| JP11287483 | DEVICE FOR INSTALLING SEPARATE-TYPE AIR CONDITIONER |
| JP05099527 | MICROWAVE HEATING DEVICE |
| JP2000346405 | ICE THERMAL STORAGE VACUUM COOLING UNIT |
| 1. | Vorrichtung zum Behandeln und Gewinnen von Frischluft m einer Luftfordereinrichtung, die m einem Bett {22, 24, 26} aus Feststoffpartikeln unter einer Grenzflache zum freien Luftraum angeordnet ist, umfassend: einen Luftsammelschacht (1); und eine Luftabsaugleitung (5) , die mit dem Luftsammelschacht (1) verbunden ist; dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eme Mehrzahl von langgestreckten Hohlelementen (3), die jeweils eine Vielzahl von Luftemlaßoffnungen aufweisen, in den Luftsammelschacht (1) munden; der Luftsammelschacht (1) nur über die Hohlelemente (3) mit der Frischluft im Bett (22, 24, 26) aus Feststoffpartikeln m Stromungsverbindung steht; und die Grenzflache (2) aus einem hochoberflachenbildenden Bewuchs (18) gebildet ist. |
| 2. | Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die langgestreckten Hohlelemente perforierte Kunststoffröhre (3) smd. |
| 3. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Luftabsaugleitung (5) eine Luftfordereinrichtung, vorzugsweise em Ventilator (6) angeordnet ist. |
| 4. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Luftabsaugleitung (5) an einem Wärmeaustauscher (9) einer Luftkonditionierungsemrichtung angeschlossen ist. |
| 5. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Luftsammelschacht (1) senkrecht zur Erdoberflache (2) orientiert in dem Bett (22, 24, 26) aus Feststoffpartikeln aufgenommen ist. |
| 6. | Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das obere Ende des Luftsammeischachtes (1) sich im wesentlichen bis zur Erdoberfläche erstreckt. |
| 7. | Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das obere Ende des Luftsammeischachtes (1) mit einer in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu öffnenden Abdeckung (7) verschlossen ist, die im geöffneten Zustand den Zutritt von Außenluft in den Luftsammelschacht (1) gestattet. |
| 8. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die langgestreckten Hohlelemente (3) eine Ebene, die im wesentlichen parallel zur Erdoberflache verlauft, vollflachig ausfüllen. |
| 9. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Grundwasserpumpe (8) vorgesehen ist, mit deren Hilfe Grundwasser m das Bett (22, 24, 26) aus Feststoffpartikeln forderbar ist. |
| 10. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Bett (22, 24,26) aus Feststoffpartikeln einen oder mehrere der folgenden Feststoffbestandteile aufweist: Kies, Ziegelbruch, Ziegelsplit, Blähton und Lavasteine. |
| 11. | Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß sich im Bett (22, 24, 26) in Richtung senkrecht zur Erdoberfläche eine Schicht (24) aus Ziegelbruch, Ziegelsplit, Blähton oder Lavasteine zwischen zwei Kiesschichten (22, 26) befindet. |
| 12. | Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mehrzahl von Hohlelementen (3) in mehreren voneinander beabstandeten, jeweils im wesentlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. |
| 13. | Verfahren zum Behandeln und Gewinnen von Frischluft umfassend die folgenden Schritte: Durchströmen der Frischluft durch die Erdoberfläche mit einer Oberflächenstruktur hoher spezifischer Fläche; Durchströmen der Frischluft durch ein Bett aus Fes t s to f f part ikeln; Einströmen der Frischluft durch Lufteinlaßöffnungen in Hohlelemente, die in einen Luftsammelschacht münden; und Einströmen der Frischluft in den Luftsammelschacht. |
| 14. | Verfahren nach Anspruch 13, weiter umfassend: Abziehen der Frischluft aus dem Luftsammelschacht durch eine Luftabsaugleitung; und Temperieren der Frischluft in einem Wärmeaustauscher. |
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie em Verfahren zum Behandeln und Gewinnen von Frischluft in einer Luftforderemrichtung.
Bei der Luftkonditiomerung in Klimaanlagen wird angesaugte Außenluft auf die jeweils gewünschte Temperatur temperiert, d.h. erwärmt oder gekühlt sowie gezielt durch das Befeuchten oder Trocknen auf eine jeweils gewünschte relative Luftfeuchtigkeit eingestellt.
