EP3596403B1

EP3596403B1 - Verdrängungsluftauslass

Info

Publication number: EP3596403B1
Application number: EP18715493.5A
Authority: EP
Inventors: Andre Göbel; Dietmar Rossbruch; Eckehard Fiedler
Original assignee: Krantz GmbH
Current assignee: Krantz GmbH
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2018-03-13
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2038-03-13
Also published as: ES2981988T3; EP3596403C0; EP3596403A1; CN110621941A; WO2018167037A1; JP6961731B2; CN110621941B; JP2020510186A; DE102017105238A1

Description

Einleitung

Die Erfindung betrifft einen Verdrängungsluftauslass mit

einem eine Längsachse aufweisenden, langgestreckten Rohrkörper, der einen Mantel mit Lochungen aufweist, wobei ein von dem Mantel umschlossener Innenraum es Rohrkörpers einen ersten Luftverteilraum bildet,
einem in den Innenraum führenden Lufteintrittsquerschnitt des Rohrkörpers, der an einem ersten Ende des Rohrkörpers angeordnet ist,
einem von den Lochungen des Mantels gebildeten ersten Luftaustrittsquerschnitt,
einem aus dem Innenraum des Rohrkörpers führenden Überströmquerschnitt, der eine Strömungsverbindung zu einem zweiten Luftverteilraum bildet und an einem dem ersten Ende gegenüber liegenden zweiten Ende des Rohrkörpers angeordnet ist,
einem an das zweite Ende des Rohrkörpers anschließenden Düsenkörper, dessen Innenraum den zweiten Luftverteilraum bildet und der mit Luftaustrittsquerschnitten in Form jeweils einer Düse versehen ist und
einem Verschlusselement, das derart angeordnet ist, dass es in einer Schließstellung den Überströmquerschnitt zwischen dem ersten Luftverteilraum und dem zweiten Luftverteilraum im Wesentlichen verschließt und in einer Öffnungsstellung den Überströmquerschnitt freigibt.

