EP0663571A2

EP0663571A2 - Konvektives Kühlelement

Info

Publication number: EP0663571A2
Application number: EP94120256A
Authority: EP
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Leyer; Detlef Dipl.-Ing. Makulla; Jürgen Dipl.-Ing. Nickel; Franc Dr. Ing. Sodec
Original assignee: Krantz TKT GmbH; H Krantz TKT GmbH
Current assignee: Krantz TKT GmbH; H Krantz TKT GmbH
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1995-07-19
Also published as: EP0663571A3; DE9400738U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein konvektives Kühlelement, das eine langgestreckte, horizontal im Bereich einer Raumdecke anzuordnende, quaderförmige Verkleidung (1) aufweist, die senkrecht zu ihrer Längsachse von einem Luftstrom durchströmbar und dazu mit Ein- und Austrittsöffnungen (8) versehen ist. Die Verkleidung (1) umschließt mindestens ein sich in ihrer Längsrichtung erstreckendes, mit kaltem Wasser durchströmbares Rohr (3) und eine Vielzahl von diesem durchdrungende, vertikal ausgerichtete Wärmetauscherlamellen (4), die an Längsseitenwände (5) der Verkleidung (1) angeschlossen sind. Die Eintrittsöffnungen (6) sind durch die Abstände zwischen den Längsseitenwänden und den Wärmetauscherlamellen (4) und die Austrittsöffnungen (8) durch unterhalb der Wärmetauscherlamellen (4) in der Verkleidung (1) vorgesehene Durchbrüche definiert. Um relativ große Kaltluftvolumenströme pro Zeiteinheit zugfrei in den Aufenthaltsbereich eines zu kühlenden Raumes einbringen zu können, wird vorgeschlagen, daß innerhalb der Verkleidung (1) zwischen den Eintrittsöffnungen (6) und den Austrittsöffnungen (8) mindestens eine den Luftstrom in Einzelströme auffächernde und umlenkende Verteilungseinrichtung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein konvektives Kühlement, das eine langgestreckte, horizontal im Bereich einer Raumdecke anzuordnende, quaderförmige Verkleidung aufweist. Diese ist senkrecht zu ihrer Längsachse von einem Luftstrom durchströmbar und dazu mit Ein- und Austrittsöffnungen versehen Die Verkleidung umschließt mindestens ein sich in ihrer Längsrichtung erstreckendes, mit kaltem Wasser durchströmbares Rohr und eine Vielzahl von diesem durchdrungene, vertikal ausgerichtete Wärmetauscherlamellen, die an Längsseitenwände der Verkleidung angeschlossen sind. Die Eintrittsöffnungen sind durch die Abstände zwischen den Längsseitenwänden und den Wärmetauscherlamellen und die Austrittsöffnungen durch unterhalb der Wärmetauscherlamellen in der Verkleidung vorgesehene Durchbrüche definiert.
Derartige, beispielsweise in Unterdecken eines Gebäudes integrierte Kühlelemente sind allgemein bekannt und dienen dazu, Räume zu kühlen, indem der durch die Kühlelemente hindurchgeleiteten Raumluft Wärme entzogen und auf diese Weise abgeführt wird. Die über die Eintrittsöffnungen in der Verkleidung eines solchen Kühlelements eingeleitete warme Luft wird durch die Wärmetauscherlamellen abgekühlt und gelangt durch Schwerkraftwirkung über die unterhalb der Wärmetauscherlamellen in der Verkleidung des Kühlelements angeordneten Austrittsöffnungen in den Raum.
