Swegon Klimasysteme mit Luftkühlung 2002 - Rev. 19 Juni, 2007
www.swegon.comMischströmungslüftung
Allgemeines
Die Mischströmungslüftung kann generell im Zusammenhang mit Komfortlüftung angewendet werden, d.h. unabhängig davon, ob die Ventilationsluft zum Kühlen oder Heizen verwendet wird. Im Kapitel „Lüftungsprinzipien” werden die Strömungsformen für die verschiedenen Zuluftalternativen gezeigt. Bei der Auslegungsarbeit ist u.a. folgendes zu berücksichtigen.- Aktivitätsgrad/Raumtyp
- Raumabmessungen
- Luftmenge u.a.
- Eventueller Kühlbedarf
- Resultierende Luftgeschwindigkeit im Raum
- Resultierender Schallpegel
- Es ist wichtig, dass der Aktivitätsgrad bestimmt werden kann, um beurteilen zu können, welche Komfortgrenzen Gültigkeit besitzen sollen.
- Die Raumabmessungen beeinflussen das Strömungsbild und damit den Komfort im Raum. Es ist deshalb wichtig, dass im Projektierungsstadium die Wurfweitendaten gem. gültigen Auslegungsregeln korrigiert werden können.
- Die mögliche niedrigste Luftmenge wurde gem. den Hygieneanforderungen festgelegt. Für die allgemeine Lüftung in Büros sind deshalb 12 á 15 l/s pro Person als niedrigste Außenluftmenge zu betrachten.
- Eine Berechnung, bei der interne und externe Belastung als Energieakkumulation im Gebäude betrachtet werden, muss der Berechnung der erforderlichen Kühlung zugrunde liegen. Diese bildet zusammen mit den Komfortansprüchen eine Unterlage für die Wahl von Systemlösung und richtiger Zuluftmenge.
- Die Auslässe werden mit einer Wurfweite mit einer Endgeschwindigkeit von 0,20 m/s dargestellt. Bei unterschiedlichen Betriebsfällen kann diese Endgeschwindigkeit korrigiert werden, um im Raum ohne Zugprobleme die richtige Strömung zu erreichen. Unterlagen für die Ausführung dieser Arbeit findet man in diesem Abschnitt.
- Eine Berechnung des resultierenden Schallpegels vom Luftauslass und Kanalsystem im Verhältnis zur aktuellen Schallabsorption im Raum ist immer auszuführen. Im Abschnitt „Akustik” wird gezeigt, wie eine solche Berechnung erfolgt.
Weiterhin ist z. B. die vertikale Einblasung zu berücksichtigen:
Da erwärmte bzw. gekühlte Luft einem Raum vertikal zuzuführen ist, wird die Wurfweite beeinflusst. Bei Übertemperaturen wird diese verkürzt, bei Untertemperaturen verlängert. Dieses Verhältnis kann berechnet werden. Swegon hat für diese Betriebsfälle ein besonderes Datenprogramm entwickelt. Hier werden Luftmenge, Temperaturvariationen zwischen Zuluft und Raumtemperatur sowie Einblaswinkel angegeben.
Abweichende Montage
Das Aufführen der Wurfweiten für Spaltluftverteiler-, Konusstrahl- und perforierte Strahlkomponenten gilt für Deckenmontage. Bei freihängender Montage der Zuluftauslässe, und wenn der Strahl so gerichtet ist, dass er nicht an der Decke haften bleibt, wird die Wurfweite aufgrund von Ejektion auf beiden Seiten des Zuluftstrahls reduziert. Folgendes Verhältnis gilt:
l0,2 freihängend = ky x l0,2 |
wo ky = Korrekturfaktor, abhängig vom Abstand, y, zwischen Auslass und Decke |
Abbildung 32.Korrekturfaktor ky als Funktion des Abstandes, y, zwischen Auslass und Decke.