Insbesondere das Kuhlen von Luft erfordert einen sehr hohen Energieeinsatz m Form von elektrischem Strom oder fossilen Brennstoffen. Zudem müssen den
Luftkonditiomerungsvorrichtungen häufig Reinigungs- und Filtereinrichtungen nachgeschaltet werden, m denen eine weitere Behandlung der Luft m Form einer Staub- oder Pollenabscheidung stattfindet.
Stand der Technik
Aus der US 2,828,681 ist eine Klimavorrichtung bekannt, die aus einem LuftsammelSchacht besteht, der m seinem unteren Bereich von einer Kiesschuttung umgeben ist und Durchtrittsoffnungen aufweist, durch welche die Luft aus der umgebenden Kiesschuttung in den Luftsammeischacht eintreten können. Unmittelbar unterhalb der Erdoberflache ist eine
Bodenschicht mit sehr geringer Luftdurchlassigkeit angeordnet, die in einer ausreichenden Entfernung vom Luftsammeischacht entweder von Emstromrohren durchdrungen oder aber m ihrer Dicke entsprechend vermindert ist, so daß die Frischluft an gezielten Orten in das Bodengefüge eintritt und eine ausreichende Wegstrecke zum LuftsammeIschacht zurücklegen muß. Die im Luftsammeischacht aufgefangene Frischluft wird anschließend durch ein Geblase aus einer Luftabzugsleitung abgeführt. Das Bodengefüge wirkt als Warmespeicher, der im Winter Temperatur an die hindurchstromende Luft abgibt, wobei diese erwärmt wird, und im Sommer Energie von der durchströmenden Luft aufnimmt, wodurch die Luft abgekühlt wird. Aufgrund der definierten Lufteintrittsstellen m das Bodengefüge und den Abzug der Frischluft direkt durch Offnungen m den Wandungen des Luftsammeischachtes bilden sich definierte Migrationspfade der Frischluft im Boden aus, wobei em großer Teil des vorhandenen Bodenvolumens ungenutzt bleibt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Behandeln und Gewinnen von Frischluft vorzuschlagen, die das vorhandene Bodenvolumen in bestmöglicher Weise ausnutzen und mit einem geringen Energieaufwand betrieben werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelost.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Frischluft nach dem Durchströmen eines Bettes aus Feststoffpartikeln nicht direkt einem Luftsammeischacht zugeführt werden, sondern durch Luftemlaßoffnungen m eine Vielzahl von langgestreckten
Hohlelementen eindringen, wobei die langgestreckten Hohlelemente in den Luftsammelschacht münden.
Das Vorsehen von Lufteinlaßoffnungen in einer Mehrzahl von langgestreckten Hohlelementen besitzt den Vorteil, daß einerseits die durch den Boden strömende Frischluft an vielen verschiedenen, dezentralen Stellen aufgenommen wird und somit auch jeweils unterschiedliche Bodenvolumina von den einzelnen Teilluftstromen durchwandert werden, und andererseits, daß durch die vielen, dezentral angeordneten Lufteinlaßoffnungen allenfalls nur em sehr geringer Volumenstrom an Luft eintritt, wodurch die Migrationsgeschwindigkeit der Luft im Boden sehr gering ist und die Verweildauer der Luft im Boden deutlich gegenüber der direkten Aufnahme in einem Luftsammelschacht erhöht werden kann, wodurch sich der gewünschte Wärmeaustausch verbessern laßt. Wenn sich im Boden bevorzugte Stromungspfade für die Luft ausbilden, liegt die Luftgeschwindigkeit im Bereich dieser Stromungspfade sehr viel hoher und die gewünschte, lange Verweildauer im Boden kann nicht mehr erzielt werden.
Indem die Grenzflache zum Luftraum, d.h. die Grenzflache zwischen Boden mit dem darin befindlichen Bett aus Feststoffpartikeln und dem freien Luftraum, aus einem hochoberflachenbildenden Bewuchs gebildet ist, weist der Eintrittsbereich der angesaugten Luft m den Boden bzw. m das Bett aus Feststoffpartikeln eine sehr große Oberflache auf. Beispielsweise im Falle eines Grasbewuchses laßt sich an warmen Tagen oder auch in warmen Klimazonen eine sehr gute Kuhlwirkung des durch das Gras hindurchtretenden Luftstromes bewirken, weil der sich in der Nacht auf dem Gras absetzende Tau unter Abkühlung der Luft verdunstet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die langgestreckten Hohlelemente perforierte Kunststoffröhre. Perforierte Kunststoffröhre sind kommerziell erhältlich und werden unter der Bezeichnung Drain-Rohre vertrieben. Zudem besitzt die Wahl von Kunststoff als Material den Vorteil, daß dieses chemisch resistent und unverrottbar ist und somit eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer der Vorrichtung ermöglicht. Zuletzt besitzen abgerundete Formen den Vorteil, daß die sehr hohen Flächenlasten im Boden gut aufgenommen und verteilt werden können.
