DE10027620B4

DE10027620B4 - Ventilation system and method for ventilating a room

Info

Publication number: DE10027620B4
Application number: DE10027620A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: DE10027620A1

Abstract

Lüftungssystem für einen Raum, umfassend in dem Raum angeordnete und Primärluft durch Zuluftstrahlen in Richtung eines sich im Raum ausbildenden Torus in den Raum einblasende Düsen, wobei aufgrund der eingeblasenen Zuluftstrahlen der Primärluft in dem Raum ein sekundärer Luftstrom in Form des Torus entsteht, wobei durch die Zweiteilung der Zuluftstrahlen ein wärmerer Primärluftstrahl und ein kälterer Primärluftstrahl eingeblasen wird, wobei die Düsen für den kälteren Primärluftstrahl so angeordnet sind, dass diese in den Raum von verschiedenen Seiten jeweils den kälteren Primärluftstrahl einblasen, der den Torus an einer Oberseite tangiert, und die Düsen für den wärmeren Primärluftstrahl so angeordnet sind, dass diese in den Raum von verschiedenen Seiten jeweils den wärmeren Primärluftstrahl einblasen, der den Torus an einer Unterseite tangiert, und wobei der kältere Primärluftstrahl und der wärmere Primärluftstrahl zu einem Spin im Torus führen.Ventilation system for a room, comprising arranged in the room and primary air by supply air in the direction of forming in space torus in the space blowing nozzles, wherein due to the injected supply air jets of the primary air in the room a secondary air flow in the form of the torus arises, said Dividing the Zuluftstrahlen a warmer primary air jet and a colder primary air jet is blown, wherein the nozzles for the colder primary air jet are arranged so that they blow into the space from different sides each of the colder primary air jet, which touches the torus on an upper side, and the nozzles for the warmer primary air jet are arranged to inject into the space from different sides each the warmer primary air jet tangent to the torus at an underside, and wherein the colder primary air jet and the warmer primary air jet result in a spin in the torus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüftungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Belüften eines Raumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a ventilation system according to the preamble of claim 1 and a method for aerating a room according to the preamble of claim 7.

Aus der DE 590 879 A sind Düsenanordnungen zum Einblasen von Luft in Innenräume bekannt.From the DE 590 879 A are known nozzle arrangements for blowing air into interiors.

Ferner beschreibt der Artikel von STRAUB, HAROLD E.: ”Principles of Room Air Distribution” in: Heating, Piping & Air Conditioning, April 1969, Seiten 122 bis 128, Möglichkeiten der Luftverteilung in Innenräumen.Furthermore, the article by STRAUB, HAROLD E: "Principles of Room Air Distribution" in: Heating, Piping & Air Conditioning, April 1969, pages 122 to 128, describes possibilities of indoor air distribution.

Für den sehr großen Konzertsaal (2.500 Besucher) im Festspielhaus Baden-Baden wurde ein hierfür entwickeltes Lüftungssystem die ”Torus-Strahllüftung” eingesetzt.For the very large concert hall (2,500 visitors) in the Festspielhaus Baden-Baden, a ventilation system developed for this purpose, the "Torus Jet Ventilation" was used.

Durch an den Saalwänden angeordnete Zuluftdüsen wird Primärluft horizontal eingeblasen und zwar so, dass ein sekundärer Luftstrom in Form eines Torus mit senkrechter Achse entsteht, der sich im Raum dreht und von den an den Wänden angeordneten Düsen angeregt und in Form gehalten wird (Bild 1). Die Größe des Torus, Drehgeschwindigkeit und Lage wird durch die Stellung der Düsen beeinflusst. Diese Düsen werden durch eine Regel- und Steuerungsanlage automatisch verstellt. Die Vorteile gegenüber konventionellen Lüftungssystemen sind groß, insbesondere:

1. Zwischen den einzelnen Raumbereichen findet ein Temperaturausgleich statt, der einen partiellen thermischen Auftrieb oder Abfall unterdrückt, und damit Zugerscheinungen vor allem im Bühnenbereich verhindert.
2. Die Luftströmung im Raum ist unter allen Belastungszuständen, ohne diese kennen zu müssen, zu kontrollieren und zu stabilisieren.
3. Das System ist besonders geeignet für hohe Räume, bei denen die sekundären durch Thermik entstehenden Strömungen kaum kontrolliert werden können.