Für Lüftungsgitter gelten die gleichen Werte wie für freien Strahl, d.h. mit Haften an der Decke. Wenn das Lüftungsgitter mehr als 0,2 m von der Decke montiert wird, wird die Wurfweite gem. nachstehendem Zusammenhang reduziert;
l0,2 in Deckennähe = ky x l0,2 |
wo ky = Korrekturfaktor, abhängig vom Abstand, y, Zwischen Auslass und Decke |
Abbildung 33. Für wandmontierte Lüftungsgitter, bei denen die Wurfweite für Auslässe festgelegt wurde, die in einem Abstand von 0,2 m von der Decke montiert wurden, gilt obenstehendes Diagramm (l0,2) vor anderen Abständen zwischen Gitter und Decke.
Überlagerung von Zuluftstrahlen
Wenn zwei oder mehrere Zuluftauslässe so nahe nebeneinander liegen, dass die Strahlen überlagert werden, wird die Wurfweite verlängert. Für die Berechnung dieser Verlängerung wird auf unser Berechnungsprogramm Pro Air hingewiesen, das von unserer Homepage im Internet abgerufen werden oder von Ihrem Swegon-Büro bezogen werden kann.
Abbildung 34.Überlagerung von Luftstrahlen.
Wurfweite
Allgemeines
Gem. VVS-AMA ist die Wurfweite mit einer Endgeschwindigkeit im Luftstrahl von 0,2 m/s zu zeigen. Gewisse Hersteller führen jedoch andere Endgeschwindigkeiten an. Für die Berechnung einer anderen Endgeschwindigkeit wird auf unser Berechnungsprogramm Pro Air web hingewiesen.
Umrechnung
Aus verschiedenen Gründen kann eine höhere Luftge-schwindigkeit akzeptiert werden, wenn ein Zuluftstrahl die Aufenthaltszone erreicht oder auf ein Hindernis trifft, wie z. B. eine Wand. Die Luftgeschwindigkeit kann innerhalb eines begrenzten Bereiches im Luftstrahl gem. Abbildung berechnet werden.
Abbildung 35.Berechnung der Luftgeschwindigkeit mit dem Abstand x vom Luftauslass.
x = | Abstand in m vom Luftauslass bis zum Punkt im Luftstrahl, wo die Luftgeschwindigkeit vx m/s beträgt. |
Vx | Luftgeschwindigkeit für den Abstand x vom Gerät. |
Beispiel:
Ein Zuluftauslass hat eine Wurfweite l0,2 = 3 m. Die Wurfweite l0,3 beträgt in diesem Fall:
Kleinster Abstand zwischen den Zuluftauslässen
Der kleinste Abstand zwischen den beiden Zuluftauslässen, wo die Luftstrahlen gegeneinander gerichtet sind, kann dadurch verkürzt werden, dass die Endgeschwindigkeit der Kernstrahlen im Mischungspunkt höher sein darf, ohne dass die Geschwindigkeit des zusammengesetzten Strahls in der Aufenthaltszone 0,2 m/s überschreitet. Dies ist davon abhängig, dass sich die beiden Luftstrahlen kräftig vermischen und deren Geschwindigkeiten gebremst werden. Folgender Zusammenhang besitzt Gültigkeit:
Lm = kv (l0,2 Auslass 1 + l0,2 Auslass 2)
Lm = Kleinster Abstand zwischen den Zuluftauslässen
kv = Korrekturfaktor, zufolge Abbildung 37.
Beispiel:
Zwei Zuluftauslässe, jeder mit der Wurfweite l0,2 = 5,0 m, haben einen Mindestabstand bei Dt = 6 °C mit Lm = 0,72 (5,0 + 5,0) = 7,2 m.
Abbildung 36.Kleinster Abstand zwischen Lm und Zuluftauslass.
B = Aufenthaltszone
Kleinster Abstand zwischen Zuluftauslass und Wand
Ein Luftstrahl, der auf eine Wand auftrifft, kann aufgrund von in diesem Fall eintreffender Einbremsung und Ablenkung eine höhere Geschwindigkeit als 0,2 m/s haben.