Vorzugsweise ist in der Luftabsaugleitung eine
Luftförderanlage ein Ventilator angeordnet. Durch das Anordnen des Ventilators in der Luftabsaugleitung, deren Durchmesser wesentlich geringer als der Durchmesser des Luftsammeischachtes ist, läßt sich ein Ventilator mit geringerem Durchmesser einsetzen. Zudem ist durch die Anordnung in der Luftabsaugleitung der Ventilator in einen engeren räumlichen Kontakt zu einer nachgeschalteten Luftkonditionierungseinrichtung, durch welche der Betrieb des Ventilators geregelt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Luftabsaugleitung an einen Wärmetauscher einer Luftkonditionierungseinrichtung angeschlossen. Durch das Nachschalten einer Luftkonditionierungseinrichtung kann einerseits die Temperatur der Luft in der Luftabsaugleitung auf die gewünschte Raumtemperatur gebracht werden; zum anderen läßt sich eine gewünschte relative Luftfeuchte, die im Raumklima als angenehm empfunden wird, einstellen.
Vorzugsweise ist der Luftsammelschacht senkrecht zur Erdoberfläche orientiert in dem Bett aus Feststoffpartikeln aufgenommen. Dies besitzt den Vorteil, daß sich das obere Ende
des Luftsammeischachtes im wesentlichen bis zur Erdoberflache erstrecken kann, wodurch dieser für Inspektions- und Wartungsarbeiten leicht zuganglich wird.
Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform kann das obere Ende des Luftsammelschachtes mit einer in Abhängigkeit von der Außentemperatur zu öffnenden Abdeckung verschlossen sein, die im geöffneten Zustand den Zutritt von Außenluft in den Luftsammeischacht gestattet. Dieses Offnen ist immer dann von Interesse, wenn auf die Staub-, Pollen- und Keimfreiheit der Luft kein Wert gelegt wird und die Außentemperatur der üblichen Temperatur der Luft in der Luftzufuhrleitung entspricht. Durch das Offnen des Luftsammeischachtes verringert sich der Druckverlust der Luft auf nahezu Null und entsprechend verringert sich auch der für den Betrieb des Ventilators aufzuwendende Energieeinsatz.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform füllen die langgestreckten Hohlelemente eine Ebene, die im wesentlichen parallel zur Erdoberflache verlauft, vollflachig aus. Unter dem Begriff vollflachig soll hier sowohl das direkte Anemanderliegen der jeweils benachbarten Hohlelemente innerhalb der Ebene, als auch das Anordnen der Hohlelemente mit einem geringen Abstand zueinander, der vorzugsweise dem 1- fachen bis 3-fachen der Erstreckung der Hohlelemente quer zu ihrer Längserstreckung in der Ebene entspricht, verstanden werden. Diese vollflachige Anordnung der Hohlelemente in emer Ebene parallel zur Erdoberflache besitzt den Vorteil, daß sich das gesamte Volumen des darüberliegenden Erdspeichers in bestmöglicher Weise ausnutzen laßt. Hierzu wird eme Vielzahl von Dramagerohren, beispielsweise 10 bis 20 Dramagerohre jeweils nach außen gerichtet von dem Luftsammeischacht als Zentrum ausgehend verlegt.
Nach einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform ist eine Grundwasserpumpe vorgesehen, mit deren Hilfe Grundwasser in das Bett aus Feststoffpartikeln förderbar ist. Diese Ausführungsform der Erfindung kommt vorteilhafterweise immer dann zur Verwendung, wenn der Grundwasserspiegel sehr tief liegt und der Luftsammeischacht nicht bis nahe in den Bereich des Grundwassers hinab reicht. In diesem Fall findet nur ein unzureichender Wärmeaustausch zwischen dem Grundwasser und den darüberliegenden Bodenschichten statt, so daß durch die Befeuchtung des Bodens im Bereich der Drainagerohre Boden gekühlt oder angewärmt wird und zudem in trockenen Klimazonen Verdunstungskälte bei der Beladung der trockenen Luft mit Feuchtigkeit zur Verfügung gestellt wird.
