DE3229212C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftaustrittsvorrichtung für Lüf­ tungs- und Klimaanlagen unter Verwendung von regelbaren Schlitz­ auslässen mit parallel zu den Mittellinien der Schlitzauslässe exzentrisch gelagerten, drehbaren Walzen als Luftstrahlsteuer­ elemente.

Lüftungstechnische Anlagen werden mit dem Ziel eingebaut, die Hygiene und den Komfort in Aufenthaltsräumen, also die unmittel­ baren Umweltbedingungen, zu verbessern. Bei zunehmender Ener­ gieknappheit muß gleichzeitig ein minimaler Energieeinsatz Be­ rücksichtigung finden.

Es ist bekannt, daß bei herkömmlichen Klimaanlagen die Ventila­ torleistung am gesamten Energiebedarf erheblich beteiligt ist. Der Anteil der Ventilatorleistung kann bis zu 50% des Gesamt­ energiebedarfs betragen. Eine Einsparung an Ventilatorleistung ist jedoch nur dann möglich, wenn durch kleinere Volumenströme die Werte für die Aufbereitung (z. B. Temperaturdifferenzen für Kühl- und Heizlast) der Zuluft erhöht werden. Zu beachten ist jedoch hierbei, daß die physikalischen Komponenten wie Luft­ temperatur, Bewegungsintensität der Luft, Luftfeuchtigkeit und Luftreinheit innerhalb der Behaglichkeitsgrenzen bleiben. Hieraus ergeben sich Probleme, bei deren Lösung den Luftaus­ lässen eine maßgebliche Bedeutung zukommt. Wie die Erfahrungen und Entwicklungen der letzten Jahre gezeigt haben, kann mit den herkömmlichen tangentialen Raumluftführungssystemen eine Verringerung des Leistungsbedarfs bei gleichzeitiger genügender Aufbereitung der Zuluft unter Beachtung der Behaglichkeits­ grenzen nicht erreicht werden. Ein tangentiales Luftführungs­ system bildet einen ebenen, sich an eine beliebige Raumwand an­ legenden Luftstrahl, beispielsweise mit Linear- oder Radialaus­ lässen, welche entsprechende Raumluftwalzen erzeugen.

Die bisher eingesetzten Luftauslässe bewirken in Abhängigkeit von der Einbausituation, von der Luftstrahlrichtung und der Raumgeometrie Zugerscheinungen, hervorgerufen durch zu hohe Luftgeschwindigkeiten in der Aufenthaltszone. So wird zwar mit der Vorrichtung nach dem DE-GM 68 06 327 zur besseren Luftver­ teilung der Zuluft ein Drall mit entsprechender Luftinduktion erzielt, was auch für eine Vorrichtung nach dem DE-GM 17 52 158 gilt; ein zufriedenstellendes Verhältnis von axialer Geschwin­ digkeit zur Umfangsgeschwindigkeit ist aber mit beiden vorbe­ kannten Vorrichtungen nicht erreichbar. Wird die Luftgeschwin­ digkeit herabgesetzt, ergibt sich durch geringen Impulsfluß (Massenstrom der Luft multipliziert mit der Geschwindigkeit) eine Sektorenbildung von kalter und warmer Luft, die ebenfalls zu Zugerscheinungen führt. Mit dem regelbaren Schlitzauslaß nach der DE-PS 27 39 370 ist es möglich, infolge einer Zirku­ lationsbewegung eine Strahlumlenkung von mehr als 180° und einen schnellen Abbau der Austrittsgeschwindigkeit zu erreichen, was für eine zugfreie Belüftung von großer Bedeutung ist. Um mit höheren Temperaturdifferenzen der Zuluft zu arbeiten und deren Volumenstrom zu reduzieren, bedarf es aber zusätzlicher Maßnahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftaustritts­ vorrichtung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, mit der die Strahlgeschwindigkeit in der Aufenthaltszone bewohnter Räume durch besonders intensive Luftinduktion bereits inner­ halb der Luftaustrittsvorrichtung so verringert wird, daß sie unterhalb der in der DIN 1946 angegebenen einschlägigen Grenz­ werte liegen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzauslaßelemente mit ihren Auslaßöffnungen zur Bil­ dung einer kreisförmigen Ausblaswirbelkammer in regelmäßiger Aufteilung und mit gleichen Abständen von einer gemeinsamen Zentrumsachse verteilt derart angeordnet sind, daß die Mittel­ linien der Schlitzauslaßelemente parallel zu der gemeinsamen Zentrumsachse verlaufen.