Die gekühlte Luft neigt dazu, mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Raum zu strömen, wodurch Zugerscheinungen, insbesondere im Aufenthaltsbereich unter den Kühlelementen, verursacht werden. In der Fachwelt wird daher die Ansicht vertreten, daß derartige Kühlelemente nur dann das Auftreten von Zug und Kältesturz verhindern, wenn die Verkleidung ein geschlossenes Bodenprofil umfaßt. Bekannte Kühlelemente weisen daher als Austrittsöffnungen bevorzugt je einen in den Längsseitenwänden der Verkleidung vorgesehenen Spalt auf, der durchgehend über die gesamte Länge des Kühlelements reicht. Aber auch die beidseitig aus dem Kühlelement austretenden Kaltluftströme neigen dazu, mit einer hohen Geschwindigkeit in den Raum abzufallen und in den Aufenthaltsbereich zu gelangen, bevor eine ausreichende Durchmischung der zugeführten Kaltluft mit der Raumluft stattgefunden hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein konvektives Kühlelement der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, das es ermöglicht, relativ große Kaltluftvolumenströme pro Zeiteinheit zugfrei in den Aufenthaltsbereich eines zu kühlenden Raumes einzubringen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird von einem Kühlelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ausgegangen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Verteileinrichtung, die den Kaltluftstrom umlenkt und in Einzelströme auffächert, vermischen sich diese intensiv mit der Raumluft, bevor das Luftgemisch in den Aufenthaltsbereich gelangt. Dort wirkt sich der Kaltluftanteil im Luftgemisch, dessen Strömungsgeschwindigkeit bereits durch die Vermischung erheblich reduziert worden ist, nicht mehr dahin gehend aus, daß Zugerscheinungen oder Kältestürze auftreten können, zumal die Temperatur des Luftgemisches höher ist als die Temperatur der aus dem Kühlelement unmittelbar austretenden Kaltluft.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlelements sehen für die Ausbildung und Anordnung der Verteileinrichtung drei besonders vorteilhafte Varianten vor:
Nach einer ersten Ausführungsform ist die Verteileinrichtung durch einen den gekühlten Luftstrom horizontal in zwei entgegengesetzte Richtungen umlenkenden, geschlossenen Verkleidungsboden und durch eine Reihe von in jeder Längsseitenwand der Verkleidung vorgesehenen, bis auf den Verkleidungsboden reichenden, rechteckförmigen Austrittsöffnungen gebildet.
Durch den an sich bekannten geschlossenen Verkleidungsboden wird der gekühlte Luftstrom zunächst in zwei horizontale Teilluftströme mit entgegengesetzten Strömungsrichtungen aufgeteilt. Die beiden Teilluftströme werden durch die einzelnen Austrittsöffnungen in den Längsseitenwänden der Verkleidung in eine Vielzahl von Einzelströmen aufgeteilt, die sich wesentlich intensiver mit der Raumluft vermischen können als Teilluftströme, die durch Schlitze austreten, welche sich durchgehend über die gesamte Länge eines Kühlelements erstrecken.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Verteileinrichtung durch ein dem Verkleidungsboden zugeordnetes, diesen in zwei Längshälften unterteilendes Umlenkprofil und durch im Verkleidungsboden vorgesehene Perforationen gebildet.
Durch das Umlenkprofil, das beispielsweise längsmittig auf den Verkleidungsboden aufgesetzt und vorzugsweise im Querschnitt spitzdachförmig ausgebildet sein kann, wird der gekühlte Luftstrom in zwei divergierende Teilströme aufgeteilt, wodurch die aus den im Verkleidungsboden vorgesehenen Perforationen austretenden Einzelstrahlen gleichfalls in zwei divergierende Gruppen unterteilt werden. Dadurch kann sich der gekühlte Luftstrom zugfrei über einen großflächigen Raumbereich auswirken.
Nach einer dritten Ausführungsform ist die Verteileinrichtung durch in Abständen über die Länge der Verkleidung zwischen den Wärmetauscherlamellen und den im Verkleidungsboden angeordneten Drallauslässen und in den Verkleidungsseitenwänden und/oder im Verkleidungsboden vorgesehenen Perforationen gebildet.
