EP0800638B1 - Verfahren und vorrichtung zur kühlung eines raumes - Google Patents

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EP0800638B1
EP0800638B1 EP96934299A EP96934299A EP0800638B1 EP 0800638 B1 EP0800638 B1 EP 0800638B1 EP 96934299 A EP96934299 A EP 96934299A EP 96934299 A EP96934299 A EP 96934299A EP 0800638 B1 EP0800638 B1 EP 0800638B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling element
room
condensate
during
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP96934299A
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English (en)
French (fr)
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EP0800638A1 (de
Inventor
Helmut Sokolean
Klaus Roschmann
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Barcol Air AG
Original Assignee
Barcol Air AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0089Systems using radiation from walls or panels
    • F24F5/0092Systems using radiation from walls or panels ceilings, e.g. cool ceilings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0089Systems using radiation from walls or panels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • F24F11/41Defrosting; Preventing freezing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S62/00Refrigeration
    • Y10S62/01Radiant cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a Space according to the preamble of claim 1 and one Device for performing the method.
  • cooling capacity of such cooling elements is thereby limits that their surface temperature does not reach the dew point may fall short, otherwise during the cooling phases, which is usually related to the times of use of the room cover, condensate forms. It has been suggested (WO-A-91/13 294) to cool below the dew point and that resulting condensate via condensate trays or trays , but it can be assumed that the formation of Condensate while using the air-conditioned room is always annoying and undesirable.
  • An air drying and cooling device is also known (DE-A-28 02 550), in which the air through a fan over a time that has cooled below freezing Cooling element sucked and the same for a short time Regeneration phases by heating down frost is released.
  • Such devices are not for the Suitable for use in a room to be air-conditioned and would therefore force the transportation of air through Current cause what undesirable drafts cause would.
  • Cooling element if the formation of condensate is avoided should be the difference between the allowable Temperature of the same and the desired room temperature of approx. 22 ° C very low and the achievable cooling capacity accordingly modest. This makes very large chilled Areas required, resulting in relatively high costs pulls out and the possibilities of interior design limits.
  • the invention is intended to remedy this.
  • the invention how it is characterized in the claims creates one Process for the air conditioning of rooms, in which the Temperature of the cooling element no longer through the dew point is limited.
  • the basic idea is that Cooling element while on the whole with the Coverage times of the air-conditioned room Cool down cooling phases so much that they stick to them settling condensate quickly iced up and therefore no annoying condensation occurs. While Regeneration phases, which will generally be chosen it will be that they are outside of the hours of use iced condensate melted and in liquid form derived.
  • the advantages achieved by the invention are above all in that the temperature of the cooling element is arbitrarily low can be adjusted. This allows even small ones Cooling surfaces can achieve very high cooling capacities, even when the heat exchange with the room to be air-conditioned exclusively via radiation and possibly free Convection occurs. This effect is still there supports that ice in its infrared range Radiation properties very close to a black body comes and the icing of the cooling element on the decisive direct or indirect radiation exchange with objects in an air-conditioned room quite cheap effect.
  • the cooling elements can thus be small and simple in the Construction can be kept, which of course increases the cost reduce, and play as a boundary condition of room design no longer the previous restrictive role.
  • the humidity of the room air increases in particular prolonged use of the room with high Concentration of people quickly. This is said to be uncomfortable perceived and often leads to an attempt to open the To remedy the window, but what is currently in the Summer months often due to high humidity in the outside air exacerbated the problem.
  • the high humidity can ultimately cause that at proportionately high temperature of the cooling elements the risk of There is condensation and the cooling system from Dew point monitors is completely turned off. The cooling drops so when you need it most would.
  • a movable cooling device is known from EP-A-0 380 660 known, which in its structure the generic term of Claim 7 corresponds. It includes a plate with one Cooling surface, which absorbs heat radiation. The warmth will by means of the Peltier effect one with cooling fins Discharge surface, which is arranged on the back of the plate can be directed and from there via convection and Heat radiation dissipated. This cooler that too can be used for heating, but is in their Cooling capacity limited and to carry out the Not suitable method according to the invention.
  • the invention is therefore based on the further object, a specify such cooling device, which for use is suitable in the method according to the invention.
  • This The task is identified by the features in the indicator of the Claim 7 solved.
  • the cooling device according to claim 7 can carry out the inventive method and a high cooling performance can be achieved without being annoying Effects such as the formation of condensate on the outside of the cooling device.
  • the cooling effect spatially concentrated and due to the movability of the Cooling device can be used in the room where they are is needed. It is therefore extremely suitable opened by the inventive method Exploitation of concentrated high cooling capacity.