Mit der erfindungsgemäß gestalteten Luftaustrittsvorrichtung werden an jedem der Schlitzauslässe Strahlumlenkungen um 90° in zwei Richtungen ermöglicht. Dadurch wird die Zuluft inner­ halb der Ausblaswirbelkammer mit einem Drall versehen, der dazu führt, daß zusätzlich Raumluft in das Wirbelkammerzentrum gesaugt wird. Die Raumluft vermischt sich innerhalb der Wir­ belkammer mit der Zuluft. Dieser Primärinduktion folgt eine Sekundärinduktion beim Austritt der mit Raumluft gemischten Zuluft aus der Wirbelkammer. Beim Austritt aus der Wirbelkammer hat das aus Zuluft und Raumluft bestehende Gemisch ebenfalls eine starke Rotationskomponente, die dann zu der Sekundärin­ duktion führt. Durch die in der Wirbelkammer erzielte hohe Primärinduktion wird es gegenüber bekannten Systemen ermög­ licht, mit höheren Temperaturdifferenzen der Zuluft zu arbei­ ten. Dadurch kann der Volumenstrom der Zuluft reduziert werden, was gleichbedeutend mit einer Leistungsersparnis am Ventilator ist.

Die Schlitzauslaßöffnungen können sowohl nach innen als auch nach außen gerichtet sein, so daß sich im ersten Fall eine säulenförmige Ausblaswirbelkammer ergibt, während bei radial auswärts gerichteten Schlitzauslaßöffnungen in Verbindung mit einem Lenkschirm eine ringförmige Wirbelkammer entsteht. Bei einer säulenförmigen Wirbelkammer tritt also die Zuluft radial von außen nach innen durch die Schlitzauslässe in die säulen­ förmige Wirbelkammer ein, während bei radial nach außen wei­ senden Schlitzauslässen die Zuluft zentral zugeführt und durch die Schlitzauslässe radial auswärts in die ringförmige Wirbel­ kammer eintritt.

Merkmale zur vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungs­ gegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung rein schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigt

Abb. I eine Luftaustrittsvorrichtung mit zentral nach innen gerichteten Auslaßschlitzen;

Abb. II den Strömungsverlauf von Zu- und Raumluft der Vorrichtung gem. Abb. I;

Abb. III die Anordnung einer höhenverstellbaren Trennscheibe für eine säulenförmige Wirbel­ kammer;

Abb. IV die Anordnung einer Lochblechscheibe am äußeren Ende der Wirbelkammer;

Abb. V die Anordnung einer Ringstauscheibe am äußeren Ende der Wirbelkammer;

Abb. VI die schematische Darstellung verschiedener Austrittsrichtungen des drallbehafteten Luftstrahls nach der Primärinduktion aus der säulenförmigen Wirbelkammer;

Abb. VII die Anordnung der Schlitzauslässe mit radial nach außen weisenden Öffnungen zur Bildung einer ringförmigen Ausblaswirbelkammer;

Abb. VIII die schematische Darstellung des Strömungsver­ laufs der Zuluft durch die Schlitzauslässe gem. Vorrichtung nach Abb. VII und den Ver­ lauf der Primärinduktion durch angesaugte Raumluft;

Abb. IX die Anordnung einer mit Durchlaßöffnungen ver­ sehenen Scheibe zur Regelung der zentralen Zuströmung von Zuluft unmittelbar in die säu­ lenförmige Ausblaswirbelkammer.

Gemäß Abb. I sind auf einer ringförmigen Tragplatte 1 mit einem zylindrischen Einsatz 2 mehrere Schlitzauslaßele­ mente 3 sternförmig so angeordnet, daß ihre Auslaßöffnungen 4 radial nach innen weisen.