Durch die Drallauslässe, die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit ihrer Auslaßseite den Wärmetauscherlamellen zu- oder abgewandt sein können und an ein sich in Längsrichtung der Verkleidung erstreckendes Zuluftverteilrohr angeschlossen sind, läßt sich dem gekühlten Luftstrom intensiv Zuluft beimischen, bevor oder unmittelbar nachdem der gekühlte Luftstrom in den Raum gelangt. Das Zuluftverteilrohr kann in besonders vorteilhafter Weise auch in zwei Längshälften unterteilt sein, wobei an einer Längshälfte die Drallauslässe angeschlossen sind, während die andere Längshälfte mit Düsen versehen ist.
Durch die Drallauslässe und/oder die Düsen läßt sich nicht nur die Induktion der Raumluft durch die Kühllamellen erhöhen, sondern gleichzeitig auch dem Raum Frischluft zuführen. Die Konvektion an den Kühllamellen wird verstärkt und dadurch auch die Kühlleistung beachtlich erhöht. Die hochturbulenten Luftstrahlen aus den Drallauslässen reduzieren beachtlich die Geschwindigkeit der kombinierten konvektiven und erzwungenen Strömung.
Durch eine im Einlaßbereich des Zuluftverteilrohres angeordnete schwenkbare Klappe läßt sich wahlweise die mit Drallauslässen oder mit Düsen versehene Längshälfte des Zuluftverteilrohres vollständig oder teilweise versperren.
Schließlich sieht eine Ausgestaltung der Erfindung noch vor, daß die Verkleidung einen sich über deren Länge erstreckenden Zuluftkanal umschließt, in dessen mit dem perforierten Verkleidungsboden bündig abschließendem Kanalboden eine Reihe von Induktionsdüsen vorgesehen ist, deren Mittelachsen nacheinander abwechselnd in divergierende Richtungen weisen.
Durch diese Ausgestaltung lassen sich den Strahlen des austretenden gekühlten Luftstromes hochinduktive Strahlen überlagern, die durch ihre divergierende Ausrichtung auf einen großflächigen Raumbereich einwirken können, ohne Zugerscheinungen hervorzurufen.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kühlelements schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1: in Perspektive ein Kühlelement mit wandseitig angeordneten Austrittsöffnungen;
Fig. 2: einen Querschnitt durch ein Kühlelement mit bodenseitig angeordneten Austrittsöffnungen;
Fig. 3: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 2, jedoch mit einem Umlenkprofil;
Fig. 4: einen Querschnitt durch ein Kühlelement mit wand- und bodenseitig angeordneten Austrittsöffnungen und nach unten gerichteten Drallauslässen;
Fig. 5: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 4, bei dem jedoch die Auslaßebene der Drallauslässe bündig mit der Bodenseite abschließt;
Fig. 6: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 4, bei dem jedoch die Drallauslässe nach oben gerichtet sind;
Fig. 7: einen Längsschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 5;
Fig. 8: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 5 mit einem in zwei Längshälften unterteilten Zuluftverteilrohr;
Fig. 9: einen abgebrochen dargestellten Längsschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 8;
Fig. 10: einen Querschnitt durch ein Kühlelement, das durch einen Kanal in zwei Längshälften unterteilt ist;
Fig. 11: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 10, das in eine Trennwand eingesetzt ist;
Fig. 12: einen Querschnitt durch ein Kühlelement gemäß Fig. 10, bei dem der Kanal als Zuluftkanal mit bodenseitig angeordneten Induktivdurchlässen ausgebildet ist.

In allen Ausführungsbeispielen besteht das Kühlelement aus einer langgestreckten quaderförmigen Verkleidung 1, die in einem Abstand unterhalb einer Gebäudedecke 2 (Fig. 10, 11) angeordnet ist, wobei eine Vielzahl gleich ausgebildeter Kühlelemente Bestandteil einer im übrigen nicht dargestellten Raumdecke sein kann.