By arranged on the hall walls supply air primary air is blown horizontally in such a way that a secondary air flow in the form of a torus with a vertical axis, which rotates in space and is excited by the arranged on the walls of nozzles and kept in shape (Figure 1) , The size of the torus, rotational speed and position is influenced by the position of the nozzles. These nozzles are automatically adjusted by a control system. The advantages over conventional ventilation systems are great, in particular:

1. Between the individual room areas, a temperature compensation takes place, which suppresses a partial thermal buoyancy or waste, and thus prevents drafts, especially in the stage area.
2. The air flow in the room is under all load conditions without having to know, control and stabilize them.
3. The system is particularly suitable for high-ceilinged rooms where the secondary thermal currents can hardly be controlled.

Die Torus Strahllüftung hat, wie alle lüftungstechnischen Systeme in großen Räumen das Problem, dass sowohl die Temperaturdifferenz zwischen eingeblasener Luft und Raumluft wie auch der Luftwechsel selbst begrenzt ist. Eine hohe Temperaturdifferenz ist aber erwünscht, weil die abgeführte Wärmemenge dann auch entsprechend hoch ist und die transportierte Luftmenge reduziert. Wird aber Luft eingeblasen, die in der Temperatur deutlich niederer als die der Raumluft ist, fällt diese kühle Luft (wie ein Stein ähnlich einer Wurfparabel) in den Zuschauer- oder Vorbühnenbereich. Dies geschieht bei der Torus-Strahllüftung nur dann, wenn der einzelne Luftstrahl nicht durch den nächsten induziert wird, der ihn umlenkt, wieder beschleunigt und in der Summe mit der Sekundärluft als Torus in Lage und Rotation hält. Bei konventionellen Systemen ist ein derartiger Effekt nicht gegeben und daher bei höheren Temperaturdifferenzen nicht ohne unkontrollierte Luftströmung einsetzbar. Ein Nachteil dieses Systems ist, dass die durch die Düsen tangential in den Torus eingeblasene Luft durch die Geschwindigkeit des sich drehenden Torus einen Impuls weg von der Torusachse also nach außen erhält, wodurch die äußere Begrenzung des Torus durch jeden Strahl nach außen verzerrt wird und unter Umständen Wände oder die Zuschauerreihen der Ränge wegen des Coanda-Effektes den Freistrahl zum Wandstrahl umwandeln, dies verändert den Torus, was zu Zugerscheinungen im Zuschauerbereich führt (Bild 2).Torus jet ventilation, like all ventilation systems in large rooms, has the problem that both the temperature difference between injected air and room air and the air exchange itself are limited. However, a high temperature difference is desirable because the dissipated amount of heat is then also correspondingly high and reduces the amount of air transported. But if air is blown in, which is much lower in temperature than that of the room air, this cool air (like a stone similar to a throw parabola) falls in the audience or Vorbühnenbereich. This happens in Torus jet ventilation only when the single air jet is not induced by the next, which redirects it, accelerates again and keeps in the sum with the secondary air as a torus in position and rotation. In conventional systems, such an effect is not given and therefore can not be used at higher temperature differences without uncontrolled air flow. A disadvantage of this system is that the air injected through the nozzles tangentially into the torus receives an impulse away from the torus axis by the speed of the rotating torus, thus distorting the outer boundary of the torus to the outside by each beam Due to the Coanda effect, walls or the row of spectators of the ranks transform the free jet into a wall jet, which changes the torus, causing drafts in the spectator area (Fig. 2).