  • a room 1 to be air-conditioned contains heat radiating objects such as people and devices through a perforated ceiling 2 with a cooling device heat change.
  • the cooling device includes at least one Cooling element 3, which has a feed line 4 and a discharge line 5 directly or indirectly connected to a cooling unit 6 and is arranged vertically below the cooling element 3 Condensate pan 7 of somewhat larger area with one drain 8.
  • the cooling device is above the perforated ceiling 2 arranged. However, it is also possible to use the condensate pan 7 to integrate into the ceiling 2, e.g. B. so that it is a Ceiling plate replaced.
  • Above the cooling device preferably about 20-30 cm from the cooling element is one Ceiling or false ceiling 9 made of concrete or plaster.
  • the cooling element 3 is among the Freezing point cooled, at least to -5 ° C, preferably but much deeper, e.g. B. to -40 ° C.
  • the cooling element 3 is among the Freezing point cooled, at least to -5 ° C, preferably but much deeper, e.g. B. to -40 ° C.
  • the cooling of the Room 1 is mainly done through radiation exchange the false ceiling 9 by immediate Radiation exchange with the icy cooling element strongly is cooled because the same is ideal in the infrared range black body comes very close and that of the False ceiling 9 outgoing radiation with high efficiency absorbed while it itself because of its low temperature radiates significantly less heat against the false ceiling 9.
  • the false ceiling 9 exchanges on the other hand with the perforated Ceiling 2 heat radiation with room 1, especially with the Heat radiating objects in the same by being part of the heat radiation they emit absorbed and even because of their lower temperature radiates less heat than it absorbs. Part of the Radiation reaching false ceiling 9 becomes natural reflected and partially absorbed by the cooling element 3. Also the condensate pan 7 is exchanged with the radiation Cooling element 3 cooled and in turn carries through Exchange of radiation with room 1 to cool it. However, the temperature on the outside of the Condensate pan 7 does not drop below the dew point because otherwise condensate would form on its underside.
  • the Heat exchange by radiation is straight in Fig. 1 Arrows indicated.
  • the cooling effect of the radiation exchange which is known to follow a T 4 law, is very high.
  • a strong cooling effect can also be achieved with a small cooling element 3.
  • the air in room 1 always remains relatively dry, since excess air moisture is deposited on the cooling element 3 and iced up. In this way, optimal conditions are achieved without further measures for the room comfort.
  • the cooling element 3 is the cooling element 3 as an evaporator Steel sheet formed over a heat insulated Supply line 4 and a similar derivative 5 with the Cooling unit 6 (Fig. 1) is connected, in this case is designed as a capacitor.
  • liquid coolant e.g. B. Freon
  • the evaporator passed in a the lead 4 with the derivative 5th connecting meandering passage 10 evaporates and this cools the cooling element down to approx. -40 ° C.
  • the steam is the cooling unit 6 through the derivative 5 fed and condensed there with heat extraction.
  • the condensate tray arranged below the cooling element 3 7 has an outer shell 11 made of steel, which on the Outside is powder coated so that it is good there absorbed, and one inserted into the outer shell 11 Inner shell 12 made of polyurethane or rock wool or one other material with low thermal conductivity. At the Inside it is made of a reflective lining Provided metal foil. Due to the structure described in usually cooling the outside of the condensate pan 7 prevented below the dew point. If these measures not enough, the outer shell 11 can be easily heated become. In order to facilitate the drainage of condensate Condensate pan 7 slightly inclined towards the outlet 8.
  • the Cooling device arranged at a distance below the same.
  • the part of the above the cooling element 3 False ceiling 9 is by radiation exchange with the same strongly cooled and in turn cools room 1 Radiation exchange. Through heat conduction in the false ceiling 1 this effect is supported.
  • the radiation exchange with the false ceiling 9 can - at least in the Initial phase of a cooling phase, if there is none Ice layer has formed - further reinforced by that the cooling element 3 at the top with a good absorbent paint is provided. Its the Condensate pan 7 facing the bottom is against it preferably formed reflective.
  • the cooling element 3 is the cooling element 3 as a U-shaped steel tube 13 formed by which in the cooling unit 6 (Fig. 1) approx. -40 ° C cooled brine is passed.
  • the cooling unit 6 Fig. 1
  • the condensate pan 7 is basically constructed the same way according to the first embodiment, but it is on one pivotable axis 15 parallel to its longitudinal direction attached so that it can be removed from its position below the Cooling element 3 pivoted to the side by approx. 90 ° (arrow) can be.