Vorzugsweise weist das Bett aus Feststoffpartikeln eines oder mehrere der folgenden Feststoffbestandteile auf: Kies, Ziegelbruch, Ziegelsplit, Blähton und Lavasteine. Während Kies sehr billig erhältlich ist, besitzen die übrigen mineralischen und hochwasserspeichernden Materialien den Vorteil, daß diese jeweils eine große innere Oberfläche aufweisen, an welcher Wasser adsorptiv gebunden werden kann. Hierdurch besitzt der aus diesen Stoffen gebildete Erdspeicher eine sehr hohe Wasserkapazität und somit Feuchtigkeitsspeicherung; zum anderen besitzt Wasser eine sehr hohe Wärmekapazität, so daß sich die gesamte Wärmekapazität des Erdspeichers hierdurch erhöhen läßt. Schließlich besteht die Möglichkeit, daß während langandauernder Frostperioden mit dem Durchfrieren der oberen Bodenschichten Wasserbestandteile an und in den wasserspeichernden Materialien gefrieren, wodurch eine sehr hohe, zusätzliche Energiespeicherung eintritt. Zusätzlich werden Bakterien, Pollen oder andere Verunreinigungen in der Luft an die Feststoffe gebunden. Dies führt zu einem vollständigen Abbau von Keimen und Sporen, da beispielsweise Colibakterien in Schichten unter 2 m Tiefe nicht länger als 50 Tage überleben können und wegen Nahrungsmangel eingehen.
Ebenso werden Pollen durch Mikroorganismen im Boden vollständig abgebaut.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform smd die Mehrzahl von Hohlelementen m mehreren, voneinander beabstandeten, im wesentlichen parallelen Ebenen angeordnet. Durch den wachsenden Abstand zwischen den Dramagerohren bei einer längeren Erstreckung derselben jeweils radial nach außen von einem m oder nahe der Mitte angeordneten Luftsammeischacht laßt sich bei bestimmten Geometrien der Ebene, innerhalb derer die Hohlelemente verlegt smd, insbesondere in einigen Metern Entfernung von dem Luftsammelschacht nicht mehr aus dem gesamten Erdspeicher, der aus dem Bett aus Feststoffpartikeln gebildet ist, die Luft gleichmaßig abziehen. Daher besitzen mehrere übereinander angeordnete Ebenen mit jeweils einer Mehrzahl von Hohlelementen den Vorteil, daß sich durch eine gezielte, versetzte Anordnung der Dramagerohre m den einzelnen voneinander beabstandeten Ebenen die Frischluft aus allen Bereichen des Bettes aus Feststoffpartikeln im wesentlichen gleichmäßig abziehen laßt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung rem beispielhaft anhand der beigefugten Figuren beschrieben, wobei gleiche oder ahnliche Elemente m allen Darstellungen jeweils mit gleichen Referenzziffern bezeichnet sind. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eme schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Vorrichtung mit einem angeschlossenen Wärmetauscher, wobei der Bereich des Luftsammeischachts in einem Vertikalschnitt dargestellt ist;
Fig. 2 eme schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Vorrichtung mit einem angeschlossenen Wärmetauscher,
wobei der Bereich des Luftsammeischachts in einem Vertikalschnitt dargestellt ist und zusatzlich eine Beπeselungsvorrichtung mit Grundwasser dargestellt ist; und Fig. 3 einen schematischen, vertikalen Schnitt durch einen Luftsammeischacht mit dem umgebenden Bett aus Feststoffpartikeln.
Wege zur Ausfuhrung der Erfindung
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemaßen Vorrichtung zum Gewinnen von Frischluft für Luftkonditionierungsanlagen dargestellt. Das Kernstuck der Vorrichtung bildet em Luftsammelschacht 1, der sich im wesentlichen senkrecht von der Erdoberflache 2 nach unten erstreckt. Vorzugsweise wird der Luftsammeischacht aus Beton gefertigt, jedoch smd verschiedene andere Materialien wie auch nahezu beliebige Geometrien für den Luftsammeischacht 1 denkbar. Das untere Ende des Luftsammeischachtes 1 ist offen und befindet sich im Falle von Grundwassertiefen von ca. 5 Metern etwa 3 Meter unterhalb der Erdoberflache 2.
