DE69900504T2

DE69900504T2 - Wärme- und feuchtigkeitstauscher für architekturanwendungen

Info

Publication number: DE69900504T2
Application number: DE69900504T
Authority: DE
Inventors: John Edward Breshears
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: AU3560999A; EP1071914A1; US6178966B1; DE69900504D1; EP1071914B1; WO1999053245A1

Description

VERWANDTE ANMELDUNG

Diese Anmeldungen nimmt eine Priorität zu US Vorläufige Anmeldung Seriennummer 60/082,24, eingereicht am 16. April 1998 durch John E. Breshears mit dem Titel "A DEVICE FOR HEAT AND MOISTURE EXCHANGE IN BUILDING VENTI- LATION SYSTEMS AND INCORPORATED INTO THE BUILDING OF CLO- SURE SYSTEM AND EMPLOYING SOLAR ENERGY TO ENHANCE IST PERFORMANCE" und zu US Patentanmeldung Seriennummer 09/290,287, eingereicht am 13. April 1999 durch John E. Breshears mit dem Titel "HEAT AND MOISTURE EXCHANGE APPARA- TUS FOR ARCHITEC'TURAL APPLICATLON S" in Anspruch.

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Klimaanlagenvorrichtung und insbesondere eine Wärme- und Feuchtigkeitsvorrichtung zur Verbesserung des Austausches von Wärme und Feuchtigkeit zwischen Luftströmen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zentralbeheizte oder -gekühlte Gebäude machen es erforderlich, dass ein gewisser Anteil an frischer "Zusatz"-Luft ständig dem Gesamtvolumen der umgewälzten Luft zugesetzt wird, um das Raumklima frisch, angenehm und gesund zu halten. Folglich muss ein entsprechender Anteil der Luft, die bereits erwärmt oder gekühlt worden ist, ausgestoßen werden, was zu einem Verlust an Wärmeenergie und zu einer entsprechenden Verringerung im Heiz- oder Kühlwirkungsgrad des Systems führt, das die Luft in den Räumen aufbereitet. Wärmetauscher werden üblicherweise in den Abluft- und Frischluftkanälen dieser Systeme eingesetzt, um einen Teil der Energie aus der Abluft wiederzugewinnen und um wärmere Frischluft während der Heizvorgänge und kühlere Frischluft während der Kühlvorgänge zuzusetzen.
Sogenannte "Totalwärmetauscher", welche den Feuchtigkeitsaustausch als auch den Wärmeaustausch durchführen, dienen dazu, um wärmere Frischluft mit höherem Feuchtigkeitsgehalt während des Heizvorgangs und kühlere Luft mit einem geringeren Feuchtigkeitsgehalt während des Kühlvorgangs zuzusetzen.
Materialien, die im Allgemeinen für Wärmetauscher eingesetzt werden, umfassen Metallfolien und -bleche, Kunststofffolien, Papierbögen und Ähnliches. Üblicherweise ist mit diesen Materialien ein guter Wärmeaustausch erzielbar, aber der Feuchtigkeitsaustausch kann nur schwer erreicht werden. Exsikkantien oder Feuchtigkeit absorbierende Materialien werden gelegentlich eingesetzt, um Feuchtigkeit zu übertragen. Mit diesem Verfahren hält das Trockenmittel bloß die Feuchtigkeit. Um das Übertragen der Feuchtigkeit zwischen Gasströmen zu bewirken, muss das Trockenmittel vom Gasstrom mit höherem Feuchtigkeitsgehalt zum Gasstrom mit niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt umgelagert werden, was einen zusätzlichen Einsatz von mechanischer Energie erfordert. Bei vielen Trockenmitteln kann eine zufriedenstellende Leistung nur durch den Einsatz zusätzlicher thermischer Energie erzielt werden, um das Trockenmittel anzuregen, die angesammelte Feuchtigkeit abzugeben.
Wärme- als auch Feuchtigkeitsaustausch sind mit einem Austauschfilm, der aus Papier hergestellt ist, möglich. Jedoch kann Wasser, das vom Papier durch Kondensation, Regen oder in der Luft vorhandene Feuchtigkeit absorbiert wird, zu Korrosion, Verformung und Mehltauschimmelwachstum führen und folglich zur Zerstörung des papierenen Austauschfilms.
Die verschiedenen Arten von Wärme- und Feuchtigkeitstauschern, die allgemein in Verwendung stehen, werden im Allgemeinen in einem undurchsichtigen Metallgehäuse eingebaut und bei oder nahe an den Gebäudeluftversorgungseinheiten im Technikraum, im Keller oder auf dem Dach des Gebäudes angeordnet. Die Natur des Feuchtigkeitsaustausches erfordert einen sehr großen Oberflächenbereich, der in Kontakt mit dem Gasstrom steht, und folglich sind Totalwärmetauscher oft sehr groß in ihren Abmessungen, wenn man sie mit bloßen Wärmetauschern vergleicht. Ein größerer Tauscher am herkömmlichen Ort erfordert zusätzlichen mechanischen Raum und/oder eine zusätzliche entsprechende lasttragende Auslegung des Daches für den Fall des Einbaus einer Dacheinheit.
Poröse Polymer- oder Keramikfilme sind in der Lage sowohl Wärme als auch Feuchtigkeit zu übertragen, wenn sie zwischen Luftströmen unterschiedlichen Energie- und Feuchtigkeitszustands eingesetzt werden. Ein System zum Wärme- und Feuchtigkeitstausch, das eine poröse Membran einsetzt, wird in der Japanischen Patent-Auslegeschrift Nr. 54-145048 beschrieben. Eine Studie des Wärme- und Feuchtigkeitsübergangs durch eine poröse Membran liegt im Artikel von Asaeda, M., L. D. Du, und K. Ikeda "Experimental Studies of Dehumidification of Air by an Improved Ceramic Membrane", Journal of Chemical Engineering of Japan, 1986, Vol. 19, Nr. 3 vor. Ein Nachteil eines solch porösen Verbundfilms besteht darin, dass er auch den Austausch von wesentlichen Mengen an Luft zwischen den Gasströmen, aber auch von Partikeln, Zigarettenrauch, Kochgerüchen, schädlicher Rauchgase und Ähnlichem erlaubt. Vom Standpunkt der Luftqualität im Gebäudeinneren ist dies unerwünscht. Um diese Verunreinigung der Zusatzluft zu verhindern, liegt das Porenvolumen eines porösen Films vorzugsweise bei nicht mehr als ungefähr 15%, was es schwierig und teuer macht, dies gleichmäßig bereitzustellen. Des Weiteren reißt ein poröser Film, der in einer Stärke von 5 bis 40 Mikrometer hergestellt wird, um den Wärmeaustauschwirkungsgrad zu verbesssern, leicht und ist in der Handhabung schwierig.
Dementsprechend besteht ein Bedarf für eine wirkungsvolle Wärme- und Feuchtigkeitstauschvorrichtung, welche die Zusatzluft nicht verunreinigt.
Zusätzlich besteht Bedarf für Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch für den Einsatz in einem System zum Aufbereiten von Luft, welches einen ausgezeichneten Wärmeaustauschwirkungsgrad und einen hohen Feuchtigkeitsaustauschgrad aufweist und als eine Sperre für einen Luftstrom zwischen den Abluft- und den Zuluftströmen dient.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen Zuluft- und Abluftströmen im Heiz- und Klimatisierungssystem eines Gebäudes ermöglicht. Die Austauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine modulare, plattenartige Konfiguration auf, die in die Außenwände eines Gebäudes eingearbeitet wird. Insbesondere kann die Austauschvorrichtung als eine vorgehängte Platte umgesetzt werden, die einen starren Rahmen zum Halten eines Paares von lichtübertragenden Platten umfasst, wobei der Rahmen und die Platten gemeinsam einen Innenraum in der Vorrichtung definieren. Eine wasserdampfdurchlässige Barriere, die am Rahmen angebracht ist, teilt den inneren Kanal in zumindest einen ersten und einen zweiten Unterkanal, wobei sie in Flüssigkeitsverbindung mit dem Zuluft- und dem Abluftstrom gebracht werden kann. Die lichtübertragenden Eigenschaften der Platten erlauben es einfallender Sonnenbestrahlung die Platten zu durchdringen, wodurch eine natürlichere Umwelt im Inneren des Gebäudes benachbart zu den Platten geschaffen und auch die Temperatur des Luftstroms sowie der wasserdampfdurchlässigen Barriere angehoben wird, um den Austausch von Feuchtigkeit durch die Barriere zu verstärken.