Ausgehend von diesem von dem Festspielhaus Baden-Baden bekannten Lüftungssystem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Lüftungssystem so zu verbessern, dass eine bessere Belüftung des Raums erreicht wird.Starting from this known from the Festspielhaus Baden-Baden ventilation system, the invention has the object to improve such a ventilation system so that a better ventilation of the room is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lüftungssystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Belüften eines Raumes gemäß Anspruch 7 gelöst.This object is achieved by a ventilation system according to claim 1 and a method for ventilating a room according to claim 7.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Lüftungssystems sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6 und weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 8 bis 13.Further advantageous developments of the ventilation system are subject matter of claims 2 to 6 and further advantageous developments of the method are the subject of claims 8 to 13.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Zuluftdüsen wird der Luftstrahl so stabilisiert, dass auch mit höheren Temperaturdifferenzen und unveränderter Ausblasgeschwindigkeit die erforderliche Wurfweite erreicht wird.Due to the construction according to the invention of the supply air nozzles of the air jet is stabilized so that even with higher temperature differences and unchanged blowing speed, the required throwing distance is achieved.

Gleichzeitig wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Stabilität des Torus verbessert und die Verzerrung der äußeren Begrenzung vermindert.At the same time, in the solution according to the invention, the stability of the torus is improved and the distortion of the outer boundary is reduced.

Das erfindungsgemäße Lüftungssystem ist insbesondere durch die Zweiteilung der einzelnen Zuluftstrahlen der Düsen in einen warmen und kalten Strahl gekennzeichnet.The ventilation system according to the invention is characterized in particular by the division of the individual supply air jets of the nozzles into a warm and cold jet.

Besonders vorteilhaft ist die Einstellung der beiden Strahlen zueinander, indem sie in der horizontalen und in der vertikalen Ebene relativ zueinander in einem Winkel zwischen 10°....20° horizontal und bis 35° vertikal divergieren. Der wärmere Strahl tangiert den Torus an der Unterseite und gelangt zur inneren Begrenzung des Torus, der kältere an der Oberseite zu seiner äußeren Begrenzung.Particularly advantageous is the setting of the two beams to each other by diverge in the horizontal and in the vertical plane relative to each other at an angle between 10 ° .... 20 ° horizontally and 35 ° vertically. The warmer jet tangents the torus at the bottom and reaches the inner boundary of the torus, the colder at the top to its outer boundary.

Wegen ihrer unterschiedlichen Temperatur zum Raum und wegen des Coanda-Effektes treffen sich die Strahlen nach dem Queren des Torus, also nach Umfassung dessen so, dass sie diesen bei ihrem Zusammentreffen in Drehung versetzen. Der Torus erhält dadurch einen Spin gegen den Uhrzeigersinn ähnlich eines sich mehrfach drehenden Möbiusbandes (Bild 3).Because of their different temperature to the space and because of the Coanda effect, the rays meet after the crossing of the torus, so after encircling it so that they put this in their encounter in rotation. The torus thus receives a spin counterclockwise similar to a Möbius strip rotating several times (Figure 3).

Die Flugbahnen der Strahlen lassen sich durch eine empirische Gleichung nach Regenscheit berechnen.The trajectories of the rays can be calculated by an empirical equation according to Regenscheit.

Der wärmere Strahl wird mit geringerer Luftmenge aber höherer Geschwindigkeit relativ zum kälteren ausgeblasen. Durch diese Maßnahme wird der am Vereinigungspunkt absinkende kältere Strahl wieder nach oben gelenkt, was zu einer größeren Wurfweite führt (Diagramm). Der Torus wird wegen der beiden Strahlen, die auf den entgegengesetzten Seiten des Torus diesen umfassen, in seiner horizontalen Lage nicht verändert aber erhält einen Spin gegen den Uhrzeigersinn (bei einer von oben gesehenen Drehung des Torus im Uhrzeigersinn).The warmer jet is blown out with less air but higher velocity relative to the colder one. By this measure, the colder jet sinking at the merging point is directed upwards again, which leads to a greater throwing distance (diagram). The torus is not changed in its horizontal position because of the two rays that comprise it on the opposite sides of the torus, but receives a spin counterclockwise (in a clockwise rotation of the torus seen from above).