Innerhalb des oberen Bereichs der Verkleidung 1 erstrecken sich über die Länge des Kühlelements in einem Parallelabstand zwei mit kaltem Wasser durchströmbare Rohre 3, die vorzugsweise aus Kupfer hergestellt sind. Diese durchdringen vertikal ausgerichtete Wärmetauscherlamellen 4, welche an Längsseitenwände 5 der Verkleidung angeschlossen sind. Die Wärmetauscherlamellen 4 und die Längsseitenwände 5 begrenzen spaltförmige Eintrittsöffnungen 6 auf der Deckenseite der Verkleidung 1, durch die warme Luft einströmt und durch den großflächigen Kontakt mit den Wärmetauscherlamellen 4 gekühlt wird.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 trifft der gekühlte Luftstrom auf einen geschlossenen Verkleidungsboden 7, wird horizontal umgelenkt und durch in den beiden Längsseitenwänden 5 vorgesehene, bis auf den Verkleidungsboden 7 reichende Austrittsöffnungen 8 in Form von Einzelstrahlen in den zu kühlenden Raum eingeleitet.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 und 3 sind die Längsseitenwände 5 nicht mit Austrittsöffnungen versehen, sondern geschlossen. Ein Verkleidungsboden 7' ist mit Perforationen versehen, welche eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 9 bilden, durch die gekühlte Luft in Form von vertikalen Einzelstrahlen (Fig. 2) bzw. in Form von divergierenden Gruppen von Einzelstrahlen (Fig. 3) in den zu kühlenden Raum gelangt. Die Divergenz der Strahlengruppen wird durch ein auf dem Verkleidungsboden 7' angeordnetes, im Querschnitt spitzdachförmiges Umlenkprofil 10 hervorgerufen, das den Verkleidungsboden 7' in zwei Längshälften unterteilt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind der Verkleidungsboden 7' und auch die Längsseitenwände 5' über ihre untere Hälfte mit Perforationen 9 versehen. Der durch die Perforationen 9 austretenden gekühlten Luft wird Zuluft beigemischt, die durch Drallauslässe 11 austritt, welche, wie Fig. 7 zeigt, an ein Zuluftverteilrohr 12 in Abständen über dessen Länge angeschlossen sind.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist nur der Verkleidungsboden 7' mit Perforationen 9 versehen, wobei der Auslaßquerschnitt des Drallauslasses 11 bündig mit dem Verkleidungsboden 7' abschließt. Den gekühlten Luftstrahlen wird dadurch unmittelbar nach ihrem Austritt aus den Perforationen 9 Zuluft beigemischt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind nur die Längsseitenwände 5' mit Perforationen 9 versehen. Die Drallauslässe 11 sind auf der Oberseite an das Zuluftverteilrohr 12 angeschlossen, so daß der jeweilige Auslaßquerschnitt dieser Drallauslässe 11 den Lamellen 4 zugewandt ist und der gekühlte Luftstrom durch den Zuluftstrom horizontal umgelenkt wird, bevor er durch die Perforationen 9 in den zu kühlenden Raum gelangt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 8 und 9 ist das Zuluftverteilrohr 12' durch ein Trennblech 13 in zwei Längshälften 14 und 15 unterteilt, die durch eine Klappe 16 wahlweise vollständig oder teilweise von der Zuluftbeaufschlagung absperrbar sind. Während an der unteren Längshälfte 14 die Drallauslässe 11 angeschlossen sind, ist die obere Längshälfte 15 mit in Richtung der Lamellen 4 weisenden Düsen 17 versehen.