Stand der Technik

Verdrängungsluftauslässe werden häufig in Industriehallen eingesetzt, die sich durch eine vergleichsweise große Raumhöhe auszeichnen. Im Heizfall wird erwärmte Zuluft typischerweise ungefähr vertikal nach unten, also in Richtung des Hallenbodens, ausgeworfen, so dass die Raumluft bis nah an den Raumboden aufgeheizt wird. Im Kühlfall wird gekühlte Zuluft etwa horizontal in den Raum eingeleitet, so dass die eine Untertemperatur aufweisende Zuluft in Richtung auf den Raumboden herunter "rieselt", wodurch Zugerscheinungen in einem Aufenthaltsbereich von Personen vermieden werden können. Ein wesentliches Kriterium für reine Verdrängungsluftauslässe ist dabei die Einbringung von Luft mit geringem Impuls, so dass eine möglichst geringe Vermischung der Raumluft über die Höhe betrachtet stattfindet. Die Zuluft soll die meist wärmere und typischerweise mit Schadstoffen belastete Raumluft von unten nach oben verdrängen, ohne sich mit ihr zu vermischen, um auf diese Weise im Aufenthaltsbereich der Personen eine möglichst gute Luftqualität zu erreichen.
Aus der EP 1 318 360 A2 ist ein Luftauslass der eingangs beschriebenen Art bekannt, der aus einem Außenmantel und einem koaxial dazu angeordneten Innenmantel zusammengesetzt ist. Sowohl der kreiszylindrische Außenmantel als auch der konische Innenmantel sind mit Ausnehmungen bzw. Fenstern versehen. Der bekannte Luftauslass ist an seiner dem Boden des zu belüftenden Raumes zugewandten Unterseite mit Weitwurfdüsen ausgerüstet, die im Heizfall erwärmte Zuluft mit hoher Eindringtiefe in den Raum leiten sollen.
Dem bekannten Verdrängungsluftauslass haftet das Problem an, dass die Behaglichkeit im Aufenthaltsbereich der Personen an heißen Sommertagen, an denen die Außentemperatur z.B. über 25°C oder 30°C liegt, nur durch eine energieaufwändige Kühlung der Zuluft, typischerweise mit Hilfe von Kältemaschinen, erreicht werden kann. Ohne eine derartige Zuluftkühlung lassen sich übermäßig hohe Temperaturen im Aufenthaltsbereich der Personen nicht vermeiden.
Zum Stand der Technik zählt darüber hinaus die gattungsbildende DE 10 2014 107 957 A1 , die gleichfalls einen Verdrängungsluftauslass beschreibt. In dem äußeren Mantel ist in einem Zentralbereich ein Kernrohr angeordnet, dessen Längsachse mit der Längsachse des Rohrkörpers zusammen fällt. Das Kernrohr ist geschlossen ausgebildet, weist also keinerlei Durchbrüche auf, wie diese bei dem Innenmantel des Auslasses gemäß der EP 1 318 360 A2 vorhanden sind. In dem Kernrohr der DE 10 2014 107 957 A1 befindet sich eine Drehklappe, die in ihrer Schließstellung das Kernrohr verschließt und somit einen Luftstrom druch dasselbe unterbinden kann. Hingegen wird in einer Öffnungsstellung der Drehklappe ein Querschnitt des Kernrohrs freigegeben, so dass ein Teilstrom der Zuluft durch das Kernrohr hindurch strömen kann. Darüber hinaus befindet sich unterhalb des Bereichs des Auslasses mit dem perforierten Mantel, dessen Innenraum den ersten Luftverteilraum bildet, ein Überströmquerschnitt zu einem zweiten Luftverteiltraum, der sich in einem an der Unterseite des Auslasses angeordneten Düsenkörper befindet.
Bei geschlossener Drehklappe in dem Kernrohr zeichnet sich der aus der DE 10 2014 107 957 A1 bekannte Auslass durch eine ungefähr vertikal nach unten gerichtete Abströmung aus, die sich insbesondere zur Einbringung von warmer Zuluft in den Aufenthaltsbereich im so genannten Heizfall eignet. Das Verschlusselement versperrt in diesem Betriebszustand den Überströmquerschnitt zu dem Düsenkörper. Wird die Drehklappe in dem Kernrohr geöffnet und das Verschlusselement allerdings in seiner Schließstellung beibehalten, so ergibt sich durch eine Umlenkung der Luftströmung im Bereich des Verschlusselements eine ungefähr horizontale, radial gerichtete Abströmung. Dieses Strömungsbild eignet sich insbesondere für die Zuführung von Zuluft mit Untertemperatur, d.h. im so genannten Kühlfall, in dem zur Vermeidung von Zugerscheinungen die Zuluft ausgehend von einer horizontalen Strömungsrichtung langsam nach unten in den Aufenthaltsbereich absinken soll.
Wenn im Kühlfall die Zuluft mit erhöhtem Impuls in den Raum eingebracht werden soll (Misch-Quelllüftung) , kann bei geöffneter Drehklappe im Kernrohr auch das Verschlusselement geöffnet und somit der Überströmquerschnitt zum Düsenkörper freigegeben werden. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass die bei gegebenem Druck im Zuluftsystem die erreichbaren Ausströmgeschwindigkeiten aus den Düsen zu gering sind, um in der Aufenthaltszone eine erhöhte Luftbewegung zu erreichen, wie sie für eine Behaglichkeitssteigerung ohne Rückgriff auf eine deutliche Untertemperatur der Zuluft wünschenswert wäre.
