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Dokumentenidentifikation DE60311073T2 08.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001479982
Titel Belüftungseinrichtung
Anmelder Kristinsson-Reitsema B.V., Deventer, NL;
Fiwihex B.V., Almelo, NL
Erfinder Kristinsson, Jon, 7411 SE Deventer, NL;
Kristinsson, Björn, 107 Reykjavik Ijsland, IS;
Van Andel, Eleonoor Europeo, 7604 BK Almelo, NL;
Van Andel, Eleonoor, 7548 RB Boekelo, NL
Vertreter Glawe, Delfs, Moll, Patentanwälte, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60311073
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.05.2003
EP-Aktenzeichen 030765721
EP-Offenlegungsdatum 24.11.2004
EP date of grant 10.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse F24F 12/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F24F 7/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Belüftungssystem zum Austauschen der Luft in einem Raum mit Außenluft, wobei das System einen Feindrahtwärmetauscher mit einem ersten Kanal und einem zweiten Kanal umfasst, wobei die Kanäle in einer Wärmeaustauschverbindung miteinander stehen, und wobei der erste Kanal einen mit der Außenluft verbundenen Einlass und einen mit der Luft in dem Raum verbundenen Auslass aufweist, und wobei der zweite Kanal einen mit der Luft in dem Raum verbundenen Einlass und einen mit der Außenluft verbundenen Auslass aufweist.

Ein derartiges Belüftungssystem ist beispielsweise aus der US-A-5 832 992 bekannt.

Heutzutage sind neue und renovierte Gebäude derart gut isoliert und luftdicht, dass der natürliche Luftaustausch nahe Null liegt. Da Menschen Wasserdampf und Kohlendioxid ausatmen, muss eine künstliche Belüftung eingerichtet werden mit dem Ziel, Wasser davon abzuhalten, in die Isolierung zu kondensieren, und die Konzentration von CO2 und anderen Gasen, die von den Baumaterialien ausgestrahlt werden, auf einem sicheren Niveau zu halten. Die Gebäude sind derart gut isoliert, dass der Wärmeverlust, der mit dieser notwendigen Belüftung einhergeht, der größte Wärmeverlust von dem Gebäude ist, wenn es draußen kalt ist. Daher sollte eine Wärmerückgewinnung eingerichtet werden.

Die meisten Belüftungssysteme haben heute einen Wärmetauscher, der die Wärme zwischen der hereinkommenden Frischluft und der herausgehenden abgestandenen Luft austauscht. Der Wärmetauscher ist zentral installiert, zumeist im Dachgeschoss oder in der obersten Etage. Die abgestandene Luft aus Küchen, Toiletten und Nassräumen wird durch Leitungen herausgeführt und die Frischluft wird zu Schlafzimmern und Wohnzimmern oder Bürozimmern im Gebäude verteilt. Diese Systeme haben mehrere Nachteile. Die Kosten für die Leitungen, durch die die Luft zu den verschiedenen Räumen hin und aus ihnen heraus geführt wird, sind hoch. Die Leitungen benötigen Raum im Gebäude, was allgemein dazu führt, dass die Geschosshöhe sich vergrößert. Alle Fenster eines Gebäudes mit einem derartigen Zentralsystem müssen geschlossen bleiben, da ein Öffnen den Ein- und Ausfluss aus dem Gleichgewicht bringt, was sich negativ auf den Wirkungsgrad auswirkt.

Aus EP-A-1 153 250 ist ein Belüftungssystem bekannt, das in Türen und Fensterpfosten installiert werden kann.

Bekannte Belüftungssysteme verwenden platten- oder wabenartige Wärmetauscher, wobei die beiden Luftflüsse entweder im Kreuzfluss oder im Gegenstromfluss zu beiden Seiten einer dünnen Papier- oder Plastikfolie sind, durch die die Wärme fließt. Diese Anordnung, zusammen mit der Luftgeschwindigkeit, bestimmt die für den Wärmeaustausch erforderliche Energie, da der Wirkungsgrad und Druckabfall durch physikalische Gleichungen miteinander gekoppelt ist, so dass die wirtschaftlich beste Gestaltung es verlangt, dass für lokale Systeme der Elektrizitätsverbrauch gegen die Wärmeeinsparung abgewogen wird. Im zentral eingebauten Fall übersteigt der Elektrizitätsverbrauch die Wärmeeinsparung wegen des zusätzlichen Druckabfalls in den Leitungen bei Weitem.