In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 10 bis 12 ist das jeweils dargestellte Kühlelement vertikal durch einen Kanal 18 in zwei Längshälften unterteilt. Der Kanal 18 kann zur Unterbringung von verschiedenen Versorgungsleitungen, Sprinklerkomponenten, Beleuchtungseinrichtungen und dergleichen dienen. Der Kanal 18 kann aber auch zur Ausfüllung einer Öffnung in einer akustischen Raumtrennwand 19 herangezogen werden, wie sie in Fig. 11 in einem vertikalen Schnitt dargestellt ist. Schließlich kann, wie aus Fig. 12 erkennbar, der Kanal 18' als Zuluftkanal ausgebildet sein und in seinem mit dem perforierten Verkleidungsboden 7' bündig abschließenden Kanalboden 19 eine Reihe von Induktionsdüsen 20 aufweisen, deren Mittelachsen nacheinander abwechselnd in divergierende Richtungen weisen.

Claims

Konvektives Kühlelement, bestehend aus einer langgestreckten, horizontal im Bereich einer Raumdecke anzuordnenden, von einem Luftstrom senkrecht zu ihrer Längsrichtung durchströmbaren und dazu mit Ein- und Austrittsöffnungen versehenen quaderförmigen Verkleidung, die mindestens ein sich in ihrer Längsrichtung erstreckendes, mit kaltem Wasser durchströmbares Rohr und von diesem durchdrungende, an Längsseitenwände der Verkleidung angeschlossene, vertikal ausgerichtete Wärmetauscherlamellen umschließt, wobei die Eintrittsöffnungen durch die Abstände zwischen den Längsseitenwänden und den Wärmetauscherlamellen und die Austrittsöffnungen durch unterhalb der Wärmetauscherlamellen in der Verkleidung vorgesehene Durchbrüche definiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Verkleidung (1) zwischen den Eintrittsöffnungen (6) und den Austrittsöffnungen (8) mindestens eine den Luftstrom in Einzelströme auffächernde und umlenkende Verteilungseinrichtung vorgesehen ist.
Kühlement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung durch einen den gekühlten Luftstrom horizontal in zwei entgegengesetzte Richtungen umlenkenden geschlossenen Verkleidungsboden (7) und durch eine Reihe von in jeder Längsseitenwand (5) der Verkleidung (1) vorgesehenen, bis auf den Verkleidungsboden (7) reichenden, rechteckförmigen Austrittsöffnungen (8) gebildet ist.
Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung durch ein dem Verkleidungsboden (7) zugeordnetes, diesen in zwei Längshälften unterteilendes Umlenkprofil (10) und durch im Verkleidungsboden (7') vorgesehene Perforationen (9) gebildet ist.
Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungseinrichtung durch in Abständen über die Länge der Verkleidung (1) zwischen den Wärmetauscherlamellen (4) und dem Verkleidungsboden (7) angeordneten Drallauslässen (11) und in den Verkleidungsseitenwänden (5) und/oder im Verkleidungsboden (7') vorgesehenen Perforationen (9) gebildet ist.
Kühlelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihrer Auslaßseite den Wärmetauscherlamellen (4) zu- oder abgewandten Drallauslässe (11) an ein sich in Längsrichtung der Verkleidung (1) erstreckendes Zuluftverteilrohr (12) angeschlossen sind.
Kühlelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuluftverteilrohr (12') in zwei Längshälften (14, 15) unterteilt ist und an einer Längshälfte (14) die Drallauslässe (11) angeschlossen sind, während die andere Längshälfte (15) mit Düsen (17) versehen ist.
Kühlelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßbereich des Zuluftverteilrohres (12') eine schwenkbare Klappe (16) angeordnet ist, mit der sich wahlweise die mit Drallauslässen (11) oder die mit Düsen (17) versehene Längshälfte (14 bzw. 15) des Zuluftverteilrohres (12') vollständig oder teilweise versperren läßt.
Kühlelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleidung (1) einen sich über deren Länge erstreckenden Zuluftkanal (18') umschließt, in dessen mit dem perforierten Verkleidungsboden (7') bündig abschließenden Kanalboden (19) eine Reihe von Induktionsdüsen (20) vorgesehen ist, deren Mittelachsen nacheinander abwechselnd in divergierende Richtungen weisen.