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Durchführung des Wärme- und Feuchtigkeitsaustausches ein Austauschergehäuse mit einer Außenwand, die einen inneren Kanal festlegt, durch den ein Gasstrom hindurchgehen kann. Eine Wasserdampf durchlässige Barriere wird innerhalb des inneren Kanals angeordnet und teilt den inneren Kanal in eine Mehrzahl von Unterkanälen auf. Zumindest ein Abschnitt der Außenwand des Austauschergehäuses umfasst ein lichtübertragendes Material. Die Unterkanäle, die innerhalb der Vorrichtung festgelegt sind, sind verbindbar, um einen Abluftstrom zu erzeugen oder Quellströme eines solchen. In einer Ausführungsform ist der Wärme- und Feuchtigkeitstauscher des Weiteren mit einer Vorheizeinrichtung verbunden, die dazu verwendet werden kann, um einen oder beide Luftströme vor dem Durchgang durch die Austauschervorrichtung zu erwärmen. In einer Ausführungsform umfasst die Vorheizeinrichtung eine Außenwand, die einen Vorheizkanal festlegt, durch den ein Luftstrom hindurch fließen kann, und ein Energie absorbierendes Material, das innerhalb des Vorheizkanals angeordnet ist. Das Energie absorbierende Material kann ein Metall oder alternativ photovoltaische Zellen oder einen ebensolchen Film umfassen. In einer anderen Ausführungsform wird der Druck der Gasströme so gesteuert, dass die Zuluft- und Ablaufströme durch die Unterkanäle der Austauschervorrichtung in unterschiedliche Richtungen strömen.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung kann die wasserdampfdurchlässige Barriere einen Verbundfilm umfassen, der aus einer porösen Polymermembran hergestellt ist, auf die ein wasserdampfdurchlässiges Polymermaterial aufgebracht wird, um so eine nicht poröse Barriere zu bilden und so das Durchfließen von Luft oder eines anderen Gases zu sperren. Der Verbundfilm ist zwischen einen Gasstrom mit einem ersten höheren Wassergehalt, d. h. den Zuluftstrom, und einen Gasstrom mit einem zweiten niedrigeren Wassergehalt, d. h. den Abluftstrom, zwischengelegt. Feuchtigkeit aus dem Gasstrom mit dem höheren Wassergehalt dringt durch den Verbundfilm auf die Seite, die dem Gasstrom mit dem niedrigeren Wassergehalt benachbart ist, wo dann die Feuchtigkeit durch den Gasstrom mit dem niedrigeren Wassergehalt aufgenommen wird. Wärme aus dem Gasstrom mit der höheren Temperatur wird durch den Verbundfilm geleitet, vom Gasstrom mit der niedrigeren Temperatur aufgenommen, wodurch der Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Gasströmen, die benachbart zu jeder Seite der Barriere sind, bewirkt wird. In einer Ausführungsform besteht der poröse Bestandteil des Verbundfilms aus einer porösen Polytetrafluorethylenmembran. In einer anderen Ausführungsform besteht der nicht poröse Wasserdampf durchlässige Polymerbestandteil des Verbundfilms aus einem hydrophilen Polyurethanpolymer.
Die neuartige Wärme- und Feuchtigkeitstauschvorrichtung kann zwischen Zuluft- und Abluftstrom eingesetzt werden. Das Austauschergehäuse kann auf seinen in Bezug auf das Gebäude inneren und äußeren Flächen beinahe ganz durchscheinend oder transparent für sichtbares Licht sein, so dass wesentliche Mengen an sichtbarem Licht durch die Vorrichtung von außerhalb des Gehäuses in das Innere des Gehäuses übertragen werden können. In einer anderen Ausführungsform bestehen die inneren und äußeren Flächen des Austauschergehäuses aus doppeltverglasten Platten.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst eine Vorheizeinrichtung, die in Flüssigkeitsverbindung mit der Austauschervorrichtung steht, ein Gehäuse mit einer äußeren Wand, die einen inneren Kanal festlegt, durch den ein Gasstrom hindurchströmen kann. Zumindest ein Abschnitt der Außenwand ist aus lichtübertragendem Material hergestellt. Ein oder mehrere Heizelemente, die in der Lage sind, auftretende Sonneneinstrahlung zu absorbieren, wenn sie solcher Strahlung ausgesetzt sind, geben absorbierte Wärme in den Gasstrom ab, wenn sie in den Gasstrom eingetaucht oder benachbart zum Gasstrom angeordnet sind. Die Vorheizeinrichtung kann in den Zuluftstrom an einem Punkt oberhalb der Austauschervorrichtung eingebracht sein, wodurch die Temperatur und der Wasserdampfdruck des Zuluftstroms erhöht werden, während der Luftstrom durch die Vorheizeinrichtung fließt. Die Vorheizeinrichtung kann in das Gebäudewandsystem so integriert sein, dass sie der auftretenden Sonneneinstrahlung, wenn diese verfügbar ist, ausgesetzt ist. In einer weiteren anderen Ausführungsform umfassen die Energie absorbierenden Bestandteile der Vorheizeinrichtung photovoltaische Zellen oder Filme, die auf einem Unterbau befestigt sind. In einer alternativen Ausführungsform bestehen die Energie absorbierenden Bestandteile der Vorheizeinrichtung aus Aluminiumstücken, die so geformt und konfiguriert sind, dass sie einer größtmöglichen Bestrahlung durch auftretende Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind und größtmöglichen Kontakt mit dem Zuluftstrom aufweisen.
Der Vorheizbaugruppe kann innerhalb eines Vorheizgehäuses oder einer -einfassung, welche die Vorheizbaugruppe innerhalb eingesetzt oder angeordnet aufweisen, damit sie Kontakt mit dem Zuluftstrom herstellen kann, aufgenommen sein. Solch ein Vorheizgehäuse selbst kann das gesamte oder ein Teil des Wandsystems des Gebäudes sein. Das Vorheizgehäuse kann auf seinen in Bezug auf das Gebäude inneren und äußeren Flächen in großem Maße durchscheinend oder transparent für sichtbares Licht sein, so dass wesentliche Mengen an sichtbarem Licht durch die Vorrichtung von außerhalb des Gehäuses in das Innere des Gehäuses übertragen werden können. In einer anderen Ausführungsform kann die äußere Fläche des Vorheizgehäuses aus einer doppeltverglasten Platte bestehen.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen einem ersten Gasstrom mit einem höheren Wassergehalt und einem zweiten Gasstrom mit einem niedrigeren Wassergehalt die Schritte Trennen des ersten Gasstroms und des zweiten Gasstroms mit einer Wasserdampf durchlässigen Barriere und Steuern des Drucks des ersten Gasstroms und des zweiten Gasstroms, um den Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen den Strömen zu ermöglichen. Das Verfahren umfasst des Weiteren die Schritte Aussetzen eines oder beider Gasströme einer Lichtenergiequelle.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis des Erfindung kann durch Nachvollziehen der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen erzielt werden, von denen:
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 1B eine seitliche Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 1A entlang der Linie A-A ist;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit einer zusammengefalteten Bahn nach einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2B eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 2A entlang der Linie A-A ist;
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit einer Mehrzahl an Bahnen nach einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3B eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 3A entlang der Linie A-A ist;
Fig. 4A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit Hülle und Rohr nach einer anderen alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4B eine Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 4A entlang der Linie A-A ist;
Fig. 5A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5B eine seitliche Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 5A ist;
Fig. 6A eine perspektivische Ansicht einer Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung mit einer Bahn nach der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6B eine seitliche Querschnittsansicht der Vorrichtung aus Fig. 6A ist.