Zum Stand der Technik zählt darüber hinaus der Auslass des Typs "BOC", ein "Quellauslass mit BOOSTER" der Firma Swegon. Der vorbekannte Auslass ist für Räume mit hohen Deckenhöhen, wie Industriehallen, Supermärkte, Sporthallen etc. vorgesehen und besitzt einen zylindrischen Außenmantel mit einem oktogonalen Querschnitt. Ein Verteilerblech, das einen inneren Mantel ausbildet, ist mit einem flexiblen Verteilungssystem für die Raumluft ausgestattet. Unmittelbar unterhalb des Eintrittsquerschnitts in den Auslass befindet sich ein Düsenraum, der gleichfalls eine oktogonale Außenform besitzt und mit einer Vielzahl von aerodynamischen Düsen versehen ist. Der Düsenraum und der darunter befindliche zweite Luftverteilraum sind mittels einer Klappe, die manuell oder mittels eines Antriebs verstellbar ist, voneinander getrennt. Im Heizfall strömt die warme Zuluft über die Düsen im oberen Teil des Auslasses aus und besitzt eine stark vertikal nach unten gerichtete Strömungsrichtung um eine entsprechende Eindringtiefe zu erreichen. Im Kühlfall verlässt die Zuluft den vorbekannten Auslass nicht durch die Düsen, sondern durch die Perforationen in dem unterhalb des Düsenraums angeordneten Auslassteil, wobei in diesem Fall die Klappe in dem Überströmquerschnitt geöffnet ist.
Ferner ist aus dem Artikel von Dr. Hans Werner Roth "Energiesparen durch maschinelle Lüftung in Industriehallen", veröffentlich in der Zeitschrift HLH Lüftung/Klima,
Heizung/Sanitär, Gebäudetechnik, Bd. 67 (2016), Nr. 10-Oktober, ein Kombiluftdurchlass des Typs ILQsf der Firma LTG bekannt. Wie auch der weiter oben erläuterte Auslass der Firma Swegon besitzt der Auslass des Typs ILQsf in seinem oberen Abschnitt einen Düsenkasten und in seinem unteren Abschnitt einen Rohrkörper mit Perforationen an dessen Mantel. Die Besonderheit des ILQsf liegt in seinem axial in dem unteren Teil des Auslasses verschiebbaren Teller, der über ein Gegengewicht selbsttätig bei konstantem Innendruck verstellt oder bei Verwendung eines mit Fremdenergie betriebenen Antriebs elektronisch geregelt werden kann. Auf diese Weise ist mit zunehmenden Lasten eine Steigerung des Volumenstroms über den quellluftartigen unteren Teil des Auslasses bis hin zu einer maximalen Austrittsgeschwindigkeit möglich. Dabei soll der Druckverlust im Luftauslass und der radiale Strömungsimpuls konstant bleiben.
Ferner beschreibt die DE 40 37 287 A1 einen Quellluftdurchlass zur Aufstellung auf einen Fußboden mit einem gelochten Mantel, der als Luftaustrittsfläche dient. An dem dem Fußboden entgegengesetzten Ende des Auslasses befindet sich ein Anschlussstutzen, durch den die Luft in vertikale Richtung nach unten einströmt. Der bekannte Auslass ist in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt, deren Grenzen jeweils durch einen Blendenring definiert werden. Von oben nach unten reduziert sich der freie zentrale Querschnitt der Blendenringe. In den jeweiligen Abschnitten findet eine Aufteilung des Luftvolumenstroms dergestalt statt, dass ein Teilvolumenstrom in radialer Richtung durch den Mantel nach außen abströmt, wohingegen ein anderer Teilstrom in den nächsten Abschnitt zwischen den folgenden Blendenringen eintritt und dort wiederum zerlegt wird. Auf diese Weise soll eine möglichst gleichmäßige Verteilung der austretenden Zuluft über die Höhe des Auslasses erreicht werden. Aufgrund der Bodenaufstellung des bekannten Auslasses ist eine Abströmung an der Unterseite mit einer nach unten gerichteten Strömungskomponente nicht möglich. Eine Verwendung des Auslasses mit einem Abstand zwischen dem Fußboden und der Unterseite des Auslasses ist nicht vorgesehen und aufgrund des Quellluftprinzips auch nicht sinnvoll.
Schließlich ist in der EP 0 541 977 A2 ein Auslass zur Erzeugung einer turbulenzarmen Verdrängungsströmung offenbart, der einen gelochten Außenmantel und einen gleichfalls gelochten Innenmantel aufweist. Ein Prallkörper bildet in einer ersten Stellung sowohl einen unteren Verschluss des Innenmantels, in den die Luft durch einen oben angeordneten Eintrittsquerschnitt einströmt, als auch einen Verschluss eines unteren, zweiten Luftverteilraums, der sich über den gesamten Querschnitt des äußeren Mantels erstreckt. In einer zweiten, abgesenkten Stellung des Prallkörpers wird der Innenmantel unten geöffnet und gleichzeitig ein ringförmiger, radial weiter außen liegender Überströmquerschnitt von einem oberen, ersten Luftverteilraum zu dem zweiten, unteren Luftverteilraum geschaffen. Auf diese Weise kann für den Heizfall eine Abströmung mit größerer vertikaler Strömungskomponente geschaffen und damit die Eindringtiefe der Abluft in den Raum vergrößert werden. Durch die Versperrung eines zentralen Bereichs durch den Prallkörper wird der untere, zweite Luftverteilraum insbesondere in seinem Zentralbereich nur schwach mit Zuluft versorgt.