Der Luftsammelschacht 1 besitzt eine luftdichte Wandung, in die lediglich die nachfolgend beschriebenen Dramagerohre 3 und die Luftabsaugleitung 5 eingeführt smd. Bei der m Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist zudem das obere Ende des Luftsammeischachtes 1, das bis zur Erdoberflache 2 fuhrt, mit einer Haube gegen die Außenatmosphare verschlossen. Die Haube gestattet zum einen im Falle von Inspektions- und Wartungsarbeiten den Zutritt zum Luftsammeischacht, zum anderen kann diese m Abhängigkeit von der Außentemperatur geöffnet werden, so daß em Zutritt von Außenluft m den Luftsammeischacht gestattet wird.
Die Dramageleitungen smd perforierte Kunststoffröhre, wie sie unter der Bezeichnung "Dram-Rohre" kommerziell erhältlich sind. Selbstverständlich lassen sich auch andere Materialien und Geometrien für die als Hohlelemente zum Auffangen der Luft dienenden Dramagerohre einsetzen. Wie m Fig. 1 dargestellt ist, befinden sich mehrere Dramagerohre übereinander in verschiedenen im wesentlichen horizontalen Lagen, wobei bevorzugt in jeder Lage eine Vielzahl von Dramagerohren, beispielsweise 20, angeordnet smd. Somit wurde die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung beispielsweise etwa 60 Dramagerohre umfassen, die jeweils über ihrer Lange von etwa 5 Metern mit einer Vielzahl von Luftemtrittsoffnungen versehen sind, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind.
Die Dramagerohre werden vollflachig innerhalb einer Lage verlegt, d.h. benachbarte Dramagerohre liegen entweder m berührendem Kontakt nebeneinander oder sind nur mit geringem Abstand zueinander verlegt. Dieser Abstand kann etwa dem einfachen bis dreifachen des Durchmessers der Dramagerohre betragen. Zudem ist die Lage der Dramagerohre bzw. sind die mehreren Lagen vorzugsweise parallel zur Erdoberflache angeordnet. Hierdurch und durch die vollflachige Verlegung der Dramagerohre laßt sich das Volumen des darüber angeordneten Erdspeichers in bestmöglicher Weise nutzen.
Die Luftabsaugleitung 5 ist mit einem Ventilator 6 versehen, dessen Zug den für den Betrieb der Vorrichtung erforderlichen Druckverlust bereitstellt. Der Durchtrittsquerschnitt des Absaugrohres 5 richtet sich nach der aus dem Luftschacht zu fordernden Luftmenge.
Vorteilhafterwelse befindet sich der Luftsammeischacht 1 im Zentrum der von diesem in sämtliche Richtungen ausgehenden Dramagerohre, wobei jedoch die Geometrie der Dramagerohre zueinander und jeweils zum Luftsammeischacht den speziellen
baulichen Gegebenheiten angepaßt werden kann. So müssen die m einer im wesentlichen parallel zur Erdoberflache verlaufenden Lage angeordneten Dramagerohre nicht gerade verlaufen und muß sich auch innerhalb des für die Vorrichtung zur Verfugung stehenden Bodenbereiches der Luftsammeischacht nicht im geometrischen Zentrum befinden.
Von der Erdoberflache 2 bis zum unteren Teil des Luftsammeischachtes 1 erstreckt sich rings um den Luftsammelschacht und den Bereich der Erstreckung der Dramagerohre em Bett aus Feststoffpartikeln und m unmittelbarer Nahe zur Erdoberflache eme Humusschicht 4 oder ein anderes bewuchsforderndes Substrat, wie spater eingehender erläutert wird. Auf der Humusschicht 4 bezienungsweise dem bewuchsfordernden Substrat schließlich befindet sich ein hochoberflachenbildender Bewuchs, beispielsweise eine Grasnarbe, die eine sehr hohe flachenbezogene Oberflache aufweist.
Das Bett aus Feststoffpartikel kann ein Kiesbett, oder aber auch eine Schicht eines adsorptiv wirkenden Stoffes darstellen, der eine große innere Oberflache aufweist und Wasser binden kann. Hierfür können beispielsweise Schichten aus Ziegelbruch, Ziegelsplit, Blähton oder Lavasteinen zur Anwendung gelangen. In Fig. 3 unten wird ein konkretes Beispiel einer Schichtung dargestellt werden, wobei eine Schicht aus einem wasseradsorbierenden Material zwischen zwei Kiesschichten unterschiedlicher Rollierung eingebettet ist.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung mit Luftsammelschacht 1, im Erdreich oder einem Bett aus Feststoffpartikeln verlegten Dramagerohren 3 und einem an dem Luftsammelschacht 1 angeschlossenen Luftabsaugrohr 5 wird im folgenden auch als "Luftbrunnen" bezeichnet.