GENAUE BESCHREIBUNG

Die Wärme- und Feuchtigkeitstauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1A-4B beschrieben, die für nur veranschaulichende Zwecke vorgelegt werden und nicht als Einschränkung gedacht sind. Die dazu in Bezug stehende Gesamtheit an Kanalzügen, Ventilatoren, Gebläsen und anderer Ausrüstung des bereitstehenden Heizungs/Lüftungs/Klimatisierungs-(HVAC)-Systems, die mit der Vorrichtung in im Wesentlichen gedichteter Flüssigkeitsverbindung gekuppelt ist und die als die Quelle der Abluft- und Zuluftströme dienen, ist dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet verständlich und wird aus Gründen der Kürze hierin nicht beschrieben oder dargestellt.
Mit Bezug auf Fig. 1A-B umfasst eine Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschbaugruppe (9) eine Vorheizeinrichtung (7) und eine Austauschervorrichtung (8), die in Flüssigkeitsverbindung miteinander verbunden sind. Obwohl nicht in Fig. 2A-4B dargestellt, kann die Vorheizeinrichtung (7) mit der Austauschervorrichtung (8) der Fig. 2A-4B in einer Weise eingesetzt werden, die ähnlich der Ausführungsform ist, die in Fig. 1A-B dargestellt wird.
In der veranschaulichenden Ausführungsform der Fig. 1A-B umfasst die Austauschervorrichtung (8) ein Austauschergehäuse (2), Platten (3) und die wasserdampfdurchlässige Barriere (1), wie genauer im Folgenden hierin beschrieben. Die Vorheizbaugruppe (T) umfasst ein Vorheizgehäuse (5), Platten (6) und ein Heizelement(e) (4), wie genauer im Folgenden hierin beschrieben.
Das Austauschergehäuse (2) der Austauschervorrichtung (8) kann wie in der veranschaulichenden Ausführungsform als ein starrer Rahmen eingebaut, in den Platten (3) aufgenommen werden. Insbesondere das Austauschergehäuse (2) kann ein Paar von aufrechten Halterungen umfassen, wobei die Halterungen aus Metall wie extrudiertem Aluminium oder aus einem anderen steifen Material gebildet sind und Mittel wie Einkerbungen, Schlitze oder Klammern auf den dem Inneren zugewandten Oberflächen davon aufweisen, um die Platten (3) aufzunehmen. Das Austauschergehäuse (2) kann die Abmessungen und Befestigungsmerkmale eines Mittelpfostens aufweisen, was es ermöglicht, das Austauschergehäuse (2) als Teil eines vorgehängten Standardwandsystems für Architekturanwendungen einzusetzen. Auf diese Weise kann sich das Gehäuse vom Boden bis zur Decke eines Gebäudes erstrecken und mit einer im Wesentlichen luftdichten Abdichtung durch herkömmliche Kupplungen mit den Unterboden- und Deckenhohlräumen von Gebäuden als auch mit den Quellen der Zuluft und Austauschluft, die in den Hohlräumen enthalten sind, verbunden werden.
Alternativ kann das Austauschergehäuse (2) Klammern oder herkömmliche Kupplungen umfassen, die es ermöglichen, dass eine oder mehrere Austauschervorrichtungen (8) vertikal oder gegenüberliegend Seite an Seite gestapelt werden (nicht gezeigt). Zwei oder mehr Austauschervorrichtungen können vertikal unter Verwendung herkömmlicher Kupplung- und Abdichtungstechniken gestapelt werden, so dass eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung zwischen den Unterkanälen ausgebildet wird, die die Zuluft- und die Abluftströme in sich leiten. Solche Kupplungen und Befestigungsmechanismen erschließen sich den Durchschnittsfachleuten auf den betroffenen Fachgebieten ohne Probleme. Zum Beispiel kann das Austauschergehäuse (2) des Weiteren Klammern umfassen, die sich zwischen den aufrechten Halterungen des Rahmens erstrecken, die zum Befestigen von Platten (3) als auch der Barriere (1) innerhalb des Austauschergehäuses (2) eingesetzt werden können. Die genaue Anordnung und der Einsatz solcher Mechanismen hängen von der Gestalt und der Anordnung der Barriere (1) innerhalb des inneren Kanals des Austauschergehäuses (2) ab.
Platten (3) werden vom starren Rahmen des Austauschergehäuses (2) aufgenommen und können darin durch Reibung, Schrauben, Klammern, Klebestoffe usw. oder andere herkömmliche Mechanismen (nicht gezeigt) befestigt werden. Die Abmessungen der Platten (3) wiederum können sich einem vorgehängtem Standardwandsystem anpassen oder durch den Planer bestimmt werden. Die Platten (3) können Glas, Polykarbonat, Kunststoff, Plexiglas oder andere transparente oder durchscheinende Materialien umfassen. Auf Grund der veränderlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsgehaltsbedingungen zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Austauschergehäuses (2) in Bezug auf das Gebäude ist ein Material mit guter thermischer Widerstandskraft wünschenswert, um das Auftreten von Feuchtigkeitskondensation auf den inneren oder äußeren Oberflächen des Austauschergehäuses (2) so gering wie möglich zu halten.
Der starre Rahmen des Austauschergehäuses (2) und die Platten (3) bilden gemeinsam die Außenwand der Vorrichtung (8), die einen inneren Kanal festlegt, der sich dort hindurch erstreckt. Eine wasserdampfdurchlässige Barriere (1) wird innerhalb des Austauschergehäuses (2) eingesetzt, so dass sie den inneren Kanal in separate Unterkanäle unterteilt, durch die Abluftströme und Zuluftströme in Flüssigkeitsverbindung gekoppelt werden können, wie in Fig. 18 dargestellt. Die Zusammensetzung und der Aufbau der wasserdampfdurchlässigen Barriere (1), die hierin im Folgenden als ein Austauschfilm bezeichnet wird, werden hierin genau beschrieben. Der Austauschfilm wird an dem starren Rahmen des Austauschergehäuses (2) in Abhängigkeit von der tatsächlichen Gestalt des Austauschfilms und seiner Position innerhalb des inneren Kanals angebracht. Klammern können verwendet werden, um die Position des Austauschfilms innerhalb des Austauschergehäuses (2) sicherzustellen.
Der Austauschfilm kann innerhalb des Austauschergehäuses (2) vielfältig konfiguriert werden, um den Oberflächenbereich des Austauschfilms, der mit den Luftströmen in Kontakt steht und dem sichtbaren Licht ausgesetzt ist, das in das Austauschergehäuse (2) eindringt, größtmöglich zu gestalten. Einige mögliche Konfigurationen für einen Austauschfilm, der in einer Bahnkonfiguration umgesetzt ist, werden in Fig. 1A-4B gezeigt. Fig. 1A-B stellen einen einbahnigen Austauschfilm dar, der innerhalb des Austauschergehäuses (2) angeordnet ist. Fig. 2A-B stellen eine gefaltete oder plissierte Filmbahn dar. Fig. 3A-B stellen eine mehrfache Filmbahn dar. Fig. 4A-B stellen eine mehrfache Rohrfilmkonfiguration dar. Wie dargestellt, kann der zusammengesetzte Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschfilm weiter zugeschneidert und in Form gebracht werden, um seinen Oberflächenbereich zum Beispiel durch Plissieren, Falten und Ähnliches zu vergrößern. Wie in Fig. 4A-B gezeigt, kann der Austauschfilm in zylindrische Rohre gefaltet werden und an die Oberseite, den Boden oder an beide Seiten des Rahmens mit Klammern (nicht gezeigt)angebracht werden.