Aufgabe

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verdrängungsluftauslass bereit zu stellen, mit dem die Behaglichkeit im Aufenthaltsbereich zu Zeiten mit hoher Außentemperatur und somit auch entsprechend hoher Temperatur im Aufenthaltsbereich von Personen, gesteigert werden kann, ohne die Zulufttemperatur stärker abzusenken.

Lösung

Ausgehend von einem Auslass der eingangs beschriebenen Art wird die zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verhältnis der Fläche des Überströmquerschnitts zu der Fläche des Querschnitts des Luftverteilraums mindestens 0,6, vorzugsweise mindestens 0,7, weiter vorzugsweise mindestens 0,75, noch weiter vorzugsweise mindestens 0,8 beträgt.
Der erfindungsgemäße Verdrängungsluftauslass macht sich die Erkenntnis zunutze, dass der Impuls der Zuluft, wie er im Bereich des Einlassquerschnitts in den ersten Luftverteilraum vorhanden ist, möglichst verlustarm auch durch den Überströmquerschnitt hindurch beibehalten wird und sodann in dem Düsenraum und auch beim Austritt aus den Düsen selbst zur Verfügung steht. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass nur bei hinreichend großem Impuls in dem Düsenraum, d.h. auch hinreichend großer Austrittsgeschwindigkeit der Zuluft aus den Düsenaustrittsquerschnitten, die erforderliche, in radiale Richtung gemessene Eindringtiefe der Zuluft in den zu belüftenden Raum erreicht werden kann. Hingegen ist sowohl bei dem Auslass gemäß der DE 10 2014 107 957 A1 als auch bei dem Auslass gemäß der EP 1 318 360 A2 der Überströmquerschnitt deutlich kleiner als der erfindungsgemäß vorgeschlagene Minimalwert, so dass der Impuls der Zuluft, die aus den Düsen austritt, zu gering ist, um eine zufriedenstellende Eindringtiefe zu erreichen. Die erfindungsgemäß erzielte große Eindringtiefe der Zuluft ist deshalb bei hohen Temperaturen im Aufenthaltsbereich, d.h. insbesondere an heißen Sommertagen, sehr wichtig, weil die Wärmeabgabe des Menschen bei derartigen Umgebungstemperaturen vermehrt durch Schweißbildung und -verdampfung erfolgt. In diesem Zusammenhang wird - anders als bei niedrigeren Temperaturen im Aufenthaltsbereich, beispielsweise während des Winterhalbjahres - eine erhöhte Luftbewegung als angenehm empfunden, da sie die Verdunstung und daher Kühlung fördert. Diese Möglichkeit der Behaglichkeitssteigerung ist z.B. in der DIN EN ISO 7730:2005, Anhang G, beschrieben. Unter energetischen Gesichtspunkten ist ein derartiger Weg der Behaglichkeitssteigerung besonders attraktiv, da auf die Zuführung von Zuluft mit großer Untertemperatur, die nur über eine aktive Kühlung mittels Kältemaschinen möglich wäre, verzichtet werden kann. Ein derartiger Verzicht wirkt sich sowohl auf die Investitions- als auch auf die laufenden Betriebskosten einer Lüftungsanlage sehr positiv aus.
Unter dem Merkmal, dass das Verschlusselement in einer Schließstellung den Überströmquerschnitt "im Wesentlichen" verschließt, soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung verstanden werden, dass das Verschlusselement gegebenenfalls gar nicht in eine vollständige Schließstellung überführt werden kann, um den Druckverlust in allen Betriebsstätten des Luftauslasses möglichst konstant zu halten, wodurch die Regelung der Lüftungsanlage vereinfacht wird. Ein freier Restquerschnitt des Überströmquerschnitts im Schließzustand des Verschlussorgans kann beispielsweise durch einen stets freien Querschnitt (Durchbruch) in dem Verschlussorgan (z.B. Klappe) selbst realisiert werden oder dadurch dass das Verschlussorgan auf seinem Verstellweg vor Erreichen der vollständigen Schließstellung an einen Anschlag o.ä. anschlägt.
Unter dem "Querschnitt des Luftverteilraums" soll im Sinne der vorliegenden Anmeldung die senkrecht zu der Längsachse des Rohrkörpers gemessene Querschnittsfläche des Luftverteilraums verstanden werden. Vorzugsweise sollte diese Querschnittsfläche über die gesamte Länge des Rohrkörpers bzw. Luftverteilraums konstant sein. In diesem Fall liegt ein zylinderförmiger Luftverteilraum vor, dessen Querschnitt der Einfachheit halber eine Kreisform aber auch die Form eines Polygons, insbesondere eines Hexagons oder Oktagons, besitzen kann. Ist die Querschnittsfläche des Luftverteilraums über dessen Höhe, d.h. in Richtung der Längsachse betrachtet, nicht konstant, so ist von der über die Höhe betrachtet mittleren Querschnittsfläche auszugehen. Bei der Bestimmung der mittleren Querschnittsfläche wird ein Zylinder ermittelt, der dasselbe Volumen wie der nichtzylinderförmige Luftverteilraum besitzt und dann dessen Querschnittsfläche verwendet.
Ein hoher Impuls der Zuluft am Austritt aus den Düsen ist darüber hinaus neben der Wurfweite auch insofern von großer Bedeutung, als die Düsenströmung den Teil der Zuluft, der auch bei (teilweise) geöffnetem Überströmquerschnitt aus dem ersten Luftverteilraum, d.h. den Lochungen des Mantels, austritt, induziert werden kann und der Richtung der Düsenstrahlen folgt. Ist der Impuls der Düsenstrahlen zu gering, wie dies ein typisches Problem bei den vorbekannten Auslässen gemäß der DE 10 2014 107 957 A1 und gemäß der EP 1 318 360 A2 ist, so kann die Induktion der aus dem Mantel oberhalb der Düsen austretenden Zuluftmenge nur unzureichend gelingen.
Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Auslasses kann noch dadurch verbessert werden, dass der Flächenanteil der Lochungen in dem Mantel an der gesamten Oberfläche des Mantels, d.h. einschließlich der Fläche der Lochungen (Durchbrüche), kleiner ist als 18 %, vorzugsweise kleiner als 15 %, weiter vorzugsweise kleiner als 13 %. Dieser für einen perforierten Mantel ungewöhnlich kleine Flächenanteil der Lochungen bzw. Durchbrüche bewirkt einen entsprechend großen Strömungswiderstand des Mantels und somit - bei gegebenem Gesamtdruck der Zuluftströmung - einen bei geöffnetem Überströmquerschnitt limitierten Anteil der Zuluft, die durch den perforierten Mantel austritt. Insbesondere verhindert der geringe freie Flächenanteil im Mantel, dass ein zu großer Anteil der Zuluft bereits aus dem Mantel austritt und erst gar nicht durch den Überströmquerschnitt in den Düsenraum gelangt. Der vergleichsweise kleine Flächenanteil der Lochungen unterstützt damit einen hinreichend großen Impuls der Zuluft am Düsenaustritt.