Innerhalb der Schlitzauslaßelemente 3 sind verstellbare Walzen 5 angeordnet, welche durch ihre Umströmung infolge des Coanda-Effekts eine Strahlumlenkung an der Walze ermög­ lichen. Durch die gehäuseartige Einfassung aller Auslaß­ öffnungen 4 wird die gesamte Zuluft in eine säulenförmige, durch den Einsatz 2 gebildete Wirbelkammer 6 geführt. In dieser legen sich, wenn die Walzen 5 so eingestellt sind, daß die Strahlumlenkungen in allen Auslaßöffnungen 4 gleichgerich­ tet sind, die aus den Öffnungen 4 austretenden Luftstrahlen an die Wandung des Einsatzes 2 an und führen zu einer Drallbe­ wegung 7 der gesamten, aus allen Schlitzauslaßelementen 3 aus­ tretenden Zuluft. Dieser Drall ist der Richtung der einzelnen aus den Schlitzauslaßelementen 3 austretenden Luftstrahlen 8 entgegengesetzt gerichtet. Die eigentliche Schlitzauslaßebene 9 eines jedes Schlitzauslaßelements 3 befindet sich nicht in der Ebene der Auslaßöffnungen 4, sondern in Strömungsrichtung der Zuluft vor den Walzen 5.

Bei einer Änderung der Stellung der Walzen 5 kann die Ablen­ kung soweit geändert werden, daß sie entgegengesetzt zur dar­ gestellten Umlenkung der Luftstrahlen 8 gerichtet ist.

Die Luftauslaßelemente 3 sind an ihrem äußeren Umfang durch ein Gehäuse 10 (Abb. II) umgeben und nach oben durch eine Platte 11 als oberer Abschluß der Wirbelkammer 6 abgedeckt. Die Zuluft 12 gelangt vom Einlaß 13 an die radiale Außenseite der Schlitzauslaßelemente 3, durchströmt diese in radialer Richtung nach innen und erhält durch die Walzen 5 einzelne Drallkomponenten, die innerhalb der Wirbelkammer 6 zu einem Gesamtdrall 7 der bewegten Luftmenge führen. Dabei entsteht im Kern des Dralls ein Unterdruck, der zu einem Ansaugen von Raumluft 14 führt, welche innerhalb der Wirbelkammer 6 der Zuluft beigemischt wird. Dieser Vorgang kann als Primärin­ duktion innerhalb der Wirbelkammer 6 bezeichnet werden. Die drallförmig bewegte Luftmenge 7 tritt mit einer Umlenkung bis zu 90° aus der Wirbelkammer aus.

Der Raum zwischen dem Gehäuse 10 und den Schlitzauslaßele­ menten 3 bzw. der Wirbelkammer 6 bildet die Zuluftkammer 15.

Zusätzlich zur Verstellung der Walzen 5 als Luftlenkelemente zur Richtungsänderung der rotationssymmetrischen Drallbewe­ gung 7 von vertikaler in horizontaler Richtung mit beliebi­ gen Ausblaswinkeln, wie dies insbesondere in Abb. VI darge­ stellt ist, können eine in Längsrichtung der Wirbelkammer 6 höhenverstellbare Trennscheibe 16, Abb. III, eine am äußeren Ende der Auslaßwirbelkammer angeordnete Lochblechscheibe 17, Abb. IV, sowie eine gleichfalls am äußeren Ende der Auslaß­ wirbelkammer angeordnete Ringstauscheibe 18, Abb. V, vorgese­ hen sein.

Mit Hilfe der verstellbaren Trennscheibe 16 kann die Wirbel­ kammer 6 verkleinert und damit die axiale Ausströmgeschwindig­ keit verringert werden.

Ein bislang physikalisch nicht eindeutig geklärtes Phänomen von Drallströmungen ist die Tatsache, daß Drallströmungen mit Druckanstieg entlang der Achse abrupt "aufplatzen" können, d h., daß der verdrallte Luftstrahl 7, der die Wirbelkammer 6 verläßt, bei Druckanstieg in Austrittsrichtung nicht in Rich­ tung der Achse der Wirbelkammer, sondern radial, also senkrecht zur Achse der Wirbelkammer, abströmt.

Die Lochblechscheibe 17 bewirkt eine plötzliche Auflösung (Auf­ platzen) der Drallbewegung 7 infolge eines Druckanstiegs in Strömungsrichtung. Eine Auflösung des Wirbels durch eine Wider­ standserhöhung in Strömungsrichtung kann auch zusätzlich mit der Ringstauscheibe 18 oder durch eine diffusorartige Erwei­ terung des Austrittsquerschnitts der Wirbelkammer erreicht werden.

Es gibt durch Einzelanwendung der vorgenannten Möglichkeiten bzw. in Kombination miteinander zahlreiche Eingriffsmöglich­ keiten zur Steuerung der aus der Wirbelkammer austretenden Drallbewegung 7.