  • the cooling element 3 is then exposed and can be used Objects in room 1 enter into direct radiation exchange. In this way, a particularly strong cooling effect can be achieved as z. B. to cool down a overheated room at the beginning of a cooling phase can.
  • the edges of the condensate pan 7 are slightly bent, so that any residue of condensate when swiveling the tub cannot leak.
  • the condensate pan 7 as a flat shell of z. B. the shape a spherical cap.
  • the cooling element 3 is considered too a double spiral 16 bent part of a copper tube formed, which in the center of the condensate pan 7 in a thermally insulated supply line 4 and a similar discharge line 5 merges into a wide tube 17 made of sheet steel are drawn.
  • the double spiral 16 can be provided with a vent valve.
  • the tube 17 forms together with one surrounding it Base plate 26 a stand 27, the cooling element 3 and the condensate pan 7 carries.
  • the foot plate 26 supports the Underside of a bottom element 28, which in different places of the floor 20 can be used by z. B. replaced a normal floor element.
  • Somewhat above the Base plate 26 has tube 17 through a cover closable opening 29, behind which the Quick release couplings 18 and the collecting container 23 lie.
  • Deflection elements for heat radiation to influence the spatial distribution of the cooling effect and possibly also Deflection elements for light may be attached.
  • Another modification is the use of an evaporator or a Peltier element as a cooling element instead of the Double spiral 16.
  • a Peltier element makes it superfluous especially when using a collecting container for the melted water, which is then only occasionally emptied must be -, the lead 4 and the lead 5 to Connection of the cooling element with the cooling unit in part to manufacture by tubes and rather allows them train completely or partially as a cable and with one Plug connection similar to an electrical plug connection with a suitable cooling installation, which z. B. may have a heat exchanger in each room that of the Peltier element or more generated heat dissipated by means of cooling medium and Cooling unit is transported. In this case, the Stand with a flat foot so that the Cooling device can be moved freely in the room like a standard lamp is.
  • Peltier element as a cooling element especially with a removable workplace cooler is advantageous, it is of course also for fixed Cooling devices possible.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines Raumes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt (s. z. B. H. Sokolean: "Kühldeckentechnologie zur Erreichung des bestmöglichen Raumkomforts", Architektur und Technik 8/92, S. 49 - 53, B+L Verlags AG, Schlieren (Schweiz)), Räume mittels Kühlelementen, die vorzugsweise im Deckenbereich angeordnet sind und gewöhnlich von einem in einem zentralen Kühlaggregat gekühlten Wärmetransportmedium durchflossen werden, zu kühlen. Die Kühlung erfolgt dabei durch konvektiven Wärmeaustausch des Kühlelements mit der Raumluft und vor allem durch direkten Strahlungsaustausch desselben mit den im Raum befindlichen Objekten.
Die Kühlleistung derartiger Kühlelemente wird dadurch begrenzt, dass ihre Oberflächentemperatur den Taupunkt nicht unterschreiten darf, da sich sonst während der Kühlphasen, die sich gewöhnlich mit den Benutzungszeiten des Raumes decken, Kondensat bildet. Es ist zwar vorgeschlagen worden (WO-A-91/13 294), unter den Taupunkt zu kühlen und das entstehende Kondensat über Kondensatrinnen oder -wannen abzuleiten, doch ist davon auszugehen, dass die Bildung von Kondensat während der Benutzung des klimatisierten Raums stets störend und unerwünscht ist.
Es ist auch ein Gerät zur Lufttrocknung und -kühlung bekannt (DE-A-28 02 550), in welchem die Luft durch einen Ventilator über ein zeitweise unter den Gefrierpunkt abgekühltes Kühlelement gesaugt und dasselbe während kurzer Regenerationsphasen durch Heizen von niedergeschlagenem Reif befreit wird. Solche Geräte sind jedoch nicht für den Einsatz in einem zu klimatisierenden Raum geeignet und würden daher den Transport von Luft durch erzwungene Strömung bedingen, was unerwünschten Luftzug hervorrufen müsste.
Da der Taupunkt bei den gewöhnlich herrschenden Luftfeuchtigkeiten bei ca. 12°C bis 15°C liegt, ist bei einem herkömmlichen im zu kühlenden Raum angeordneten Kühelelement, wenn die Bildung von Kondensat vermieden werden soll, die Differenz zwischen der zulässigen Temperatur desselben und der erwünschten Raumtemperatur von ca. 22°C sehr gering und die erzielbare Kühlleistung entsprechend bescheiden. Dadurch werden sehr grosse gekühlte Flächen erforderlich, was verhältnismässig hohe Kosten nach sich zieht und die Möglichkeiten der Raumgestaltung einschränkt.
Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, schafft ein Verfahren zur Klimatisierung von Räumen, bei welchem die Temperatur des Kühlelements nicht mehr durch den Taupunkt beschränkt ist. Der Grundgedanke liegt dabei darin, das Kühlelement während sich im grossen und ganzen mit den Benutzungszeiten des klimatisierten Raumes deckenden Kühlphasen so stark abzukühlen, dass sich an demselben absetzendes Kondensat rasch vereist und dadurch kein störendes Kondenswasser entsteht. Während Regenerationsphasen, die man im allgemeinen so wählen wird, dass sie ausserhalb der Benutzungszeiten liegen, wird das vereiste Kondensat abgeschmolzen und in flüssiger Form abgeleitet.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin, dass die Temperatur des Kühlelements beliebig tief eingestellt werden kann. Dadurch können auch mit kleinen Kühlflächen sehr hohe Kühlleistungen erzielt werden, selbst wenn der Wärmeaustausch mit dem zu klimatisierenden Raum ausschliesslich über Strahlung und allenfalls freie Konvektion erfolgt. Diese Wirkung wird noch dadurch unterstützt, dass Eis im Infrarotbereich in seinen Strahlungseigenschaften einem schwarzen Körper sehr nahe kommt und die Vereisung des Kühlelements sich auf den entscheidenden direkten oder indirekten Strahlungsaustausch mit Objekten im klimatisierten Raum durchaus günstig auswirkt. Die Kühlelemente können damit klein und einfach im Aufbau gehalten werden, wodurch sich natürlich die Kosten verringern, und spielen als Randbedingung der Raumgestaltung nicht mehr die bisherige einschränkende Rolle.
Darüber hinaus wird noch ein weiteres Problem gelöst, das bei gattungsgemässen Verfahren der Raumklimatisierung bisher Schwierigkeiten bereitet hat und dem nur durch Austausch von Raumluft, der jedoch zusätzliche Installationen erfordert und die Gefahr der Entstehung unerwünschter Zugluft nach sich zieht, beizukommen war:
Die Feuchtigkeit der Raumluft nimmt insbesondere bei längerer Benutzung des Raumes mit hoher Personenkonzentration rasch zu. Dies wird als unangenehm empfunden und führt oft zum Versuch, durch Oeffnen der Fenster Abhilfe zu schaffen, was jedoch gerade in den Sommermonaten oft wegen hoher Feuchtigkeit der Aussenluft das Problem noch verschärft. Die hohe Luftfeuchtigkeit kann schliesslich dazu führen, dass schon bei verhältnismässig hoher Temperatur der Kühlelemente die Gefahr von Kondensatbildung besteht und die Kühlanlage von Taupunktwächtern ganz abgestellt wird. Die Kühlung fällt somit gerade dann aus, wenn sie am dringendsten gebraucht würde.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird dagegen Luftfeuchtigkeit durch die Kondensatvereisung am Kühlelement gebunden. Die Raumluft bleibt dadurch trocken, was den Komfort beträchtlich verbessert und Schwierigkeiten der beschriebenen Art gar nicht aufkommen lässt.
Aus der EP-A-0 380 660 ist eine bewegliche Kühlvorrichtung bekannt, welche in ihrem Aufbau dem Oberbegriff des Anspruchs 7 entspricht. Sie umfasst eine Platte mit einer Kühlfläche, welche Wärmestrahlung absorbiert. Die Wärme wird mittels des Peltiereffekts einer mit Kühlrippen versehenen Ableitfläche, welche auf der Rückseite der Platte angeordnet sein kann, zugeleitet und von dort über Konvektion und Wärmestrahlung abgeführt. Diese Kühlvorrichtung, die auch zum Heizen eingesetzt werden kann, ist jedoch in ihrer Kühlleistung beschränkt und zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht geeignet.