Die Erfindung weiter ausgestaltend ist vorgesehen, dass ein Zentralbereich des ersten Luftverteilraums, der sich in Richtung der Längsachse des ersten Luftverteilraums betrachtet, von dem Lufteintrittsquerschnitt des Rohrkörpers bis zu dem Überströmquerschnitt und, in radiale Richtung betrachtet, von der Längsachse des Rohrkörpers bis zu einem Radius von 50 % des Radius des Mantels erstreckt, frei von Einbauten jeglicher Art ist.
Auf diese Weise wird in dem wie vorstehend definierten Zentralbereich des ersten Luftverteilraums eine möglichst verlustarme Strömung bis zu dem Überströmquerschnitt gewährleistet, so dass auch im Düsenraum ein hinreichend großer Zuluftimpuls vorhanden ist. Insbesondere die Luftauslässe gemäß der DE 10 2014 107 957 A1 und der EP 1 318 360 A2 weisen mit dem mit einer Klappe versehenen Kernrohr bzw. mit dem inneren Konuskörper stark widerstandsbehaftete Einbauten auf, die zu einem Druck- und Impulsverlust vor Erreichen des Überströmquerschnitts bzw. Düsenraums führen.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass an einer inneren Oberfläche des Mantels mindestens drei jeweils in Richtung der Längsachse des Mantels beabstandet zueinander angeordnete Blendenringe vorhanden sind. Diese Blendenringe führen zu einem gewissen Stau der Zuluftströmung im ersten Luftverteilraum, ausgelöst durch eine Strömungseinschnürung und zu einer anschließenden Strahlaufweitung, die wiederum das radiale Abströmen der Zuluft aus den Perforationen des Mantels in einem Abschnitt, in Strömungsrichtung betrachtet, hinter dem jeweiligen Blendenring begünstigt.
Um zu verhindern, dass durch die Blendenringe ein zu großer Druckverlust auftritt, insbesondere wenn der Überströmquerschnitt zu dem Düsenkörper geöffnet ist, wird vorgeschlagen, dass ein Verhältnis eines Innendurchmessers mindestens eines Blendenrings, vorzugsweise aller Blendenringe, zu einem Außendurchmesser des jeweiligen Blendenrings zwischen 0,65 und 0,90, vorzugsweise zwischen 0,70 und 0,90, beträgt. Es handelt sich somit um vergleichsweise sehr "schmale" Blendenringe, die weniger einen Staudruck erzeugen als eine Strömungseinschnürung und anschließende Strömungserweiterung bewirken sollen, um das radiale Abströmen eines Teils der Zuluft durch die Perforationen in dem Mantel zu begünstigen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht außerdem noch darin, dass die Düsen eine in Hauptströmungsrichtung der sie durchströmenden Zuluft verlaufende Längsachse besitzen, die mit der Längsachse des Rohrkörpers einen Winkel zwischen 70° und 50°, vorzugsweise zwischen 65° und 55°, einschließt. Dabei können die Düsen schwenkbar in dem Düsenkörper gelagert oder starr darin befestigt bzw. integriert sein, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang die Ausbildung eines Winkels von 60° zwischen der Düsenlängsachse und Rohrkörperlängsachse herausgestellt, wobei - wie bei sämtlichen vorgenannten Winkelangaben auch - die Strömung aus den Düsen eine auf den Boden des zu belüftenden Raumes gerichtete Strömungskomponente besitzt und nicht in Richtung auf die Raumdecke gerichtet ist.
Um eine fertigungstechnisch günstige Lösung zur Erzielung der abwärts gerichteten Düsenströmung zu erreichen, kann der Düsenkörper pyramidenstumpfförmig sein, und einen Hexagon- oder Oktogon-Querschnitt besitzen. Dabei können die Düsen vorzugsweise mittig in jeweiligen Seitenflächen des Pyramidenstumpfs angeordnet sein. Vorzugsweise ist jede Seitenfläche des Pyramidenstumpfs mit einer Düse ausgestattet, die fest oder verstellbar sein kann. Vorzugsweise sollte sich der Pyramidenstumpf in Strömungsrichtung der Zuluft betrachtet verjüngen, d.h. der Pyramidenstumpf steht bei Aufhängung des erfindungsgemäßen Luftauslasses an einer Raumdicke "auf dem Kopf".
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Auslasses besteht noch darin, dass das Verschlusselement eine Butterfly-Klappe oder eine Irisblende oder eine Zahnscheibenblende oder eine Drehklappe ist. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine Butterfly-Klappe, da diese einen geringen Fertigungsaufwand erfordert, in ihrer maximalen Öffnungsstellung, in der die beiden Blatthälften möglichst flach aneinander liegen, einen geringen Strömungswiderstand besitzen, und darüber hinaus in Zwischenstellungen zwischen der Schließstellung und der maximalen Öffnungsstellung eine symmetrische Abströmung hinter der Butterfly-Klappe bewirkt, wobei die Symmetrie in Bezug auf eine Längsmittelebene besteht, die durch die Längsachse des Rohrkörpers und die Drehachse der Butterfly-Klappe verläuft.
Außerdem ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung noch vorgesehen, dass eine in Richtung der Längsachse des Rohrkörpers gemessene Höhe des Düsenkörpers kleiner als 50 %, vorzugsweise kleiner als 40 %, des Durchmessers des Mantels beträgt.
Schließlich wird noch vorgesehen, dass die Austrittsquerschnitte der Düsen auf einem Kreis angeordnet sind, der einen Durchmesser besitzt, der vorzugsweise mindestens um 20 %, vorzugsweise mindestens um 30 % größer ist als der Durchmesser des Mantels. Hierdurch wird zum einen die Eindringtiefe der Düsenstrahlen vergrößert, die Umlenkung der Zuluft im Düsenkörper weniger "scharf", d.h. weniger verlustbehaftet, und eine verbesserte "Induktion" des aus den Mantelperforationen austretenden Zuluftanteils durch die Düsenstrahlen ermöglicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels eines Verdrängungsluftauslasses mit Düsenkörper, der in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1:: eine perspektivische Außenansicht des Verdrängungsluftauslasses "schräg von unten",
Fig. 2:: eine Seitenansicht des Verdrängungsluftauslasses gemäß Figur 1 im Teilschnitt,
Fig. 2a:: einen Vertikalschnitt durch den Verdrängungsluftauslass gemäß Figur 1 im Bereich des Verschlusselements,