Die Teilung der beiden divergierend eingestellten Düsen mit separater Temperaturregelung führt gegenüber der ursprünglichen Ausführung zu folgenden Vorteilen:

1. Die horizontale Ausdehnung und Lage bleibt auch bei unterschiedlicher Wärmelast unverändert, eine Verzerrung an der äußeren Begrenzung wird verhindert, so dass Wände oder Zuschauerreihen der Ränge wegen des Coanda-Effektes den Torus nicht vom Freistrahl zum Wandstrahl umwandeln.
2. Der Torus erhält einen einstellbaren Spin gegen den Uhrzeigersinn, der den Auftrieb der Raumluft (als Abluft) im Zentrum des Torus unterstützt und durch die einstellbare Temperaturdifferenz der beiden Strahlen verändert werden kann.
3. Die Torus-Strahllüftung kann so für noch größere Räume und mit höherer spezifischer Wärmelast eingesetzt werden.
4. Die Ausblasgeschwindigkeiten können reduziert werden, was akustische Vorteile bringt.

The division of the two diverging nozzles with separate temperature control leads to the following advantages compared to the original design:

1. The horizontal extent and position remains unchanged even at different heat load, a distortion at the outer boundary is prevented, so that walls or rows of seats of the ranks because of the Coanda effect does not transform the torus from the free jet to the wall jet.
2. The torus receives an adjustable spin counterclockwise, which supports the buoyancy of the room air (as exhaust air) in the center of the torus and can be changed by the adjustable temperature difference of the two beams.
3. The torus jet ventilation can be used for even larger rooms and with a higher specific heat load.
4. The blow-off speeds can be reduced, which brings acoustic benefits.

Entwickelt wurde die Torus-Strahllüftung für große insbesondere hohe Räume, an die akustisch und bezüglich Zugfreiheit hohe Anforderungen gestellt werden und nutzungsbedingt in den einzelnen Bereichen unterschiedliche Wärmelasten haben. Dies ist besonders bei Konzert- und Opernsäälen der Fall weil dort:

1. Die Anforderungen aus akustischen Gründen besonders hoch sind.
2. Konventionelle Lüftungssysteme im Vorbühnenbereich einen abfallenden Kaltluftstrom verursachen, der insbesondere bei hochwertigen Konzerten zu Zugerscheinungen im Bereich der Interpreten führt. Die Vermeidung dieser Zugerscheinung im Bühnenbereich war ursprünglich Hauptgrund bei der Entwicklung der Torus-Strahllüftung.
3. Die spezifischen Investitionskosten sind niederer als bei konventionellen Systemen (Strahl- und Quelllüftung).
4. Auf Raumströmungsversuche kann weitgehend verzichtet werden.

Torus jet ventilation was developed for large rooms, especially those with high ceilings, where high demands are placed on acoustics and freedom from drafting and, due to their use, have different heat loads in the individual areas. This is especially the case with concert and opera halls because there:

1. The requirements for acoustic reasons are particularly high.
2. Conventional ventilation systems in the pre-stage area cause a falling stream of cold air, which leads to drafts in the interpreters, especially in high-quality concerts. The avoidance of this drafts in the stage area was originally the main reason for the development of the torus jet ventilation.
3. The specific investment costs are lower than with conventional systems (jet and source ventilation).
4. Space flow experiments can be largely dispensed with.