Wie bereits vorhin erwähnt, kann die Austauschervorrichtung (8) einzeln oder in Verbindung mit einer Vorheizeinrichtung (7) verwendet werden, um die Feuchtigkeitsaustauschrate über die Barriere (1) zu vergrößern. In der veranschaulichenden Ausführungsform umfasst die Vorheizeinrichtung (7) ein Vorheizgehäuse (5), Platten (6) und ein oder mehrere Heizelemente (4). Das Vorheizgehäuse (5) kann ähnlich dem Austauschergehäuse (2) eingebaut werden. Insbesondere kann das Vorheizgehäuse Paare von aufrechten Halterungen umfassen, die aus extrudiertem Aluminium oder ähnlich steifem Material bestehen und Mittel wie Einkerbungen, Schlitze oder Klammern auf den nach innen gewandten Oberflächen davon aufweisen, um Platten (6) aufzunehmen. Das Vorheizgehäuse (5) kann Abmessungen und Befestigungsmerkmale ähnlich dem Austauschergehäuse (2) aufweisen, um es so zu ermöglichen, die Vorheizeinrichtung (7) und die Austauschervorrichtung (8) in Flüssigkeitsverbindung zu koppeln.
Die Platten (6) werden in den starren Rahmen des Vorheizgehäuses (5) aufgenommen und können darin durch Reibung, Schrauben, Klammern, usw. oder andere herkömmliche Mechanismen befestigt werden. Eine oder beide Platten (6) können aus Glas, Polykarbonat, oder einem anderen Material bestehen. Die Platte (6) kann aus einem Material mit einer hohen Durchlässigkeit für Strahlung im Spektrum des Sonnenlichts hergestellt werden, um die Menge der auf den Heizelementen (4) auftreffenden Strahlung größtmöglich zu gestalten.
Der starre Rahmen des Vorheizgehäuses (5) und die Platte (6) bilden gemeinsam eine Außenwand der Vorheizeinrichtung (7), die einen inneren Kanal, der sich dort hindurch erstreckt, festlegt ist. Ein oder mehrere Heizelemente (4) sind innerhalb des inneren Kanals zum Beispiel auf einem stützenden Unterbau befestigt, der sich zwischen den aufrechten Halterungen des Rahmenvorheizgehäuses (5) erstreckt.
Die Heizelemente (4) können aus herkömmlichen fotovoltaischen Zellen oder Filmen hergestellt werden und auf einem Unterbau angebracht sein. Alternativ können die Heizelemente (4) aus Metallteilen hergestellt werden, die innerhalb des Gehäuses (5) so angeordnet sind, dass sie der eintreffenden Sonnenstrahlung größtmöglich ausgesetzt sind. Zusätzlich können das/die Heizelement(e) (4) so gestaltet und konfiguriert sein, dass der Kontakt mit dem Zuluftstrom, in den die Vorrichtung eingetaucht ist oder der benachbart dazu fließt, für den Wärmeübergang von dem/den Element(en) (4) auf den Luftstrom optimal gestaltet ist.
Mögliche Materialien und Beschreibungen für den Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschverbundfilm finden sich in der Europäischen Patentanmeldung Nummer 94308263.6, veröffentlicht als EP 0 661 502 A3. In der veranschaulichenden Ausführungsform umfasst der Austauschfilm eine poröse Polymermembran, die mit einem wasserdampfdurchlässigen Polymermaterial beschichtet und/oder imprägniert ist. Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial wird auf solche Weise auf die poröse Membran beschichtet oder diese damit imprägniert, dass der Film eine nicht poröse Barriere bildet, um den Durchfluss von Luft und anderer Gase durch den Wärmeaustauschfilm zu sperren.
Die poröse Polymermembran kann eine nominale Porengröße im Bereich von 0,01 bis 10 Mikrometer, ein Porenvolumen im Bereich von 50 bis 98 Prozent und eine Stärke im Bereich von 5 bis 100 Mikrometer aufweisen.
Die poröse Membran des Austauschfilms kann aus einer großen Vielzahl von Materialien hergestellt werden und weist einen Einsatztemperaturbereich auf, der die Fertigungsverfahren und Temperaturen abdeckt, die in Heim-, Büro- und Industrieklimata anzutreffen sind. Auch sollte die poröse Membran ein gute chemische Widerstandskraft aufweisen, so dass sie es aushält, wenn sie den Chemikalien ausgesetzt ist, die in solchen Umgebungen angetroffen werden können. Geeeignete Materialien können umfassen, sind aber beschränkt auf Polyethylen, Polypropylen, Polykarbonate und Fluorpolymere wie Polytetrafluorethylen, Tetrafluorethylen/(Perfluoralkyl)-Vinylethercopolymer, Tetrafluorethylen/hexafluorpropylen-Copolymer, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und Ähnliches. Fluorpolymere sind auf Grund ihres breiten Einsatztemperaturbereichs und ihrer hohen chemischen Resistenz geeignet. Poröse Materialien aus Polytetrafluormethylen sind ebenfalls geeignet.
Poröse Polytetrafluorethylenmembrane, die für den Einsatz in der Erfindung geeignet sind, können durch auf diesem Gebiet der Technik bekannte Verfahren zum Beispiel durch Streckform- oder Zieh-Vorgänge, durch Papierherstellungsprozesse, durch Prozesse, in denen Füllermaterialien in das PTFE-Harz eingebracht sind und dann in weiterer Folge entfernt werden, um einen porösen Aufbau zu hinterlassen, oder durch Pulversinterprozesse hergestellt werden. Die poröse Polytetrafluorethylenmembran kann eine poröse, gedehnte Polytetrafluorethylenmembran mit einem Aufbau von miteinander verbundenen Knoten und Fibrillen sein, wie in den US-Patentschriften Nr. 3,953,566 und 4,187,390 beschrieben, die vollständig die bevorzugten Materialien und Herstellungsverfahren beschreiben, wobei die Erfindungsgegenstände jener Patentschriften hierin für alle Zwecke durch Hinweis eingefügt sind.
Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial, welches auf die poröse Membran beschichtet oder in diese imprägniert wird, wird so aufgebracht, dass es eine nicht poröse Barriere bildet, um den Durchfluss von Luft oder anderen Gasen zu sperren. Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial kann auf die poröse Membran so aufgebracht werden, dass es im Bereich von 1 bis 20 Mikrometer dick ist. Die Dicke des wasserdampfdurchlässigen Polymermaterials kann im Bereich von 5 bis 60 Prozent der Dicke der Wärmeaustauschverbundmembran liegen.
Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial sollte eine nicht poröse Barriere bilden, um den Durchfluss von Luft oder anderen Gasen zu sperren, wobei es eine Luftdurchlässigkeit von zumindest 5000 Gurley-Zahl aufweist. Die Gurley-Zahl ist die Zeit (in Sekunden), die 100 Kubikzentimeter Luft für den Durchgang durch 1 Quadratinch (6,45 cm²) bei einem Druck von 4, 88 Inch (12, 4 cm) Wassersäule brauchen. Je höher daher die Gurley-Zahl, desto geringer der Durchfluss.
Vorzugsweise lässt das wasserdampfdurchlässige Polymerbarrierematerial keinen Luftdurchfluss zu.
Andererseits sollte das wasserdampfdurchlässige Polymerbarrierematerial eine hohe Wasserdampfübertragungsrate (WVTR) aufweisen. Das wasserdampfdurchlässige Polymerbarrierematerial sollte eine WVTR von zumindest 30.000 g/m²/24 Stunden aufweisen, wenn die Rate durch die Verfahren gemäß dem Japanischen Industriestandard JIS L 1099B-1 gemessen wird.
Hydrophile Polymere, die Hydroxylgruppen Karboxylgruppen, Sulfosäuregruppen, Aminogruppen und Ähnliche, die wasserquellbar aber nicht wasserlöslich sind, aufweisen, können als das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial der Erfindung eingesetzt werden. Beispiele für solche hydrophile Polymere umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, teilweise vernetzte Polyvinylalkohole, Zelluloseacetat, Zellulosenitrat, Polyaminosäuren, Polyurethane, hydrophile fluorhaltige Polymere und Ähnliches. Hydrophile Polymere auf Silikonbasis können ebenfalls verwendet werden. Hydrophile Polyurethanpolymere und fluorhaltige feuchtigkeitsdurchlässige Polymere werden auf Grund ihrer Hitzebeständigkeit, chemischen Resistenz und Verarbeitbarkeit bevorzugt.
Polyurethanpolymere, die einen guten Fluss von Wasserdampf durch sie hindurch aufweisen, sind eher hydrophile Blockcopolymere, wobei das hydrophile Weichsegment bei mehr als 50% Gewichtsanteil am Copolymer liegt und aus der chemischen Familie der Polyoxyethylene stammt. Solche Polymere werden üblicherweise durch eine Reaktion erzielt, in der die Ausgangsmaterialien eine Polyisocyanatverbindung und ein mehrwertiger Alkohol mit hoher Hydrophilie wie Polyoxyethylenglycol sind. Ein mehrwertiger Polyoxyalkylenalkohol kann eingesetzt werden, wenn eine gesteigerte Feuchtigkeitsdurchlässigkeit oder eine gesteigerte Aushärtungsrate erwünscht ist. Solche Materialien können durch Reaktion mit der in der Luft vorhandenen Feuchtigkeit ausgehärtet werden oder können mit Aushärtungsmitteln, zum Beispiel Diole und Diamine, in Zwei-Komponenten-Systemen für schnelleres Aushärten, zusammengefügt werden.
Die Materialien können auch Katalysatoren und andere reaktive Zusätze umfassen, um das Aushärten durch ultraviolette Strahlung, Elektronenstrahlbestrahlung und Ähnliches zu erlauben. Viele hydrophile Polyurethanpolymere sind im Handel erhältlich und können als das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial der Erfindung eingesetzt werden. Wasserdampfdurchlässige Copolymere mit fluorhaltigen Bestandteilen können ebenfalls mit günstiger Wirkung eingesetzt werden.
Ein anderes geeignetes fluorhaltiges Material für das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial der Erfindung ist ein hydrophiles fluorhaltiges Copolymer, das Einheiten eines fluorhaltigen ethylenisch ungesättigten Monomers und Einheiten eines nicht fluorierten Vinylmonomers mit einer hydrophilen funktionalen Gruppe umfasst, wobei der Fluorgehalt des hydrophilen fluorhaltigen Polymers zwischen 2 und 60 Prozent, gemessen an dem Gewicht des Copolymers, liegt und das Verhältnis des Ansatzgewichts der wiederkehrenden Einheiten des Copolymers zur Anzahl der funktionalen Gruppen zwischen 45 und 700 liegt. Solch ein hydrophiles fluorhaltiges Copolymer wird in der US-Patentschrift Nr. 5,130,024 vollständig offenbart, wobei deren Erfindungsgegenstand hierin durch Bezugnahme eingefügt ist.
Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial kann auf der porösen Polymermembran aufgebracht werden, um den Austauschfilm durch herkömmliche Mittel wie durch Rakelbeschichtungs- oder durch Walzbeschichtungsverfahren, die Tiefdruckwalzen, Umkehrwalzen, Schleifauftragswalzen und Ähnliches umfassen, auszubilden. Das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial kann auch als freistehender Film und laminiert auf eine poröse Membran durch herkömmliche Mittel wie den Einsatz von Klebern oder im Falle von heißverklebbaren Materialien durch Anwendung von Wärme und Druck hergestellt werden. Wenn das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial ein Polyurethancopolymer ist, kann das eingesetzte Verfahren daraus bestehen, mehrwertige Alkohol- und Polyisocyanat-Bestandteile zu mischen, die Mischung zum Beschichten oder Imprägnieren der porösen Membran aufzutragen und den Verbundfilm zu erwärmen, um das Copolymer auszuhärten. Verdünnung der Mischung mit Lösungsmitteln kann dazu eingesetzt werden, die Viskosität der Mischung zu steuern, wenn dies angestrebt wird. Wenn das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial ein fluorhaltiges Copolymer ist, kann ein geeignetes Verfahren daraus bestehen, das Copolymer in einem Alkohol, Keton, Ester, Amid, Kohlenwasserstoff oder einem anderen herkömmlichen Trocknungsverfahren aufzulösen. Wenn ein Copolymer auf Silikonbasis eingesetzt wird, kann es in ähnlicher Weise in Toluol oder einem anderen geeigneten organischen Lösungsmittel aufgelöst, auf die poröse Membran aufgetragen oder in diese imprägniert und durch herkömmliche Techniken getrocknet werden.
Wenn das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial in die poröse Membran imprägniert wird, um die nicht poröse Barriere zu bilden, ist es im Allgemeinen notwendig, das Material mit einem Lösungsmittel zu verdünnen oder aufzulösen, um eine geeignete flüssige Viskosität für die Imprägnierung zu erzielen. Die Viskosität der Lösung sollte im Bereich von 0,1 bis 5 Poise eingestellt sein. Der Polymergehalt der Lösung liegt üblicherweise im Bereich von 5 bis 70 Gewichtsprozent. Die Imprägnierung sollte so durchgeführt werden, dass alle Poren die von einer Oberfläche der porösen Polymermembran ausgehen, im Wesentlichen völlig mit dem ausgehärteten wasserdampfdurchlässigen Polymermaterial aufgefüllt sind, wodurch eine nicht poröse Barriere in der porösen Membran ausgebildet wird, die einen Luftdurchfluss durch die Membran verhindert. Dementsprechend sind 50 bis 95 Prozent der Poren in der porösen Membran frei von dem wasserdampfdurchlässigen Polymermaterial.