Der Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, eine derartige Kühlvorrichtung anzugeben, welche für den Einsatz beim erfindungsgemässen Verfahren geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch die Mewrkmale im Kennzeichen des Anspruchs 7 gelöst. Mit der Kühlvorrichtung nach Anspruch 7 kann das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt und eine hohe Kühlleistung erzielt werden, ohne dass dabei störende Wirkungen wie die Bildung von Kondensat an der Aussenseite der Kühlvorrichtung aufträten. Zugleich kann die Kühlwirkung räumlich konzentriert und durch die Verschiebbarkeit der Kühlvorrichtung im Raum dort angewandt werden, wo sie benötigt wird. Sie ist daher hervorragend geeignet, die durch das erfindungsgemässe Verfahren eröffneten Möglichkeiten konzentrierter hoher Kühlleistung auszunützen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, die lediglich Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
schematisch einen Schnitt durch einen Raum, der nach dem erfindungsgemässen Verfahren klimatisiert wird,
Fig. 2a
eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2b
einen Querschnitt längs B-B durch die Vorrichtung von Fig. 2a,
Fig. 3a
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 3b
einen Querschnitt längs B-B durch die Vorrichtung von Fig. 3a,
Fig. 4a
eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 4b
einen Querschnitt längs B-B durch die Vorrichtung von Fig. 4a,
Ein zu klimatisierender Raum 1 (Fig. 1) enthält Wärme abstrahlende Objekte wie Personen und Geräte, die durch eine gelochte Decke 2 mit einer Kühlvorrichtung Wärme austauschen. Die Kühlvorrichtung umfasst mindesten ein Kühlelement 3, das über eine Zuleitung 4 und eine Ableitung 5 direkt oder indirekt mit einem Kühlaggregat 6 verbunden ist sowie eine senkrecht unter dem Kühlelement 3 angeordnete Kondensatwanne 7 von etwas grösserer Fläche mit einem Ablauf 8. Die Kühlvorrichtung ist oberhalb der gelochten Decke 2 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Kondensatwanne 7 in die Decke 2 zu integrieren, z. B. so, dass sie eine Deckenplatte ersetzt. Oberhalb der Kühlvorrichtung, vorzugsweise ca. 20-30 cm vom Kühlelement entfernt, ist eine Decke oder Zwischendecke 9 aus Beton oder Gips eingezogen.
Während einer Kühlphase wird das Kühlelement 3 unter den Gefrierpunkt abgekühlt, mindestens auf -5°C, vorzugsweise aber wesentlich tiefer, z. B. auf -40°C. Gewöhnlich setzt sich dann bald Kondensat auf dem Kühlelement ab, welches sofort vereist und somit gebunden wird. Die Kühlung des Raumes 1 erfolgt überwiegend durch Strahlungsaustausch über die Zwischendecke 9, die durch unmittelbaren Strahlungsaustausch mit dem vereisten Kühlelement stark abgekühlt wird, da dasselbe im Infrarotbereich einem idealen schwarzen Körper sehr nahe kommt und die von der Zwischendecke 9 ausgehende Strahlung mit hohem Wirkungsgrad absorbiert, während es selbst wegen seiner tiefen Temperatur wesentlich weniger Wärme gegen die Zwischendecke 9 strahlt.
Die zwischendecke 9 tauscht andererseits durch die gelochte Decke 2 Wärmestrahlung mit dem Raum 1, insbesondere mit den Wärme abstrahlenden Objekten in demselben aus, indem sie einen Teil der von ihnen ausgehenden Wärmestrahlung absorbiert und selbst wegen ihrer tieferen Temperatur weniger Wärme abstrahlt als sie aufnimmt. Ein Teil der die Zwischendecke 9 erreichenden Strahlung wird natürlich reflektiert und teilweise vom Kühlelement 3 absorbiert. Auch die Kondensatwanne 7 wird durch Strahlungsaustausch mit dem Kühlelement 3 abgekühlt und trägt ihrerseits durch Strahlungsaustausch mit dem Raum 1 zu dessen Kühlung bei. Allerdings darf die Temperatur an der Aussenseite der Kondensatwanne 7 nicht unter den Taupunkt sinken, da sich sonst an ihrer Unterseite Kondensat bilden würde. Der Wärmeaustausch durch Strahlung ist in Fig. 1 durch gerade Pfeile angedeutet.
Daneben kommt es natürlich auch zu konvektivem Wärmeaustausch des Raumes 1 vor allem mit der Zwischendecke 9, aber auch direkt mit der Kühlvorrichtung. In Fig. 1 ist dies für die aufsteigende Warmluft durch durchgezogene und für die absinkende Kaltluft durch gestrichelte gebogene Pfeile angedeutet. Die Konvektion spielt jedoch nur eine untergeordnete Rolle.
Durch den grossen Temperaturunterschied zwischen dem Kühlelement 3 und dem Raum 1, der ohne weiteres 60°C betragen kann, ist die Kühlwirkung des Strahlungsaustauschs, der bekanntlich einem T4-Gesetz folgt, sehr hoch. Dadurch kann auch mit einem kleinen Kühlelement 3 eine starke Kühlwirkung erzielt werden. Zudem bleibt die Luft im Raum 1 stets verhältnismässig trocken, da sich überschüssige Luftfeuchtigkeit auf dem Kühlelement 3 niederschlägt und vereist. Auf diese Weise stellen sich ohne weitere Massnahmen für den Raumkomfort optimale Verhältnisse ein.