In Gegenden mit kaltem Klima, wie beispielsweise in Kanada und Skandinavien, in denen die Verwendung von Wärmerückgewinnungsbelüftungssystemen besonders angezeigt ist, tritt bei plattenartigen Wärmetauschern das Problem des Einfrierens auf. Die warme und feuchte Brauchluft wird unter den Taupunkt gekühlt, und, immer noch im Plattenstapel, unter den Gefrierpunkt. Das entstehende Eis blockiert die Kanäle, so dass ein beständiges Abtauen erforderlich ist. Aus diesem Grund können diese Belüftungssysteme bei kaltem Wetter nicht zuverlässig verwendet werden. Es können diese Belüftungssysteme paradoxerweise also gerade dort nicht ohne weiteres verwendet werden, wo der Bedarf am größten ist.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Belüftungssystem vorzustellen, das einen angemessenen Wirkungsgrad aufweist, wobei die beschriebenen Probleme ausgeräumt oder zumindest vermindert sind.

Im Hinblick darauf ist das erfindungsgemäße Belüftungssystem gekennzeichnet durch Ausgleichsmittel zum Ausgleichen der Luftströme in den beiden Kanälen derart, dass die Wärmeübertragung maximiert ist.

Darüber hinaus ist aus der NL 9391439 ein Feindrahtwärmetauscher an sich bekannt. Ein derartiger Feindrahtwärmetauscher hat einen sehr hohen Wirkungsgrad.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass das Belüftungssystem diese tief greifenden Nachteile insbesondere in Gegenden mit kaltem Klima nicht aufweist, wenn ein Feindrahtwärmetauscher für das Belüftungssystem verwendet wird. Im Vorfeld durchgeführte Versuche zeigen, dass ein erfindungsgemäßes Belüftungssystem erst nach langer Zeit einfriert, während konventionelle Belüftungssysteme mit plattenartigen Wärmetauschern innerhalb weniger Minuten einfrieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belüftungssystems umfassen die Ausgleichsmittel:

  • – einen Ventilator, der in dem ersten Kanal angeordnet ist;
  • – einen Ventilator, der in dem zweiten Kanal angeordnet ist;
  • – zumindest vier Temperatursensoren, die in den Einlässen und Auslässen des ersten und zweiten Kanals angeordnet sind;
  • – eine Steuereinheit zum Vergleichen von ausgelesenen Werten der Temperatursensoren und zum Kontrollieren der Ventilatoren in dem ersten und zweiten Kanal derart, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und Auslass des ersten Kanals dem Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und Auslass des zweiten Kanals entspricht.

Diese Ausgleichsmittel sorgen für ein preisgünstiges System, das den Wirkungsgrad des Feindrahtwärmetauschers und dadurch die Wärmerückgewinnung maximiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belüftungssystems umfassen die Ausgleichsmittel:

  • – einen ersten doppelt wirkenden Zylinder, bei dem ein Kolben eine erste Kammer und eine zweite Kammer begrenzt;
  • – einen zweiten doppelt wirkenden Zylinder, bei dem der Kolben eine dritte Kammer und eine vierte Kammer begrenzt, wobei der Kolben des ersten Zylinders mit dem Kolben des zweiten Zylinders derart verbunden ist, dass, wenn die erste Kammer durch Verschiebung der Kolben vergrößert wird, die dritte Kammer ebenfalls vergrößert wird;
  • – einen Ausgleichsmittel-Auslass und einen Ausgleichsmittel-Einlass; und
  • – Steuermittel zum wechselweisen Verbinden des Ausgleichsmittel-Auslasses mit entweder der ersten Kammer oder der vierten Kammer, des Ausgleichsmittel-Einlasses mit entweder der zweiten Kammer oder der dritten Kammer, des ersten Kanals mit entweder der vierten Kammer oder der ersten Kammer, und des zweiten Kanals mit entweder der dritten Kammer oder der zweiten Kammer.