Wie bereits früher festgestellt, kann das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial auf der porösen Membran aufgebracht werden, um eine Beschichtung auf der Oberfläche der Membran zu bilden. Der Austauschfilm kann auch so hergestellt werden, dass das wasserdampfdurchlässige Polymermaterial eine nicht poröse Beschichtung auf einer Oberfläche bildet und zusätzlich teilweise in die poröse Membran unter die Oberfläche imprägniert wird.
Um die Festigkeit und Handhabbarkeit zu verbessern, kann der Austauschfilm zur Verstärkung wahlweise auf einen gewebten Stoff, einen gewirkten Stoff oder einen Vliesstoff laminiert werden. Der zur Verstärkung herangezogene Stoff sollte einen offenen, hochporösen Aufbau besitzen und so dünn wie möglich sein, während er aber weiterhin die geforderte Festigkeit aufweist. Leichtgewichtiger gewebter Stoff, gewirkter Stoff oder Vliesstoff aus synthetischen Polymeren, die im Gewichtsbereich von 5 bis 100 g/m² liegen, sind für diesen Zweck geeignet und weisen im Allgemeinen eine Dicke im Bereich von 150 bis 350 Mikrometer auf.
Der Verstärkungsstoff und der Austauschfilm können durch herkömmliche Verfahren und Ausrüstungen, die auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt sind, laminiert werden. Wird ein Kleber zum Laminieren verwendet, sollte er auf einer zu laminierenden Oberfläche auf eine solche Weise aufgetragen werden, dass der offene, poröse Aufbau des Verstärkungsstoffs geringstmöglich betroffen ist. Zum Beispiel kann der Kleber als einzelne Punkte durch Tiefdruckverfahren aufgebracht werden oder er kann durch Schleifauftrag auf die erhöhten Stellen des Stoffs aufgetragen werden oder es können andere ähnliche Verfahren eingesetzt werden. Der Kleber kann 35 Prozent oder weniger der Oberfläche des Materials, auf das er aufgebracht wird, bedecken. Wenn der Verstärkungsstoff aus einem thermoplastischen Polymer mit einer geeigneten Schmelztemperatur hergestellt ist, können herkömmliche warmverschweißende Verfahren wie das Aufbringen von Wärme und Druck durch Plattenpressen oder geheizte Walzen eingesetzt werden.
Eine andere Möglichkeit für den Austauschfilm der vorliegenden Erfindung besteht darin, die poröse Polymermembran und/oder den Verstärkungsstoff einer Behandlung zu unterziehen, um die inneren Porenoberflächen hydrophil werden zu lassen. Solch eine Behandlung ist dann nützlich, wenn der Austauschfilm in einer Umgebung eingesetzt werden soll, wo überschüssiges Wasser vorhanden oder Kondensation wahrscheinlich ist. Durch das Hydrophilmachen der inneren Porenoberflächen macht das flüssig vorhandene Wasser die Oberflächen nass, verdampft leichter oder rinnt den Austauscherfilm nach unten und sammelt sich nicht in der Form von Tropfen, welche die Wärmeaustauschwirksamkeit innerhalb des porösen Aufbaus herabsetzen. Eine geeignete hydrophile Behandlung, die im Wesentlichen die poröse Natur der behandelten Materialien erhält, wird in der US-Patentschrift Nr. 5,130,024 offenbart, wobei deren Erfindungsgegenstand hierin durch Hinweis eingefügt ist. Andere geeignete hydrophilmachende Behandlungen sind ebenfalls auf diesem Gebiet der Technik bekannt und können verwendet werden.
Der Austauschfilm der vorliegenden Erfindung kann mit allen oben beschriebenen Materialien und Verfahren hergestellt werden. Zusätzlich kann ein Verbundaustauschfilm mit Abmessungen, die größer als die bei handelsüblichen Produkten verfügbaren Abmessungen sind, durch Zusammenfügen von einer oder mehreren kleineren Austauschfilmen durch Verfahren wie Kaltverschweißen oder Falzen oder durch andere Techniken, die den Fachleuten bekannt sind, gebildet werden.
Die Theorie des Betriebs von Austauscherbaugruppe (8) und Vorheizbaugruppe (7) wird im Folgenden beschrieben. Der Leser wird zu schätzen wissen, dass die Austauscherbaugruppe (8) getrennt und unabhängig von der Vorheizbaugruppe (7) arbeiten und immer noch die Aufgaben der Erfindung erfüllen kann. Die Vorheizbaugruppe (7) dient der weiteren Leistungsverbesserung der Austauschervorrichtung (8). Eine Austauschervorrichtung (8) wird in Flüssigkeitsverbindung mit der Kanalanlage sowohl des Zuluftstroms als auch des Abluftstroms innerhalb eines Gebäudes gekoppelt. In der veranschaulichenden Ausführungsform zum Beispiel weist die Austauschervorrichtung (8) die Abmessungen einer vorgehängten Wandplatte auf, die sich vom Boden zur Decke eines Gebäudes erstreckt, und ist mit Kanalanlagen für die Zuluft- und Abluftströme durch Boden- oder Deckenhohlräume verbunden. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist der Zuluftstrom mit dem Unterkanal des Austauschergehäuses (2) verbunden, das zur Außenseite des Gebäudes benachbart ist, wie in Fig. 1A-4B dargestellt. In der veranschaulichenden Ausführungsform erzeugen die Quellen der Zuluft und der Abluft, typischerweise Gebläse und Ventilatoren und ihre begleitende Ausrüstung, Zuluft- und Abluftströme mit positiven oder negativen Druckverläufen. Durch sachgemäß es Einstellen des Drucks im HVAC-System und der Austauschervorrichtung (8) können die Zuluftstromflüsse dazu gebracht werden, in die dem Abluftstrom entgegengesetzte Richtung zu fließen. Auf diese Weise wird der Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen den jeweiligen Strömen durch den Austauschfilm verstärkt.
In der veranschaulichenden Ausführungsform wird der Zuluftstrom auftreffender Sonneneinstrahlung oder einer anderen Quelle an Lichtenergie ausgesetzt und dadurch erwärmt. Die erhöhte Wärme innerhalb des Zuluftstroms steigert den Dampfdruck im Zuluftstrom, der üblicherweise einen höheren Feuchtigkeitsgehalt als der Abluftstrom aufweist. Dementsprechend entwickelt sich ein Dampfdruckgradient über den Austauschfilm, da der Zuluftstrom einen höheren Dampfdruck als der Abluftstrom aufweist. Der Zulieferer erkennt, dass der Dampfdruck eine Funktion sowohl des Feuchtigkeitsgehalts als auch der Temperatur ist. Es ist vorstellbar, dass ein Luftstrom einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt aufweist, aber trotzdem einen höheren Dampfdruck besitzt, wenn er sich auf einer sehr hohen Temperatur befände. Solch ein Gradient veranlasst Wasserdampf den Austauschfilm vom Zuluftstrom zum Abluftstrom zu durchdringen, um dort aus dem Gebäude ausgestoßen zu werden. Das Erwärmen des Zuluftstromes allein mit auftreffender Lichtenergie oder in Verbindung mit einer Vorheizeinrichtung (7) erhöht den Dampfdruck im Zuluftstrom weiter, wodurch die Feuchtigkeitsübertragungsrate durch die Membran des Austauschfilms gesteigert wird. Zusätzlich erhöht des Weiteren das auftreffende Licht auf dem Austauschfilm die Filmtemperatur und steigert die Feuchtigkeitsaustauschrate vom Zuluftstrom zum Abluftstrom.
