe)
des Raumes (Ra) vorgesehen sind.
14. Verkleidung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Heizelemente (Ke) mindestens teilweise in der Nähe von in dem Raum
(Ra) befindlichen Durchführungen (Df) durch eine Außenwand (Aw) für die Außenluft
(Al) vorgesehen sind.
15. Verkleidung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Luftaustrittsöffnung (Lö) so eingestellt ist, daß eine erste Teilströmung
(Ts1) senkrecht nach unten gerichtet ist, und daß mindestens eine weitere Luftaustrittsöffnung
(Lö) so eingestellt ist, daß sie eine schräg nach unten in den Raum (Ra) hinein gerichtete
zweite Teilströmung (Ts2) ausbildet.
16. Verkleidung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (Lö) einander benachbart vorgesehen sind.
17. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsöffnungen (Lö) in Form von drehbaren, stufenlos verstellbaren Lüftungselementen
ausgebildet sind.
18. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Luftauslaß (La) für einen vom Raum auf das Kühl- und Heizelement gerichteten
Luftstrom vorgesehen ist.
19. Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftauslaß (La) unterhalb des Fensters angeordnet ist.