Während einer längeren Kühlphase schlägt sich verhältnismässig viel Eis auf dem Kühlelement nieder, das während einer Regenerationsphase, die man gewöhnlich in eine Zeit legen wird, in der der Raum 1 nicht benützt wird, abgetaut und abgeleitet werden muss. Gewöhnlich genügt es, zum Abtauen das Kühlaggregat abzustellen und das am Kühlelement 3 abgelagerte Eis durch Wärmeaustausch mit der Umgebung abschmelzen zu lassen, es ist aber auch möglich, durch Heizen des Kühlelements 3 eine Schnellregeneration vorzunehmen. Das abgeschmolzene Wasser wird von der Kondensatwanne 7 aufgefangen und über den Ablauf 8 abgeleitet. Nach vollständigem oder eventuell auch nur teilweisem Abschmelzen des Eises ist die Kühlvorrichtung wieder einsatzbereit.
Gemäss einer ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung (Fig. 2a,b) ist das Kühlelement 3 als Verdampfer aus Stahlblech ausgebildet, der über eine wärmeisolierte Zuleitung 4 und eine ebensolche Ableitung 5 mit dem Kühlaggregat 6 (Fig. 1) verbunden ist, das in diesem Fall als Kondensator ausgebildet ist. Durch die Zuleitung wird flüssiges Kühlmittel, z. B. Freon, in den Verdampfer geleitet, das in einem die Zuleitung 4 mit der Ableitung 5 verbindenden mäanderförmigen Durchlass 10 verdampft und dadurch das Kühlelement auf ca. -40°C abkühlt. Der Dampf wird durch die Ableitung 5 wieder dem Kühlaggregat 6 zugeleitet und dort unter Wärmeentzug kondensiert.
Die unterhalb des Kühlelements 3 angeordnete Kondensatwanne 7 weist eine Aussenschale 11 aus Stahl auf, die an der Aussenseite pulverbeschichtet ist, so dass sie dort gut absorbiert, und eine in die Aussenschale 11 eingesetzte Innenschale 12 aus Polyurethan oder Steinwolle oder einem anderen Material geringer Wärmeleitfähigkeit. An der Innenseite ist sie mit einer Auskleidung aus reflektierender Metallfolie versehen. Durch den geschilderten Aufbau wird in der Regel eine Abkühlung der Aussenseite der Kondensatwanne 7 unter den Taupunkt verhindert. Falls diese Massnahmen nicht genügen, kann die Aussenschale 11 leicht geheizt werden. Zwecks erleichterter Ableitung von Kondensat ist die Kondensatwanne 7 etwas gegen den Ablauf 8 hin geneigt.
Zur Erleichterung des Strahlungsaustauschs des Kühlelements 3 mit dem Raum 1 über die Zwischendecke 9 ist die Kühlvorrichtung mit Abstand unterhalb derselben angeordnet. Der oberhalb des Kühlelements 3 liegende Teil der Zwischendecke 9 wird durch Strahlungsaustausch mit demselben stark gekühlt und kühlt seinerseits den Raum 1 durch Strahlungsaustausch. Durch Wärmeleitung in der Zwischendecke 1 wird dieser Effekt unterstützt. Der Strahlungsaustausch mit der Zwischendecke 9 kann - jedenfalls in der Anfangsphase einer Kühlphase, wenn sich noch keine Eisschicht gebildet hat - weiter dadurch verstärkt werden, dass das Kühlelement 3 an der Oberseite mit einer gut absorbierenden Lackierung versehen ist. Seine der Kondensatwanne 7 zugewandte Unterseite ist dagegen vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Kühlvorrichtung (Fig. 3a,b) ist das Kühlelement 3 als U-fönnig gebogenes Stahlrohr 13 ausgebildet, durch welches im Kühlaggregat 6 (Fig. 1) auf ca. -40°C abgekühlte Sole geleitet wird. Zur Verstärkung des Strahlungsaustauschs mit der Zwischendecke 9 trägt das Stahlrohr 13 an der Oberseite eine Stahlplatte 14, mit der es verschweisst ist. Sie kann an der Oberseite mattschwarz lackiert sein.