Dieses Ausgleichssystem ist besonders geeignet für Umgebungen, in denen ein starker Druckabfall zwischen der Außenluft und der Luft im Raum besteht. Ein derartiger Druckabfall kann beispielsweise entstehen durch windiges Wetter, beispielsweise an der See oder im Gebirge, oder durch hoch aufragende Gebäuden. Bei der Verwendung von Ventilatoren wird viel elektrische Energie allein deswegen benötigt, um diesen Druckabfall zu überwinden.

Die beiden doppelt wirkenden Zylinder stellen ein vollständig mechanisches Ausgleichssystem dar, das nur in minimalem Umfang elektrische Energie verbraucht. Das System kann nahezu ohne Wartung betrieben werden.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfassen die Ausgleichsmittel zumindest einen Ventilator, der in dem Ausgleichsmittel-Einlass, dem Ausgleichsmittel-Auslass, dem ersten Kanal oder dem zweiten Kanal angeordnet ist.

Der Ventilator stellt Energie zum Überwinden der Reibung zur Verfügung und stellt sicher, dass die mechanischen Ausgleichsmittel immer reversibel arbeiten.

Durch den Ventilator wird es auch möglich, das mechanische Ausgleichssystem zu betreiben, wenn es an einer Druckdifferenz zwischen der Außenluft und der Innenluft fehlt. Der Ventilator stellt immer einen Überdruck zur Verfügung, der die doppelt wirkenden Zylinder antreibt.

Anstatt eines Ventilators kann der Doppelkolben auch direkt angetrieben sein, beispielsweise von einem Linearmotor.

In noch einer weiteren Ausführungsform sind die Hauptabmessungen des Wärmetauschers an die Innenabmessungen eines Geschirrspülers angepasst. Auf diese Weise wird es dem Benutzer ermöglicht, das Belüftungssystem zu zerlegen und den Wärmeaustauscher einfach dadurch zu reinigen, dass er in einen Geschirrspüler gelegt wird.

Im Allgemeinen haben standardmäßige Geschirrspülmaschinen innere Hauptabmessungen von etwas weniger als 0,6 m. Die Hauptabmessungen des Wärmetauschers sind daher vorzugsweise kleiner als 0,55 m.

Die Erfindung betrifft auch die Kombination einer Fassade, eines Raums an der Innenseite der und in der Nähe der Fassade und einem erfindungsgemäßen Belüftungssystem, wobei der Einlass des ersten Kanals des Systems mit Außenluft an der Außenseite der Fassade verbunden ist und der Auslass mit der Luft in dem Raum verbunden ist und wobei der Einlass des zweiten Kanals mit der Luft in dem Raum verbunden ist und der Auslass mit der Außenluft verbunden ist.

Wegen seines hohen Wirkungsgrads und seines geringen Energieverbrauchs ist das erfindungsgemäße Belüftungssystem sehr geeignet, um in einzelnen Räumen verwendet zu werden. Dadurch sind lange Leitungen nicht mehr erforderlich und dem Benutzer wird es ermöglicht zu entscheiden, ob er das Fenster öffnen möchte oder nicht. Das Gleichgewicht anderer Belüftungssysteme in anderen Räumen wird dadurch nicht beeinflusst.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Belüftungssystem im Wesentlichen in der Fassade angeordnet. Auf diese Weise benötigt es nicht viel Raum und keine zusätzlichen Leitungen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine Ansicht im Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Belüftungssystems, das in einer Fassade angeordnet ist.

2 zeigt eine Querschnittsansicht des Wärmetauschers des Belüftungssystems der 1.

Die 3A und 3B zeigen schematische Ansichten einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Belüftungssystems.

1 zeigt ein Belüftungssystem 1, das in einer Fassade angeordnet ist, die aus einer Wand 2 und einem Fensterrahmen 3 besteht.

Das Belüftungssystem 1 umfasst einen Feindrahtwärmetauscher 4. In 2 ist ein Querschnitt dieses Wärmetauschers 4 gezeigt. Der Wärmetauscher 4 hat erste Kanäle 5 und zweite Kanäle 6. Die Wärme wird zwischen den ersten Kanälen 5 und den zweiten Kanälen 6 durch feine Drähte 7 ausgetauscht.