Mit der Weiterentwicklung zur Spin-Torus-Strahllüftung wird das Problem der Zugerscheinungen auch im Zuschauerbereich insbesondere im Bereich der Ränge gelöst, weil die Verzerrung des Torus an dessen äußerer Begrenzung, die bei besonderen Luft- und Temperaturzuständen entstehen, verhindert wird.With the further development of the spin-torus jet ventilation, the problem of drafts is also solved in the spectator area, especially in the ranks, because the distortion of the torus at its outer boundary, which arise in particular air and temperature conditions, is prevented.

Wie schon ausgeführt, ist diese Art der Lüftung für hohe Räume entwickelt und so ist das Verhältnis von Höhe zur Breite eines Raumes Entscheidungskriterium für den Einsatz dieses Systems. Die lüftungstechnisch nutzbare Höhe eines Raumes muss mindestens 25% der Raumbreite plus 3 m betragen, da die Ausbildung des Torus als Freistrahl nur dann erfolgt, wenn er nicht wegen des Coanda-Effektes zum Wandstrahl wird, was zu erheblichen Zugerscheinungen führen würde. Zur Ausbildung des Torus sind mindestens 3 Doppeldüsen notwendig, ohne obere Begrenzung (der Düsenanzahl). Die günstigste Anzahl der Düsen ergibt sich aus der Form des Saales.As already mentioned, this type of ventilation is designed for high rooms and so the ratio of height to width of a room is a decision criterion for the use of this system. The usable ventilation height of a room must be at least 25% of the room width plus 3 m, since the formation of the torus as a free jet only occurs if it does not because of the Coanda effect to the wall jet, which would lead to significant drafts. To form the torus at least 3 double nozzles are necessary, without upper limit (the number of nozzles). The cheapest number of nozzles results from the shape of the hall.

Claims

Ventilation system for a room, comprising arranged in the room and primary air by supply air in the direction of forming in space torus in the space blowing nozzles, wherein due to the injected supply air jets of the primary air in the room a secondary air flow in the form of the torus arises, said Dividing the Zuluftstrahlen a warmer primary air jet and a colder primary air jet is blown, wherein the nozzles for the colder primary air jet are arranged so that they blow into the space from different sides each of the colder primary air jet, which touches the torus on an upper side, and the nozzles for the warmer primary air jet are arranged to inject into the space from different sides each the warmer primary air jet tangent to the torus at an underside, and wherein the colder primary air jet and the warmer primary air jet result in a spin in the torus.

Ventilation system according to claim 1, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet diverge relative to each other with respect to a horizontal plane.

Ventilation system according to claim 2, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet diverge relative to the horizontal plane in an angular range of 10 ° to 20 ° to each other.

Ventilation system according to one of the preceding claims, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet diverge relative to each other with respect to a vertical plane.

Ventilation system according to claim 4, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet relative to the vertical plane diverge relative to each other at an angle of up to 35 °.

Ventilation system according to one of the preceding claims, characterized in that the warmer primary air jet emerges with a smaller amount of air than the colder primary air jet.

A method for ventilating a room in which a primary air flow in the form of a torus is generated by blowing primary air in the space, wherein in the space from different sides in each case a colder primary air jet is blown, which affects the torus on an upper side, and in each case a warmer primary air jet is injected, which contacts the torus on an underside, and wherein the colder primary air jet and the warmer primary air jet in the torus generate a spin.

A method according to claim 7, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet are injected from the side of a wall of the space in this.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet are blown relative to each other divergently relative to a horizontal plane.

A method according to claim 9, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet are blown relative to each other in relation to the horizontal plane in an angular range of 10 ° to 20 °.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet with respect to a vertical plane are injected relative to each other diverging to each other.

A method according to claim 11, characterized in that the warmer primary air jet and the colder primary air jet relative to the vertical plane relative to each other at an angle up to 35 ° are divergently blown.

Method according to one of claims 7 to 12, characterized in that the warmer primary air jet is blown with a smaller amount of air than the colder primary air jet.