Wie in Fig. 1 ebenfalls dargestellt ist, durchlauft die aus dem Luftsammelschacht 1 entnommene abgesaugte Frischluft einen nachgeschalteten Wärmetauscher 9, m dem die Luft im Wärmeaustausch mit abgezogener Raumluft 14 steht, welche Warme an die Frischluft abgibt, die schließlich als vorgewärmte Frischluft 13 direkt in einen zu klimatisierenden Raum eingeblasen oder vorher einer weiteren Luftkonditionierung unterworfen wird. Die im Wärmetauscher abgekühlte abgezogene Raumluft 14 verlaßt als abgekühlte Abluft 15 den Wärmeaustauscher und gelangt in die Umgebung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich der Grundwasserspiegel 11 ca. 1 bis 2 m unter dem unteren Ende des Luftsammeischachtes 1. Die Temperatur des Grundwassers stellt eine relativ konstante Große dar, so daß diese zwischen Sommer und Winter nur um wenige Grad differiert. Um em Beispiel zu nennen, liegt die Grundwassertemperatur in Deutschland bei ca. 12 ° im Sommer und 8 ° bis 10 ° im Winter. Der Wärmeaustausch zwischen dem Grundwasserstrom und dem darüberliegenden Bodengefüge dient dazu, daß im Fall der genannten Temperaturen der Luftbrunnen eine Frischluft mit einer unabhängig von den Jahreszeiten relativ konstanten Temperatur zwischen 8 ° und 12 ° fordert.
In Gegenden, m denen der Grundwasserspiegel deutlich tiefer liegt, reicht die vom Grundwasser 11 als natürlichen Energielieferanten gelieferte Heiz- bzw. Kuhlenergie nicht mehr aus, um die gewünschte, im wesentlichen konstante Temperatur der aus dem Luftsammelschacht 1 geforderten Frischluft zu gewährleisten. Daher kann, wie m Fig. 2 dargestellt ist, zusatzlich eine m das Grundwasser 11 reichende Grundwasserpumpe 8 bereitgestellt werden, mit deren Hilfe Grundwasser m em schematisch mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Grundwasserverteilsystem gefordert wird. Das Grundwasserverteilsystem 10 verlauft oberhalb der
Dramagerohre 3 und ist mit einer Vielzahl von
Wasseraustrittsoffnungen versehen, aus welchen eine definierte Menge des Grundwassers m den Boden im Bereich der Dramagerohre 3 eingebracht wird. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Grundwasserpumpe 8 wiederum eme konstante Temperatur der vom Luftbrunnen geforderten Luft erzeugt werden.
Ebenfalls m Fig. 2 schematisch dargestellt ist em Revisionsschacht 2 oberhalb der Grundwasserpumpe 8. Des weiteren kann der Betrieb der Grundwasserpumpe 8 von einer nicht dargestellten Temperaturschaltung übernommen werden, welche beispielsweise auf die Temperatur der Luft m der Luftabsaugleitung hm die Fordermenge der Grundwasserpumpe 8 regelt .
Fig. 3 zeigt eme mögliche Schichtung verschiedener Bodengefugebestandteile im Bereich des Luftsammeischachtes 1 sowie der Dramagerohre 3. Wie bereits anhand der Fig. 1 dargelegt wurde, befindet sich auf der Erdoberflache 2 zunächst eme Schicht eines hochoberflachenbildenden Bewuchses 16, wie beispielsweise Gras. Das Gras kann aus einer etwa 5 bis 10 cm starken Humusschicht 18 wachsen oder aber einem anderen geeigneten Bewuchsnahrsubstrat, wie es beispielsweise in Kunststoffrasengitter eingefüllt werden kann und beispielsweise von der Firma Hauraton GmbH & Co. KG vertrieben wird. Diese lockeren Substratmischungen besitzen gegenüber der Verwendung einer Humusschicht den Vorteil, daß der Druckverlust beim Hindurchtreten der Frischluft geringer ist und sich hierdurch die Pressung des Ventilators und somit die erforderliche Leistung im Vergleich zu einer Humusschicht deutlich verringern laßt.