Luft AI aus dem Inneren des Raums, die benachbart der Fassade angeordnet ist, tritt durch die Öffnung 8 in den ersten Kanal 5 ein. In dieser Öffnung 8 ist ein Ventilator 9 angeordnet, der die Luft AI ansaugt. Die Luft AI wird dann durch den Wärmetauscher 4 geleitet und verlässt das Belüftungssystem durch die Öffnung 10.

Frische Außenluft AO tritt durch die Öffnung 11 in die zweiten Kanäle 6 des Wärmetauschers ein, in denen sie die Wärme von der Innenluft AI aufnimmt. Die erwärmte Frischluft AO wird dann mittels eines Ventilators 12 aus dem Belüftungssystem 1 geblasen.

Um die Flüsse von Innenluft AI und Außenluft AO im Gleichgewicht zu halten, sind die Ventilatoren 8, 12 gesteuert. Die Temperatur der Innenluft, die in den Wärmetauscher eintritt, wird gemessen genauso wie die Temperatur, wenn die Luft den Wärmetauscher 4 verlässt. Ebenfalls gemessen wird die Temperatur der Außenluft AO, die in den Wärmetauscher 4 eintritt, und die Temperatur der Außenluft AO, wenn sie den Wärmetauscher verlässt. Der Temperaturabfall der Innenluft AI sollte genauso groß sein wie der Temperaturanstieg der Außenluft AO. Wenn dieser Zustand erreicht ist, hat der Feindrahtwärmetauscher 4 seinen höchsten Wirkungsgrad. Dieser Zustand kann erreicht werden, indem beide Ventilatoren 8 und 12 gesteuert werden.

Die 3A und 3B zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Belüftungssystems 20. Das Belüftungssystem 20 umfasst einen ersten doppelt wirkenden Zylinder 21 mit einem Kolben 22. Der Kolben trennt den Zylinder 21 in eine erste Kammer 23 und eine zweite Kammer 24.

Das Belüftungssystem 20 weist weiterhin einen zweiten doppelt wirkenden Zylinder 25 mit einem Kolben 26 auf. Dieser Kolben trennt den Zylinder 25 in eine dritte Kammer 27 und eine vierte Kammer 28. Beide Kolben 22 und 26 sind miteinander verbunden. Die vier Kammern 23, 24, 27, 28 sind miteinander verbunden durch eine Reihe von Rohren 29, 30, in denen drei Ventile 31, 32, 33 angeordnet sind. In 3A sind die drei Ventile 31, 32, 33 in einer ersten Stellung.

Innenluft AI wird vom Ventilator 34 angezogen. Außenluft AO fließt durch den Wärmetauscher 35 und tritt in die erste Kammer 23 ein. Wegen der Antriebskraft des Ventilators und dem Druckunterschied zwischen der Außenluft AO und der Innenluft AI bewegen sich beide Kolben 22, 26 nach rechts. Aufgrund dieser Bewegung wird Luft aus der vierten Kammer 28 durch die Öffnung 36 in einen Raum herausgedrückt. Luft aus der zweiten Kammer 24 wird durch den Wärmetauscher 35 nach draußen gezwungen. Wenn die Kolben 22, 26 ihre äußere rechte Position erreichen, werden die Ventile 31, 32, 33 in ihre zweite, in 3B gezeigte Stellung gebracht. Innenluft AI wird nun in den zweiten Raum 24 gezwungen und Außenluft AO wird in den vierten Raum 28 gezogen. Wiederum aufgrund des Druckunterschieds bewegen sich die Kolben 22, 26 nun nach links. Die Innenluft AI, die in der dritten Kammer 27 gespeichert war, wird nun durch den Wärmetauscher 35 gezwungen. Die Außenluft AO, die in dem ersten Raum 23 gespeichert war, wird nun durch die Öffnung 36 zur Innenseite gedrückt.

Dieser Mechanismus stellt sicher, dass die beiden Luftflüsse im Gleichgewicht sind.