Bei der Ausführungsform nach den Abb. VII und VIII sind die baulichen Verhältnisse im Vergleich zu der Ausfüh­ rungsform nach den Abb. I und II umgekehrt gestaltet, die physikalischen Wirkungen sind jedoch unter kinetischer Umkehrung die gleichen. Die Zuluftkammer 15 ist zentral säu­ lenförmig gestaltet, wogegen die Wirbelkammer 6 ringförmig ausgebildet ist. Die einzelnen Luftauslaßelemente 3 sind wieder sternförmig, jedoch mit ihren Auslaßöffnungen 4 radial nach außen gerichtet. Die Platte 11 zur Abdeckung der Wirbel­ kammer 15 liegt nunmehr an deren unterem, d. h. dem zu belüf­ tenden Raum zugewandtem Ende. Die Wirbelkammer 6 ist von einem Ablenkschirm 24 umfaßt. Dieser ist in Richtung der Doppelpfeile 19 höhenverstellbar ausgebildet und kann an den den Luftauslaß­ elementen 3 zugewandten Seiten mit einem schalldämpfenden Material 20 ausgekleidet sein. Dadurch wird eine hohe Luftstrahl­ austrittsgeschwindigkeit aus den Öffnungen der Auslaßelemente 3 ermöglicht und ein breites Einsatzspektrum gewährleistet. Diese Anordnung erlaubt es, schalldämmende Maßnahmen im Bereich des Luftstrahls nach seinem Austritt aus den Auslaßöffnungen zu ergreifen. Unterschiedliche Dämmstoffe gestatten es, den viel­ fältigsten akustischen Anforderungen gerecht zu werden, ohne auf lufttechnische Erfordernisse Rücksicht nehmen zu müssen.

Zusätzlich zu den in den Abb. III bis V gezeigten Maß­ nahmen kann durch die Verwendung von Lochblechscheiben 23 (Abb. IX) in Verbindung mit entsprechenden Öffnungen am zu­ luftseitigen Ende der Wirbelkammer 6 eine Zentralstrommengen­ regulierung vorgenommen werden. Durch die Lochblechscheiben 17 kann die Zuluftkammer 15 über Lochöffnungen mit der Wir­ belkammer 6 verbunden werden, so daß drallfreie Luftstrah­ len durch die Öffnungen axial in die Wirbelkammer eintre­ ten und die Drallstärke und damit die Richtung des Luft­ strahls beeinflussen.

Claims (10)

1. Luftaustrittsvorrichtung für Lüftungs- und Klimaanlagen unter Verwendung von regelbaren Schlitzauslässen mit paral­ lel zu den Mittellinien der Schlitzauslässe exzentrisch ge­ lagerten, drehbaren Walzen als Luftstrahlsteuerelemente, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schlitzauslaßelemente (3) mit ihren Auslaßöffnungen (4) zur Bildung einer kreisförmigen Ausblaswirbelkammer (6) in regelmäßiger Aufteilung und mit gleichen Abständen von einer gemeinsamen Zentrumsachse ver­ teilt derart angeordnet sind, daß die Mittellinien der Schlitzauslaßelemente (3) parallel zu der gemeinsamen Zentrums­ achse verlaufen.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaswirbelkammer (6) hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Schlitzauslaßöffnungen (4) nach innen auf die gemein­ same Zentrumsachse gerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblaswirbelkammer (6) ringförmig ausgebildet und die Schlitzauslaßöffnungen (4) in deren innerer Mantelfläche angeordnet und radial auswärts gerichtet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Volumenstroms eine die Ausblaswirbelkammer (6) unterteilende Trennscheibe (16) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Luftstrahllenkung eine Ring­ stauscheibe (18) in Luftströmrichtung hinter der Ausblas­ ebene der Ausblaswirbelkammer (6) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Strahlrichtung und des Volumenstroms ein in Richtung der Längsachse der Ausblaswirbelkammer verstellbarer Lenkschirm (24) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß der Lenkschirm (24) mit schalldämpfendem Material (20) ausgekleidet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, ge­ kennzeichnet durch mehrere hinter einem Schlitzauslaß ver­ stellbar angeordnete Walzen.

9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drallkomponente (7) durch ein die zentrale Zuströmung in die Ausblaswirbelkammer (6) re­ gelndes Element steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, gekennzeichnet durch eine drehbare, mit Öffnungen versehende Scheibe (23) am inneren Ende der Ausblaswirbelkammer (6).