Die Kondensatwanne 7 ist prinzipiell gleich aufgebaut wie gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel, doch ist sie an einer zu ihrer Längsrichtung parallelen schwenkbaren Achse 15 befestigt, so dass sie aus ihrer Lage unterhalb des Kühlelements 3 um ca. 90° (Pfeil) zur Seite geschwenkt werden kann. Das Kühlelement 3 liegt dann frei und kann mit Objekten im Raum 1 in direkten Strahlungsaustausch treten. Auf diese Weise kann eine besonders starke Kühlwirkung erzielt werden, wie sie z. B. zum Herunterkühlen eines überhitzten Raums zu Anfang einer Kühlphase erwünscht sein kann. Die Ränder der Kondensatwanne 7 sind etwas eingebogen, so dass ein allfälliger Rest von Kondensat beim Schwenken der Wanne nicht auslaufen kann.
Gemäss einer dritten Ausführungsform der Kühlvorrichtung ist die Kondensatwanne 7 als flache Schale von z. B. der Form einer Kugelkalotte ausgebildet. Das Kühlelement 3 ist als zu einer Doppelspirale 16 gebogener Teil eines Kupferrohrs ausgebildet, welches im Zentrum der Kondensatwanne 7 in eine wärmeisolierte Zuleitung 4 und eine ebensolche Ableitung 5 übergeht, welche in ein weites Rohr 17 aus Stahlblech gezogen sind. Am äusseren Ende kann die Doppelspirale 16 mit einem Entlüftungsventil versehen sein. Ueber zwei Schnellverschlusskupplungen 18 schliessen an die Enden des Kupferrohrs 16 dort zwei gleichfalls wärmeisolierte Schläuche 19 an, die durch das Rohr 17 in einen zwischen einem Fussboden 20 und einem Betonboden (nicht dargestellt) liegenden Hohlboden 21 geführt und mit fest verlegten Leitungen verbunden sind, welche die Verbindung zum Kühlaggregat 6 (Fig. 1) herstellen und als Kühlmedium Sole oder Glycol führen. Ebenfalls im Zentrum der Kondensatwanne 7 ist ein Filter 22 angeordnet, an welchen ein Ablauf 8 für das abgeschmolzene Wasser anschliesst, der in einem Auffangbehälter 23 endet. Die Kondensatwanne 7 ist prinzipiell gleich aufgebaut wie gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel. Sie trägt jedoch zusätzlich ein Leuchtelement, eine oberhalb eines Reflektors 24 umlaufende Leuchtstoffröhre 25 für indirekte Beleuchtung. Es können natürlich zusätzliche Leuchtelemente für direkte Beleuchtung vorgesehen werden.
Das Rohr 17 bildet zusammen mit einer dasselbe umgebenden Fussplatte 26 einen Ständer 27, der das Kühlelement 3 und die Kondensatwanne 7 trägt. Die Fussplatte 26 trägt an der Unterseite ein Bodenelement 28, das an verschiedenen Stellen des Fussbodens 20 eingesetzt werden kann, indem es dort z. B. ein normales Bodenelement ersetzt. Etwas oberhalb der Fussplatte 26 weist das Rohr 17 eine durch einen Deckel verschliessbare Oeffnung 29 auf, hinter welcher die Schnellverschlusskupplungen 18 sowie der Auffangbehälter 23 liegen.
Bei dieser Ausführung ist es sehr leicht möglich, die Kühlvorrichtung zu versetzen, indem die Schnellverschlusskupplungen 18 gelöst und der Ständer 27 mit dem Bodenelement 28 aus dem Fussboden 20 gehoben und das letztere durch ein normales Bodenelement ersetzt wird. Anschliessend kann die Kühlvorrichtung an einer anderen Stelle des Bodens eingesetzt und über die Schnellverschlusskupplungen 18 wieder mit wärmeisolierten Schläuchen verbunden werden, die die Verbindung zu fest verlegten Leitungen herstellen. Dies bietet die Möglichkeit, eine einzelne Kühlvorrichtung z. B. einem Arbeitsplatz zuzuordenen und sie bei Bedarf auch mit diesem zu verschieben. In der unmittelbaren Umgebung des Arbeitsplatzes kann dann mit verhältnismässig geringem Aufwand und u. U. wesentlich reduziertem Energieverbrauch ein angenehmes Klima hergestellt werden, ohne dass es erforderlich wäre, den ganzen möglicherweise wesentlich grösseren Raum zu kühlen. Eine Arbeitsplatzleuchte ist im beschriebenen Beispiel gleich in die dergestalt als Arbeitsplatzkühler ausgebildete Kühlvorrichtung integriert. Mit der kompakten Ausbildung der Kühlvorrichtung als Arbeitsplatzkühler wird in besonders vorteilhafter Weise von der hohen Kühlleistung, die das erfindungsgemässe Verfahren bietet, Gebrauch gemacht.