Anspruch[de]
Belüftungssystem zum Austauschen der Luft (AI) in einem Raum mit Außenluft (AO), wobei das System (1) einen Feindrahtwärmetauscher (4) mit einem ersten Kanal (5) und einem zweiten Kanal (6) umfasst, dessen Kanäle (5, 6) in Wärmeaustauschverbindung miteinander stehen, und wobei der erste Kanal (5) einen mit der Außenluft (AO) verbundenen Einlass (11) und einen mit der Luft in dem Raum verbundenen Auslass aufweist, und wobei der zweite Kanal (6) einen mit der Luft (AI) in den Raum verbundenen Einlass (8) und einen mit der Außenluft verbundenen Auslass (10) aufweist, gekennzeichnet durch, Ausgleichsmittel zum Ausgleichen der Luftströme in den beiden Kanälen (5, 6) derart, dass die Wärmeübertragung maximiert ist. Belüftungssystem (1) nach Anspruch 1, worin die Ausgleichsmittel umfassen

– einen Ventilator (9), der in dem ersten Kanal (5) angeordnet ist,

– einen Ventilator (12), der im zweiten Kanal (6) angeordnet ist,

– zumindest vier Temperatursensoren, die in den Einlässen und Auslässen des ersten und zweiten Kanals angeordnet sind;

– eine Steuereinheit zum Vergleichen von ausgelesenen Werten der Temperatursensoren und zum Kontrollieren der Ventilatoren in dem ersten und zweiten Kanal derart, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und Auslass des ersten Kanals dem Temperaturunterschied zwischen dem Einlass und Auslass des zweiten Kanals entspricht.
Belüftungssystem (20) nach Anspruch 1, worin die Ausgleichsmittel umfassen:

– einen ersten doppelt wirkenden Zylinder (21), wobei ein Kolben (22) eine erste Kammer (23) und eine zweite Kammer (24) begrenzt,

– einen zweiten doppelt wirkenden Zylinder (25), wobei der Kolben eine dritte Kammer (27) und eine vierte Kammer (28) begrenzt, wobei der Kolben (22) des ersten Zylinders (21) mit dem Kolben (26) des zweiten Zylinders (25) derart verbunden ist, dass wenn die erste Kammer (23) durch Verschiebung der Kolben (22, 26) vergrößert wird, die dritte Kammer (27) ebenfalls vergrößert wird;

– einen Ausgleichsmittel-Auslass und einen Ausgleichsmittel-Einlass;

– Steuermittel zum wechselweise Verbinden des Ausgleichsmittel-Auslasses mit entweder der ersten Kammer (23) oder der vierten Kammer (24), des Ausgleichsmittel-Einlasses mit entweder der zweiten Kammer (24) oder der dritten Kammer (27), des ersten Kanals (5) mit entweder der vierten Kammer (28) oder der ersten Kammer (23), und des zweiten Kanals (6) mit entweder der dritten Kammer (27) oder der zweiten Kammer (24).
Belüftungssystem (20) nach Anspruch 3, wobei die Ausgleichsmittel zumindest einen Ventilator (34) umfassen, der in dem Ausgleichsmittel-Einlass, dem Ausgleichsmittel-Auslass, dem ersten Kanal (5) oder dem zweiten Kanal (6) angeordnet ist. Belüftungssystem (20) nach Anspruch 3 oder 4, umfassend Antriebsmittel, wie einen Linearmotor, zum Antreiben der Kolben (22, 26). Belüftungssystem (1; 20) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hauptabmessungen des Wärmetauschers (4) kleiner als 0,55 m sind. Kombination einer Fassade, eines Raums an der Innenseite der und in der Nähe der Fassade und eines Belüftungssystems (1; 20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einlass des ersten Kanals (5) des Systems (1; 20) mit Außenluft an der Außenseite der Fassade verbunden ist und der Auslass mit der Luft in dem Raum verbunden ist, und wobei der Einlass des zweiten Kanals (6) mit der Luft in dem Raum verbunden ist und der Auslass mit der Außenluft verbunden ist. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Belüftungssystem (1; 20) im Wesentlichen in der Fassade angeordnet ist.






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