Auf diese Weise dient die Austauschervorrichtung (8), wie hierin beschrieben, als ein Mechanismus zum gesteigerten Feuchtigkeitsaustausch zwischen Zuluftstrom zum Abluftstrom und nützt die Sonneneinstrahlung, um die Rate eines solchen Austausches zu erhöhen. Zusätzlich wird in Abhängigkeit von der Konfiguration des Austauschfilms innerhalb des Austauschergehäuses (2) Umgebungslicht von außerhalb der Austauschvorrichtung durch die Platten (3) und in das Innere des Gebäudes übertragen, um die Umwelt - und die ästhetischen Aspekte des Gebäudeinneren zu verbessern und möglicherweise die Energiemenge, die zur künstlichen Beleuchtung des Inneren erforderlich ist, zu verringern.
Nachweis für die Wirksamkeit der Feuchtigkeits- und Wärmetauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird durch die Testdaten geführt, die in den Tabellen 1-4 dargelegt sind, in welchen die Einheiten die folgenden Definitionen aufweisen: Tdb ist die Luftstromtrockentemperatur in Zentigrad (C); Twb ist die Luftstromfeuchttemperatur in Zentigrad (C); U ist die mittlere Luftstromgeschwindigkeit, die an der Austrittsöffnung in Meter pro Sekunde (M/s) gemessen wird; X ist der Luftstromfeuchtigkeitsgehalt in kg Feuchtigkeit/kg feuchter Luft; und VFR ist die volumetrische Luftstromgeschwindigkeit in Kubikmeter pro Sekunde (M3/s). Die experimentelle Ungenauigkeit im Datensatz 2.1 der Tabelle 3 beträgt: Tdb ±0,1 C; Twb ±0,1 C; und U ±0,25 M/s.
Die Testergebnisse in den Tabellen 1-2 betreffen die Ausführungsform der Erfindung aus Fig. 5A-B, welche einen Austauscher mit einer einzelnen Barriere mit den gezeigten Abmessungen, einer Fläche von 3,0 m³ und einer Luftstromdurchgangstiefe von 0,1 in darstellen. Zusätzlich wurde angenommen, dass die thermische Leitfähigkeit des Austauschergehäuses bei 0,0 W/m²K liegt. Zusätzlich wurde für eine hypothetische Austauschfilmbarriere, die aus einem Polydimethylsiloxan-Verbundstoff hergestellt ist, die Durchlässigkeit für Wasserdampf mit 2, 20 · 10&supmin;²m³/m² Pa angenommen, die Selektivität über Luft mit 100000 und die thermische Leitfähigkeit mit 8,63 · 10&supmin;¹W/m²K. Die Leistung des Austauschers aus Fig. 5A-B wurde unter 29 verschiedenen Einlassbedingungen mittels zweier separater mathematischer Verfahren berechnet. Der erste Satz an Ergebnissen, Datensatz 1.1, wie in Tabelle 1 vorgestellt, wurde durch Darstellung des Austauschers unter Verwendung von rechnergestützter Software für die Dynamik flüssiger Körper auf Basis impliziter Integration und finiter Volumina abgeleitet. Das Abbilden geschah unter Einsatz von STAR CD, einem rechnergestützten Programm für die Dynamik der flüssigen Körper, das ein finites Volumen, implizite Integration, Navier-Stokes Lösungsverfahren auf einem zweidimensionalen 20 · 300 Zellenmodell einsetzt. Das STAR CD-Programm ist im Handel von Compilation Dynamics Ltd., London, United Kingdom, erhältlich.
Der zweite Satz an Ergebnissen, Datensatz 1.2, wie in Tabelle 2 vorgelegt, wurde durch Bestimmen von Lösungen zu den Gleichungen für die Erhaltung der Masse, des Moments und der Energie berechnet, wie unten dargelegt: Erhaltung der Masse:
Erhaltung des Moments: Erhaltung der Energie:
Diese Gleichungen wurden dann in einer stufenweisen Integration entlang der Länge desselben Austauschers eingesetzt, um die Einlass- und Auslassbedingungen zu bestimmen.
Die Testergebnisse in den Tabellen 3-4 betreffen die Ausführungsform der Erfindung aus Fig. 6A-6B, welche einen Austauscher mit einer einzelnen Barriere mit den gezeigten Abmessungen, mit einer Fläche von 0,693 m³ und einer Luftstromdurchgangstiefe von 0,1 m darstellen. Zusätzlich wurde angenommen, dass die thermische Leitfähigkeit des Austauschergehäuses der Ausführungsform aus Fig. 6A-6B bei 1,07 · 10&sup5;W/m²K liegt. Des Weiteren wurde der Austauschfilm des Austauschers aus Fig. 6A-6B an Hand eines Polydimethylsiloxan-Verbundstoffes, der von G. K. S. S., Geesthacht, Deutschland, im Handel lieferbar ist, dargestellt, wobei dieser eine Durchlässigkeit für Wasserdampf von 7,59 · 10&supmin;&sup9;m³/m²s/Pa, eine Selektivität über Luft von 1000 und eine thermische Leitfähigkeit von 7, 81 · 10&sup4;W/m²K aufweist. Die Leistung des Austauschers aus Fig. 6A-6B wurde unter 16 verschiedenen Einlassbedingungen unter Verwendung einer experimentellen Vorrichtung gemessen. Der sich ergebende dritte Satz an Ergebnissen, Datensatz 2.1, findet sich in Tabelle 3. Die Leistung des Austauscherg aus Fig. 6A-6B unter denselben 16 Bedingungen wurde auch durch Bestimmen der Lösungen der Gleichungen zur Erhaltung der Masse, des Moments und der Energie, wie sie zuvor dargelegt wurden, berechnet. Diese Gleichungen wurden dann in einer stufenweisen Integration entlang der Länge desselben Austauschers eingesetzt, um die Einlass- und Auslassbedingungen in einer zu Datensatz 1.2 ähnlichen Weise zu bestimmen. Der sich ergebende vierte Satz an Daten, Datensatz 2.2, findet sich in Tabelle 4.
Der Leser wird zu schätzen wissen, dass die neuartige Wärme- und Feuchtigkeitsaustauschvorrichtung allein oder in Verbindung mit der offenbarten Vorheizbaugruppe eine Anzahl von Vorteilen gegenüber Austauschervorrichtungen nach dem Stand der Technik aufweist. Erstens kann der Austauscher so gestaltet und bemaßt werden, um als ein architektonisches Element in die Außenwände oder Fassaden eines Gebäudes in ähnlicher Weise wie ein Fenster integriert zu werden. Auf diese Weise ist der neuartige Austauscher in der Lage, die Umgebungswärme und das Umgebungslicht auszunutzen, um den Austauschvorgang zu verstärken wie auch das Innenklima des Gebäudes zu verbessern. Dann ergibt die Oberfläche eines Austauschfilms, wie beschrieben, einen wirkungsvollen Feuchtigkeitstransfer zwischen den Zuluft- und Abluftströmen innerhalb des HVAC- Systems eines Gebäudes. Zusätzlich ergibt die große Querschnittsfläche des Luftkanals durch die Austauschervorrichtung einen geringen Druckabfall in den jeweiligen Luftströmen, wodurch die Energiemenge, die durch die Gebläse, Ventilatoren, Motoren und andere Bestandteile des HVAC- Systems ausgenützt wird, bewahrt bleibt. TABELLE 1 TABELLE 2 TABELLE 3 TABELLE 4