Unter der Humus- oder Substratschicht wird vorzugsweise eine dünne Vliesschicht 20 angeordnet, die em Auswaschen der Erde
nach unten verhindern soll. Unter der Vliesschicht 20 befindet sich eine Kiesschicht 22, wobei vorzugsweise eme nur sehr dünne Schicht von etwa 20 cm Dicke mit einer Rollierung 8/16 eingesetzt wird. An die Kiesschicht 20 schließt sich, m Bewegungsrichtung von der Erdoberflache 2 senkrecht nach unten gesehen, eine über 2 m dicke Schicht an, die aus einem Stoff besteht, der eine große innere Oberflache aufweist und Wasser adsorbieren kann. Hierfür können Ziegelbruch, Ziegelsplit, Blähton oder auch Lavasteine zum Einsatz gelangen. Diese Schicht wirkt zusatzlich zu den warmespeichernden und warmeubertragenden Wirkungen als Feuchtigkeitsregulanz, die eine konstante relative Feuchte der aus der Schicht 24 in die nachfolgend angeordnete Kiesschicht 26 durchtretende Frischluft sicherstellt. Für die unterhalb der Schicht 24 angeordneten Kiesschicht 26, die etwa eine Dicke von 1 m besitzt, wird vorzugsweise Kies mit einer Rollierung 16/32 eingesetzt.
Die Verwendung von mineralischen und hochwasserspeichernden Materialien erhöht die Wärmekapazität des Erdspeichers und fuhrt zu emer deutlich höheren Kapazität der Feuchtigkeitsspeicherung für die Befeuchtung im Winter.
Nachfolgend wird der Betrieb der erfindungsgemaßen Vorrichtung beschrieben. Hierbei smd zwei Falle zu unterscheiden, das Erwarmen von Luft sowie das Kuhlen von Luft. Aufgrund der im wesentlichen konstanten Grundwassertemperatur wird bei der Verwendung des Luftbrunnens m einer klimatischen Zone, wie sie beispielsweise m Mitteleuropa vorliegt, über das ganze Jahr hindurch die Frischluft durch die Erdwarme und das Grundwasser auf etwa 10 ° bis 12 ° temperiert.
Beim Durchtritt der Luft durch die oben beschriebenen, verschiedenen Schichten wird zunächst mit m der Luft geführter Staub auf der Grasnarbe oder dem Oberflachenbewuchs
abgeschieden, so daß die Luft im Boden staubfrei ist. In ahnlicher Weise setzen sich Pollen und Blutenstaub auf der Grasnarbe größtenteils ab. Die noch in der Luft befindlichen Pollen werden an die Feststoffe im Bett gebunden und von Mikroorganismen abgebaut. Des weiteren wirkt die Bodenschicht auch desinfizierend, da ebenfalls an die Feststoffe im Bett gebundene Bakterien in Schichten unter 2 m nicht langer als 50 Tage überleben können und aufgrund des Nahrungsmangels absterben. Das gleiche gilt für Pilzsporen, so daß die Frischluft beim Eintritt in die Dramagerohre nicht nur staub- und pollen-, sondern auch keimarm ist.
Die Luft besitzt eine Verweildauer von ca. emer bis zwei Minuten im Bett aus Feststoffpartikeln vor dem Eintritt m die Dramagerohre. Diese Verweildauer ist ausreichend, um einen ausreichenden Warme- und Stoffaustausch mit dem Erdspeicher m Form des Bettes aus Feststoffpartikeln sicherzustellen.
Wahrend der Migration durch den Boden wird auch das Ozon in der Luft durch Oxydation mit reaktiven Feststoffen abgebaut.
Die Luft aus dem Luftbrunnen eignet sich somit auch für steril zu haltende Bereiche, z.B. in Krankenhausern, für die Wohnräume von Pollenallergikern und für die Reinraumtechnik.