Fig. 3:: einen Horizontalschnitt durch den Verdrängungsluftauslass gemäß Figur 1 mit einem Verschlusselement in einer Öffnungsstellung,
Fig. 4:: wie Figur 3, jedoch in einer Schließstellung des Verschlusselements,
Fig. 5:: eine schematische Darstellung des Strömungsverlaufs bei geöffnetem Verschlusselement und aktivierten Düsen und
Fig. 6:: wie Figur 5, jedoch bei geschlossenem Verschlusselement und nicht-aktiven Düsen.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen Verdrängungsluftauslass 1 mit einem Rohrkörper 2 und einem Düsenkörper 3. Der Rohrkörper 2 weist einen ersten Innenraum 4 (s. insbesondere Figur 2) auf, der einen ersten Luftverteilraum 6 des Verdrängungsluftauslasses 1 bildet. Der Mantel 5 ist mit einer Vielzahl von Lochungen versehen, die jeweils eine Kreisform besitzen und nach einem bestimmten Verteilmuster in Gruppen in dem Mantel 5 angeordnet sind. Die Lochungen bilden in ihrer Gesamtheit einen ersten Luftaustrittsquerschnitt des Verdrängungsluftauslasses 1, sind der Einfachheit halber in den Zeichnungsfiguren jedoch nicht dargestellt. Der Flächenanteil der Lochungen an der Gesamtfläche des Mantels 5 (in dessen Abschnitt zwischen einem obersten Blendenring 26 und dem Beginn eines Übergangsbereichs 20, insbesondere einem Verschlusselement 21) beträgt 12 %, und ist damit deutlich niedriger als bei gewöhnlichen Verdrängungsluftauslässen.
An einem ersten, in Figur 2 oberen, Ende des Rohrkörpers 2 befindet sich ein Lufteintrittsquerschnitt 8, über den aus einer aus dem Stand der Technik bekannten und nicht dargestellten Zuluftleitung temperierte Zuluft in den ersten Luftverteilraum 6 eingeleitet werden kann. Die Zuluft kann unter anderem hinsichtlich der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und/oder des Volumenstroms geregelt in den Verdrängungsluftauslass 1 eingeleitet werden.
An einem zweiten, in Figur 1 unteren Ende 9 des Rohrkörpers 2, das dem ersten Ende 7 gegenüber liegt und in Richtung eines nicht dargestellten Fußbodens gerichtet ist, folgt in Strömungsrichtung der Düsenkörper 3 auf den Rohrkörper 2, wobei ein Innenraum 10 des Düsenkörpers 3 einen zweiten Luftverteilraum 11 bildet. Zwischen dem Düsenkörper 3 und dem Rohrkörper 2 befindet sich ein Übergangsbereich 20, auf den später noch eingegangen wird.
Der Düsenkörper 3 weist einen oktogonalen Querschnitt mit acht Wandabschnitten 12 auf, wobei die Wandabschnitte 12 jeweils schräg zu einer Längsachse 13 des Rohrkörpers (Figur 2) verlaufen. Der Düsenkörper 3 weist also die Form eines oktogonalen Pyramidenstumpfes auf, der sich in Richtung von einem ersten Ende 34 des Düsenkörpers 3 zu einem zweiten Ende 35 des Düsenkörpers 3 hin, d.h. in Richtung auf den Boden des zu belüftenden Raums, verjüngt. Eine Höhe H des Düsenkörpers 3 beträgt rund ein Drittel des Innendurchmessers D3 des Rohrkörpers 2. In jedem der acht Wandabschnitte 12 ist jeweils eine Düse 14 angeordnet, die jeweils einen Luftaustrittsquerschnitt 15 aus dem zweiten Luftverteilraum 11 definiert. Die Luftaustrittsquerschnitte 15 der Düsen 14 liegen auf einem Kreis 16, dessen Durchmesser um 70 % größer ist als der Innendurchmesser D3 des Rohrkörpers 2.
Auf einer dem Rohrkörper 2 abgewandten Seite 17 besitzt der Düsenkörper 3 eine geschlossene Bodenplatte 18, die den zweiten Luftverteilraum 11 zu einer Umgebung hin abschließt. Die Wandabschnitte 12 schließen mit der Bodenplatte 18 einen Winkel α von 60° ein.
Auf einer dem Rohrkörper 2 zugewandten Seite 19 ist in dem Übergangsbereich 20 zwischen dem Rohrkörper 2 und dem Düsenkörper 3 ein Verschlusselement 21 in Form einer Butterfly-Klappe angeordnet, deren Öffnungs- und Schließstellung, jeweils in einer Draufsicht, in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Die Butterfly-Klappe besteht aus zwei Blatthälften 22, die jeweils ungefähr halbkreisförmig ausgebildet und um eine gemeinsame Achse AK schwenkbar sind. Die Schwenkbewegung erfolgt so, dass die Blatthälften 22 über ein Getriebe gekoppelt sind, das eine Verdrehung der Blatthälften 22 in entgegengesetzte Richtung bewirkt. In Figur 3 ist eine Öffnungsstellung des Verschlusselements 21 gezeigt, in der sich die Blatthälften 22 in einem sehr spitzen Winkel zueinander befinden, wobei die jeweils geradlinigen Vorderkanten sehr dicht nebeneinander angeordnet sind und so quasi die gemeinsame Vorderkante eines entgegen der Strömungsrichtung ausgerichteten Keils bilden, dessen Flanken von den beiden Blatthälften 22 gebildet sind. Der verbleibende Winkel zwischen den Blatthälften in der maximalen Öffnungsstellung ist durch die Getriebebauart technisch bedingt; optimal wäre es, wenn der eingeschlossene Winkel 0° betrüge und das Verschlusselement 21 auf diese Weise den kleinstmöglichen Anteil der Fläche eines Übertrömquerschnitts 23 zwischen dem ersten Luftverteilraum 6 und dem zweiten Luftverteilraum 11 einnehmen würde. Der (maximale) Überströmquerschnitt 23 beträgt ca. 80 % der Querschnittsfläche des ersten Luftverteilraums. Die Butterfly-Klappe teilt jedenfalls den Überströmquerschnitt 23 mit ihrer Achse AK in zwei Teilquerschnitte. Die Verstellung des Verschlusselements 21 erfolgt mit Hilfe eines Betätigungselements 24 in Form einer Welle, an der auf der Außenseite des Verdrängungsluftauslasses 1 beispielsweise noch ein nicht abgebildeter Hebel, Bowdenzug oder eine z.B. elektrische Antriebseinrichtung angeordnet werden kann.
Aus Figur 2a ist zu entnehmen, dass die Blatthälften 22 sich in dem zweiten Luftverteilraum 11 in dem Düsenkörper 3 erstrecken und die Achse AK der Butterfly-Klappe in der Ebene des Überströmquerschnitts 23 angeordnet ist.