Claims

1. Eine Einrichtung (8) zum Ermöglichen von Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch umfaßt:

ein Austauschergehäuse (2), das eine äußere Wandung aufweist, die einen inneren Kanal definiert, durch den ein Gasstrom hindurchströmen kann, wobei wenigstens ein Teil der äußeren Wandung ein lichtübertragendes Material (3) enthält;

eine wasserdampfdurchlässige Barriere (1), die in dem inneren Kanal angeordnet ist und diesen in eine Vielzahl separater Unterkanäle unterteilt;

ein erster der Unterkanäle ist zum Empfang eines ersten Gasstroms eingerichtet; und

ein zweiter der Unterkanäle ist zum Empfang eines zweiten Gasstroms eingerichtet.

2. Die Einrichtung nach Anspruch 1, worin ein Teil der äußeren Wandung ein Paar Platten (3) aus lichtübertragendem Material enthält.

3. Die Einrichtung nach Anspruch 1, worin die äußeren Wandung zum Teil ein durchscheinendes Material enthält.

4. Die Einrichtung nach Anspruch 1, worin die äußeren Wandung zum Teil ein transparentes Material enthält.

5. Die Einrichtung nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Vorheizeinrichtung (7), die in eine Flüssigkeitsverbindung mit einem der Unterkanäle gebracht werden kann.

6. Die Kombination nach Anspruch 5, worin die Vorheizeinrichtung (7) umfaßt:

ein Vorheizgehäuse (5), das eine äußere Wandung aufweist, die einen Vorheizkanal definiert, durch den ein Gasstrom hindurchströmen kann, wobei wenigstens ein Teil der äußeren Wandung (5) ein lichtübertragendes Material (6) enthält; und

ein Energie absorbierendes Material (4), das in dem Vorheizkanal angeordnet ist, wobei der Vorheizkanal mit einem der Unterkanäle der Austauschereinrichung koppelbar ist.

7. Die Einrichtung nach Anspruch 1, worin der erste Unterkanal einen Gasstrom empfängt, der in einer Richtung fließt, die entgegengesetzt zu einem zweiten Gasstrom verläuft, der von einem zweiten Unterkanal empfangen wird.

8. Die Einrichtung (8) zum Ermöglichen von Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen einem ersten Gasstrom und einem zweiten Gasstrom enthält:

einen starren Rahmen (2);

ein Paar von lichtübertragenden Platten (3), die an dem Rahmen befestigt sind, der starre Rahmen und die Platten definieren gemeinsam einen inneren Kanal, und

eine wasserdampfdurchlässige Barriere (1), die in dem inneren Kanal angeordnet ist und diesen in eine Vielzahl separater Unterkanäle unterteilt.

9. Die Einrichtung nach Anspruch 8 in Kombination mit einer Vorheizeinrichtung (7), die in eine Flüssigkeitsverbindung mit einem ersten der Vielzahl von Unterkanälen gebracht werden kann.

10. Die Kombination von Anspruch 9, worin die Vorheizeinrichtung enthält:

einen starren Rahmen (5);

ein Paar von Platten (6), die an dem Rahmen befestigt sind und von denen wenigstens eine lichtübertragend ausgebildet ist, der starre Rahmen und die Platten definieren gemeinsam einen Vorheizkanal, und

ein energieabsorbierendes Material (4), das in dem Vorheizkanal angeordnet ist, wobei der Vorheizkanal mit dem ersten Unterkanal der Austauschereinrichung koppelbar ist.

11. Die Einrichtung von Anspruch 10, worin das energieabsorbierende Material ein Metall umfaßt.

12. Die Einrichtung von Anspruch 11, worin das energieabsorbierende Material eine Fotozelle umfaßt.

13. Die Einrichtung von Anspruch 12, worin der erste Unterkanal mit dem ersten Gasstrom verbunden ist, so daß dieser durch den ersten Unterkanal in einer Richtung strömt, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der der zweite Gasstrom durch den zweiten Unterkanal strömt.

14. Die Einrichtung von Anspruch 8, worin der starre Rahmen in die Außenwand eines Gebäudes integriert ist.

15. Ein Verfahren zum Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten Gasstrom enthält die Schritte:

(a) Trennen des ersten Gasstroms vom zweiten Gasstrom durch eine wasserdampfdurchlässige Barriere (1);

(b) Steuerung des Druckes des ersten Gasstroms und des zweiten Gasstroms zum Ermöglichen eines Austausches von Wärme und Feuchtigkeit zwischen den Gasströmen durch die wasserdampfdurchlässige Barriere; und

(c) Aussetzen von wenigstens einem der Gasströme einer Quelle von strahlender Energie.

16. Das Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Schritt (c) enthält:

(c.1) Anordnen eines Heizelements (4) in einem der Gasströme.

17. Das Verfahren nach Anspruch 16, in welchem der Schritt (c) weiter enthält:

(c.2) Aussetzen des Heizelements einer Quelle von strahlender Energie.

18. Das Verfahren nach Anspruch 17, in welchem der Schritt (c.2) enthält:

(c.2.1) Aussetzen des Heizelements einer Quelle von sichbarem Licht.

19. Das Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Schritt (c) enthält:

(c.l) Aussetzen von wenigstens einem der Gasströme einer Quelle von Lichtenergie.

20. Das Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Schritt (b) enthält:

(b.1) Steuerung des Druckes der Gasströme, so daß die Gasströme in unterschiedlichen Richtungen strömen.

21. Das Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Schritt (b) enthält:

(b.1) Steuerung des Druckes der Gasströme, so daß die Gasströme in entgegengesetzten Richtungen strömen.