Einen wichtigen Gesichtspunkt stellt der Wasserhaushalt der den Luftbrunnen umgebenden FeststoffSchicht dar. Durch den naturlichen Wasserhaushalt des Erdreichs und insbesondere die hohe Speicherkapazität möglicherweise verwendeter mineralischer Stoffe wird die vom Luftbrunnen geforderte Luft sehr hoch mit Wasser beladen. Die relative Feuchte der aus dem Luftschacht 1 mit einer Temperatur von etwa 12 ° geforderten Luft liegt bei etwa 90 %. Diese Feuchte wird außer durch das im Boden gespeicherte Regenwasser auch durch Tau geliefert, der sich auf dem hochoberflachenbildenden Bewuchs auf der
Erdoberflache absetzt. Durch die kühlende Wirkung bei der Verdunstung des insbesondere in der Nacht abgesetzten Taus auf der Erdoberflache wird somit in heißen und ariden Regionen die Nachtkuhle m bestmöglicher Weise zum Kuhlen und gleichzeitig Befeuchten der Luft eingesetzt.
Die aus dem Luftsammelschacht geforderte Frischluft mit einer Temperatur von etwa 12 °C ist im Sommer deutlich kuhler als die beispielsweise 25 bis 35 °C aufweisende Außenluft und im Winter deutlich warmer als die bei Frostperioden beispielsweise -15 °C aufweisende Außenluft. Wahrend im Sommer eme etwa 12 °C kühle Frischluft zur Verfugung steht, ohne daß diese Frischluft durch Energieeinsatz aus der warmen Außenluft gewonnen werden muß, steht im Winter bereits eine auf etwa 8 bis 12 °C vorerhitzte Luft zur Verfugung, wobei im obengenannten Fall einer Außentemperatur von -15 °C bereits eme Temperaturspanne von 25 K lediglich unter Energieeinsatz des Ventilators gewonnen werden.
Wie oben dargelegt wurde, besitzt aus dem Luftsammelschacht geforderte Luft etwa 90 % relative Feuchte. Nach dem Erwarmen dieser Luft auf etwa 22 °C zur Belüftung eines Raumes im Winter, hat sich die relative Luftfeuchte aufgrund der höheren Sättigung bei höheren Temperaturen auf etwa 40 □ bis 55 % relative Luftfeuchte verringert. Dieser Bereich wird als besonders angenehm empfunden. Umgekehrt kommt es bei einer schwulwarmen Sommerluft, die eine sehr hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, zu einer Entfeuchtung der Luft, da diese jeweils auf etwa 90 % relative Feuchte bei einer Temperatur von etwa 12 ° konditioniert wird, was jeweils zu der obengenannten relativen Luftfeuchte von etwa 40 bis 55 % nach dem Wärmeaustausch fuhrt. Somit liegt die relative Luftfeuchte im sogenannten Komfortbereich.
Der Wärmeaustauscher 9 wird vorzugsweise als Kreuzstromwarmeaustauscher ausgeführt, in dem die aus dem Luftbrunnen geforderte Luft auf etwa 16 bis 18 °C erwärmt wird. Bei Verwendung des erfindungsgemaßen Luftbrunnens zusammen mit einem derartigen Wärmetauscher können Kältemaschinen bei einer normalen Raumluftkuhlung gänzlich entfallen, was sich in einer beträchtlichen Energieeinsparung auswirkt .
Der am vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebene Luftbrunnen mit einer Kiesbettoberflache von 24 m 2 (3 m x 8 m Kantenlange) erbrachte bei einer Antriebsleistung des Ventilators 6 von 1400 W eine Fordermenge von 4000 m 3 /h von im Luftbrunnen auf 12, 6 ° erwärmter Luft (Außenlufttemperatur + 2 °C) . Generell kann beim Luftbrunnenprinzip ein Bedarf von etwa 6 m 2 Kiesbettoberflache pro 1000 m 3 /h konditiomerter Luft zugrunde gelegt werden. Wird anstelle emer Humusschicht ein Substrat mit größerer Porosität gewählt, so kann die Antriebsleistung des Ventilators auf etwa 600 W verringert werden.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Speicherkapazität des gesamten Bettes aus Feststoffpartikeln in vollem Umfange genutzt und somit die Austauschflache zum Grundwasser um em Vielfaches vergrößert. Zudem wird durch die dezentrale Aufnahme der Frischluft durch eme große Anzahl von Lufteinlaßoffnungen trotz der relativ hohen Fordermenge an Luft eine sehr hohe Verweilzeit der Luft im Boden von einigen Minuten sichergestellt, wodurch neben den Warme- und Stoffaustauschvorgangen, die in relativ kurzen Zeiträumen ablaufen, auch die gewünschten Luftremigungs- und Entkeimungswirkungen erzielt werden können.
Next Patent: METHOD AND DEVICE FOR DRYING OUT BUILDINGS AND/OR FIXED COMPONENTS