Die beschriebene Konstruktion kann auf vielfältige Weise abgewandelt werden. So kann statt des Auffangbehälters 23 auch eine weitere Schnellverschlusskupplung vorgesehen sein, welche den Ablauf mit einem weiteren Schlauch und weiter mit einem im Hohlboden angelegten Kondensatablauf verbindet.
An der Kondensatwanne können oberhalb des Kühlelements angeordnete feste und verstellbare Reflektoren oder andere Umlenkelemente für Wärmestrahlung zur Beeinflussung der räumlichen Verteilung der Kühlwirkung und eventuell auch Umlenkelemente für Licht angebracht sein.
Eine weitere Abwandlung ist der Einsatz eines Verdampfers oder eines Peltier-Elements als Kühlelements anstatt der Doppelspirale 16. Ein Peltier-Element erübrigt es - vor allem bei Einsatz eines Auffangbehälters für das abgeschmolzene Wasser, der dann nur gelegentlich geleert werden muss -, die Zuleitung 4 und die Ableitung 5 zur Verbindung des Kühlelements mit dem Kühlaggregat zum Teil durch Schläuche herzustellen und erlaubt vielmehr, dieselben ganz oder teilweise als Kabel auszubilden und mit einer Steckverbindung ähnlich einer elektrischen Steckverbindung mit einer geeigneten Kühlinstallation zu verbinden, welche z. B. in jedem Raum einen Wärmetauscher aufweisen kann, von dem die von dem Peltier-Element oder mehreren solchen erzeugte Wärme mittels Kühlmediums abgeleitet und zum Kühlaggregat transportiert wird. In diesem Fall kann der Ständer mit einem flachen Fuss versehen sein, so dass die Kühlvorrichtung wie eine Stehlampe frei im Raum verschiebbar ist.
Obwohl der Einsatz eines Peltier-Elements als Kühlelement bei einem versetzbaren Arbeitsplatzkühler besonders vorteilhaft ist, ist er natürlich auch bei ortsfesten Kühlvorrichtungen möglich.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Klimatisierung eines Raumes (1) mittels mindestens eines innerhalb desselben angeordneten Kühlelements (3), das ausschliesslich durch Strahlung und allenfalls freie Konvektion mit dem zu kühlenden Raum Wärme austauscht, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlphasen mit Regenerationsphasen abwechseln, wobei während einer Kühlphase jeweils die Temperatur des Kühlelements (3) derart eingestellt wird, dass sich an demselben bildendes Kondensat vereist und während einer Regenerationsphase jeweils derart, dass am Kühlelement (3) vereistes Kondensat abschmilzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Regenerationsphase jeweils allfällig abgeschmolzenes Kondensat aufgefangen und abgeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Kühlphase jeweils die Temperatur des Kühlelements (3) auf eine Temperatur von höchstens -2°C eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Regenerationsphase jeweils das Kühlelement (3) abgeschaltet ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) im Deckenbereich des zu kühlenden Raums (1) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch des Kühlelements (3) mit dem zu kühlenden Raum (1) überwiegend durch Strahlungsaustausch über oberhalb des Kühlelements (3) angeordnete Flächen erfolgt.
  7. Kühlvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Kühlelement (3) sowie mit einem dasselbe tragenden Ständer (27), welcher auf einem Fussboden (20) abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine ebenfalls von dem Ständer (27) getragene, senkrecht unterhalb des Kühlelements (3) angeordnete Kondensatwanne (7) aufweist, deren Aussenseite gegenüber ihrer dem Kühlelement (3) zugekehrten Innenseite thermisch isoliert ist und dass die Kühlvorrichtung Mittel zur Abwechslung von Kühlphasen und Regenerationsphasen aufweist sowie Mittel, die während der Kühlphase die Temperatur des Kühlelements (3) derart einstellen, dass sich an demselben bildendes Kondensat vereist und Mittel, die während der Regenerationsphase die Temperatur des Kühlelements (3) derart einstellen, dass am Kühlelement (3) vereistes Kondensat abschmilzt.
  8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der Kondensatwanne (7) absorbierend ausgebildet ist.
  9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Kondensatwanne (7) reflektierend ausgebildet ist.
  10. Kühlvorrichtung nach einem der Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) an der Oberseite absorbierend und an der der Kondensatwanne (7) zugewandten Unterseite reflektierend ausgebildet ist.
  11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) über eine Zuleitung (4) und eine Ableitung (5), welche mindestens teilweise flexibel ausgebildet sind, mit einem Kühlaggregat (6) verbunden ist.
  12. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) als Rohr, als Verdampfer oder als Peltier-Element ausgebildet ist.
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