Wie sich insbesondere aus Figur 4 ergibt, ist der Überströmquerschnitt 23 in der dargestellten Schließstellung des Verschlusselements 21 vollständig verschlossen. Falls gewünscht kann aber auch ein dauerhaft offener (kleiner) Restquerschnitt realisiert werden, um in allen Betriebszuständen eine gewisse Abströmung durch den Düsenkörper 3 zu erhalten.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind an der Innenseite 25 des Rohrkörpers 2 vier Blendenringe 26 angeordnet. Der oberste Blendenring 26 befindet sich in einem Abstand A1 von 250 mm zu dem oberen Ende 7 des Rohrkörpers 2, der nächstuntere Blendenring 26 in einem Abstand A2 von 140 mm zu dem darüber angeordneten Blendenring 26, der dritte Blendenring 26 in einem Abstand A3 von 180 mm zu dem zweiten und der vierte Blendenring 26 in einem Abstand A4 von 180 mm zu dem Dritten. Die Gesamtlänge L des Rohrkörpers beträgt 1040 mm, wobei auch eine Länge LÜ von 120 mm des Übergangsbereichs 20 und eine Länge LA von 80 mm eines Anschlussstutzens A enthalten ist. Anschließend an den Anschlussstutzen A befindet sich ein geschlossener Bereich B, der sich bis zu dem obersten Blendring 26 erstreckt, in dem der Mantel keine Perforationen aufweist und der sich über eine Länge LG von 160 mm erstreckt. In dem ungelochten Bereich B kann somit keine Zuluft radial nach außen durch den Mantel 5 hindurch treten, vielmehr dient dieser Bereich der Strömungsberuhigung nach dem einlaufseitigen Ende 7.
Anhand der Figuren 5 und 6 wird die Funktionalität des Verdrängungsluftauslasses 1 im Folgenden näher erläutert:
In Figur 5 ist die Strömung veranschaulicht, wie sie sich ergibt, wenn das Verschlusselement 21 sich in der in Figur 3 gezeigten Öffnungsstellung befindet und somit der Überströmquerschnitt 23 zwischen dem ersten Luftverteilraum 6 und dem zweiten Luftverteilraum 11 geöffnet ist. Durch einen Zentralbereich Z in dem Rohrkörper, der durch eine gestrichelte Linie LZ in Figur 2 dargestellt ist, strömt die Zuluft (Pfeil 28) nahezu verlustfrei durch den Rohrkörper 2 und über den Überströmquerschnitt 23 in den zweiten Luftverteilraum 11 innerhalb des Düsenkörpers 3. Entsprechend steht am Austritt der Düsen 14 ein großer Impuls zur Verfügung, der zu einer großen Eindringtiefe der aus den Weitwurfdüsen austretenden Luftstrahlen (Pfeil 27) führt. Diese Luftstrahlen sind unter einem Winkel von 30° zur Horizontalen (bei vertikaler Anordnung des Verdrängungsluftauslasses 1 in einem Raum) geneigt und bewegen sich somit in Richtung auf den Raumboden. Die aus den Düsen 14 austretenden Strahlen induzieren dabei einen Teil der Zuluft, die über die Lochungen in dem Mantel 5 des Rohrköpers 2 austreten. Der Austritt dieses Anteils der Zuluft (Pfeile 29 bis 31) aus dem Mantel 5 besitzt eine radiale Komponente, ist aber aufgrund der Induktionswirkung der Düsenstrahlen unter einem Winkel von rund 45° zur Horizontalen nach unten gerichtet. In diesem Betriebsmodus liegt eine Misch-Quelllüftung vor, wobei in besonders vorteilhafter Weise im Wesentlichen von den Düsenstrahlen nur die Zuluft, d.h. Primärluft, und nicht bzw. nur in sehr geringem Umfang, auch möglicherweise schadstoffbelastete Raumluft induziert wird. Die Luftqualität im Aufenthaltsbereich nahe des Bodens kann dadurch spürbar verbessert werden.
Der in Figur 5 dargestellte Betriebszustand kann sowohl dazu dienen, im Winter eine Halle z.B. nach einer Abkühlung über das Wochenende mit Zuluft mit einer Übertemperatur gegenüber der aktuellen Raumtemperatur auch bodennah rasch aufzuheizen als auch dazu dienen, im Sommer bei Raumtemperaturen im Aufenthaltsbereich in der Nähe des Bodens von mehr als 25°C mit einer Zulufttemperatur unterhalb der Raumtemperatur eine erhöhte Luftbewegung im Aufenthaltsbereich zu erreichen, um die Behaglichkeit auf diese Weise zu steigern. In dem letztgeschilderten Kühlfall kann die Zuluft durch freie Kühlung oder adiabatisch gekühlt werden und so auf energieeffiziente und vergleichsweise kostengünstige Weise bereitgestellt werden.
In der in Figur 6 dargestellten Situation, in der sich das Verschlusselement 21 in seiner Schließstellung befindet, wirkt der Verdrängungsluftauslass 1 als reiner Quellluftauslass. Die Düsen 14 sind in diesem Betriebszustand außer Funktion und die Zuluft wird allein über die Lochungen in dem Mantel 5 des Rohrkörpers 2 abgegeben. Durch die Umlenkung der Zuluftströmung an der als Prallelement wirkenden geschlossenen Butterfly-Klappe (Verschlusselement 21) verlässt die Zuluft den Mantel 5 in ungefähr horizontale bzw. leicht nach oben zeigende Richtung. Es findet somit eine Umlenkung der Luft um 90° und mehr statt. Auf diese Weise liegt eine als besonders behaglich empfundene Verdrängungslüftung vor, bei der die Raumluftgeschwindigkeit sehr niedrig ist. In diesem Fall kann die Zuluft durchaus eine spürbare Untertemperatur gegenüber der Raumluft aufweisen, da die kühlere Luft nur langsam und großflächig verteilt aus größerer Höhe in Richtung auf den bodennahen Aufenthaltsbereich herabrieselt. Die Anordnung des Verdrängungsluftauslasses 1 erfolgt nämlich entweder frei im Raum oder an Wänden bzw. Säulen in einer Höhe von üblicherweise rund 3 Metern über dem Hallenboden.
Neben der Verwendung der Düsenfunktion (Figur 5) zum klassischen Aufheizen bzw. zur sommerlichen verstärkten Kühlung lässt sich die Zuschaltung der Düsenfunktion auch dazu nutzen, um kurzfristig den Aufenthaltsbereich zu spülen. Dies ist insbesondere dann angezeigt, wenn in Produktionshallen temporär ein erhöhter Schadstoffgehalt entsteht, wie er beispielsweise nach dem Öffnen eines Industrieofens auftreten kann. In diesem Fall erfolgt die Zuschaltung der Düsenfunktion (Figur 5) für kurze Zeit, beispielsweise einige Minuten, wohingegen danach wieder zur klassischen Verdrängungslüftung ohne Spülfunktion und ohne Beaufschlagung der Düsen 14 (Figur 6) zurückgekehrt wird.
Neben den beiden in Figur 5 und 6 dargestellten Zuständen, in denen das Verschlusselement 21 entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen ist, sind auch alle denkbaren Zwischenstellungen des Verschlusselements 21 möglich. Hierdurch lässt sich die Höhe der Luftgeschwindigkeit im Aufenthaltsbereich quasi stufenlos und ganz entsprechend der individuellen Bedürfnisse der anwesenden Personen einstellen. Es findet auf diese Weise ein stufenloser Übergang zwischen reiner Verdrängungslüftung und einer Misch-Quelllüftung statt.

Bezugszeichenliste

A: Anschlussstutzen
AK: Achse
A1 bis A4: Abstand
B: Bereich
D1: Innendurchmesser
D2: Außendurchmesser
D3: Innendurchmesser
D4: Durchmesser
H: Bauhöhe
L: Länge
LA: Länge
LG: Länge
LÜ: Länge
LZ: Länge
Z: Zentralbereich

1: Verdrängungsluftauslass
2: Rohrkörper
3: Düsenkörper
4: Innenraum
5: Mantel
6: erster Luftverteilraum
7: erstes Ende
8: Lufteintrittsquerschnitt
9: zweites Ende
10: Innenraum
11: zweiter Luftverteilraum
12: Wandabschnitt
13: Längsachse
14: Düse
15: Luftaustrittsquerschnitt
16: Kreis
17: Seite
18: Bodenplatte
19: Seite
20: Übergangsbereich
21: Verschlusselement
22: Blatthälfte
23: Überströmquerschnitt
24: Betätigungselement
25: Innenseite
26: Blendenring
27 bis 31: Pfeile
34: erstes Ende
35: zweites Ende

Claims

Verdrängungsluftauslass (1) mit
- einem eine Längsachse (13) aufweisenden, langgestreckten Rohrkörper (2), der einen Mantel (5) mit Lochungen aufweist, wobei ein von dem Mantel (5) umschlossener Innenraum (4) des Rohrkörpers (2) einen ersten Luftverteilraum (6) bildet,

- einem in den Innenraum (4) führenden Lufteintrittsquerschnitt (8) des Rohrkörpers (2), der an einem ersten Ende (7) des Rohrkörpers (2) angeordnet ist,

- einem von den Lochungen des Mantels (5) gebildeten Luftaustrittsquerschnitt,

- einem aus dem Innenraum (4) des Rohrkörpers (2) führenden Überströmquerschnitt (23), der eine Strömungsverbindung zu einem zweiten Luftverteilraum (11) bildet und an einem dem ersten Ende (7) gegenüber liegenden zweiten Ende (9) des Rohrkörpers (2) angeordnet ist,

- einem an das zweite Ende (9) des Rohrkörpers (2) anschließenden Düsenkörper (3), dessen Innenraum den zweiten Luftverteilraum (11) bildet und der mit mindestens einem Luftaustrittsquerschnitt (15) in Form einer Düse (14) versehen ist,

- einem Verschlusselement (21), das derart angeordnet ist, dass es in einer Schließstellung den Überströmquerschnitt (23) verschließt und in einer Öffnungsstellung den Überströmquerschnitt (23) freigibt, wobei

- das Verhältnis der Fläche des Überströmquerschnitts (23) zu der Fläche des Querschnitts des ersten Luftverteilraums (6) mindestens 0,6, vorzugsweise mindestens 0,7, weiter vorzugsweise mindestens 0,75, noch weiter vorzugsweise mindestens 0,8, beträgt,
dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Zentralbereich (Z) des ersten Luftverteilraums (6), der sich in Richtung der Längsachse (13) des ersten Luftverteilraums (6) betrachtet von dem Lufteintrittsquerschnitt (8) bis zu dem Überströmquerschnitt (23) und in radiale Richtung betrachtet von der Längsachse (13) bis zu einem Radius von mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, weiter vorzugsweise mindestens 70 % des Radius des Mantels (5), erstreckt, frei von Einbauten jeglicher Art ist.
Verdrängungsluftauslass (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenanteil der Lochungen in dem Mantel (5) an der Oberfläche des Mantels (5) kleiner als 18 %, vorzugsweise kleiner als 15 %, weiter vorzugsweise kleiner als 13 % ist.
Verdrängungsluftauslass (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einer inneren Oberfläche des Mantels (5) mindestens drei jeweils in Richtung der Längsachse (13) des Mantels (5) beabstandet zueinander angeordnete Blendenringe (26) angeordnet sind.
Verdrängungsluftauslass (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Innendurchmessers (D1) eines Blendenrings (26) zu einem Außendurchmesser (D2) desselben Blendenrings zwischen 0,65 und 0,90, vorzugsweise zwischen 0,70 und 0,90, beträgt.
Verdrängungsluftauslass (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) eine in Hauptströmungsrichtung der durch sie strömenden Zuluft verlaufende Längsachse besitzen, die mit der Längsachse (13) des Rohrkörpers (2) einen Winkel zwischen 50° und 70°, vorzugsweise zwischen 55° und 65° einschließt.
Verdrängungsluftauslass (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (3) pyramidenstupfförmig ist und einen Hexagon- oder Oktogon-Querschnitt besitzt, wobei die Düsen (14) vorzugsweise mittig in jeweiligen Seitenflächen des Pyramidenstumpfs angeordnet sind und/oder wobei der Pyramidenstumpf sich in Strömungsrichtung der Zuluft verjüngt.
Verdrängungsluftauslass (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (21) eine Butterfly-Klappe oder eine Irisblende oder eine Zahnscheibenblende oder eine Drehklappe ist.
Verdrängungsluftauslass (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Richtung der Längsachse (13) des Rohrkörpers (2) gemessene Höhe (H) des Düsenkörpers (3) kleiner als 50 %, vorzugsweise kleiner als 40 %, des Durchmessers (D3) des Mantels (5) des Rohrkörpers (2) beträgt.
Verdrängungsluftauslass (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittsquerschnitte der Düsen (14) auf einem Kreis (16) angeordnet sind, dessen Durchmesser (D4) mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 30 %, größer ist als der Außendurchmesser (D2) des Mantels (5) des Rohrkörpers (2).