Folgender Zusammenhang besitzt Gültigkeit:
Lv = kv · l0,2
kv wird aus Abbildung 37 erhalten. Bitte beachten, dass obenstehende Formel generell nicht für Außenwände, wo Konvektionsströme oder plötzliches Absinken der Temperatur vorkommen können, gültig ist.
Beispiel:
Ein Zuluftauslass mit der Wurfweite l0,2 = 5,0 m und Dt = 4 °C kann mit einem Abstand von Lv = 0,67 · 5 = 3,35 m von der Wand montiert werden.
Abbildung 37.Der Zusammenhang zwischen dem Korrekturfaktor kv und der Temperaturdifferenz DtoC
(tZuluft - tAbluft ).
Kleinster Abstand zwischen Zuluftauslässen bei höheren Decken
Die aufgeführte Wurfweite gilt für eine normale Deckenhöhe von 2,7 m. Ist die Decke höher, kann der Abstand zwischen Decke und Aufenthaltszone als Einbremsstrecke für den Luftstrahl angerechnet werden. In der Abbildung 36 wird der Zusammenhang für den Abstand zwischen zwei Zuluftauslässen und für den Abstand zur Aufenthaltszone gezeigt.
LmA = Lm- A
Beispiel:
Zwei Zuluftauslässe mit je einer Wurfweite von l0,2 = 5,0 m und Dt = -6 °C, deckenmontiert bei einer Deckenhöhe von 4,5 m, erhalten einen Abstand von Lm = (5,0 + 5,0) · 0,72 = 7,2 m. Berechnung des Abstandes LmA = 7,2 - (4,5 - 2,7) = 5,4 m, d.h. dass die Auslässe mit einem gegenseitigen Abstand von 5,4 m montiert werden können.
In Abbildung 38 wird der Zusammenhang für den Abstand zwischen Zuluftauslass und Wand, der auch aufgrund der längeren Bremsstrecke des Strahls korrigiert werden kann, gezeigt.
LVA = LV - A
Abbildung 38.Kleinster Abstand zwischen Zuluftauslässen bei größeren Abständen, A + 2700.
B = Aufenthalszone
Kleinster Abstand zwischen Zuluftauslass und Hindernis
Beleuchtungsarmaturen usw. die die Ausbreitung der Luft hindern können, dürfen nicht zu nahe an den Zuluftauslässen angeordnet werden.
Verschiedene Alternativen können vorkommen:
Abbildung 39.Verschiedene Alternativen der Luftzufuhr mit Hindernis an der Decke.
1 = Deckenauslass
2 = Wandauslass
3 = Lüftungsgitter in der Wand
4 = Einblasen über Fensterbank
Für die verschiedenen Alternativen gilt, dass der kleinste Abstand, Lmin, vom Strahlprofil des Auslasses sowie von der Zulufttemperatur abhängig ist. Die Form des Hindernisses ist auch von großer Bedeutung. Ein Hindernis mit abgerundeten oder abgewinkelten Kanten ist eine weniger schwere Störung als ein Hindernis mit geraden Kanten.
Folgende Richtwerte können angegeben werden:
Alt. 1 und 2:
Für Luft mit höchstens 6 °C Untertemperatur gilt:
Lmin ³25 x h
Für höhere Untertemperaturen werden 50 % höhere Werte empfohlen.
Alt. 3
Lüftungsgitter sind mit einem Abstand ³2h von der Decke zu montieren. Ist außerdem der hydraulische Durchmesser des Lüftungsgitters größer als 1,4 x h, besteht kein Risiko für Niederschlag aufgrund des Hindernisses.
D.h. 2 ab > 1,4 · h
a + b
Alt. 4
Für diese Alternative ist die Höhe des Hindernisses für verschiedene Werte, Lmin, gem. nachstehendem Diagramm zu begrenzen.
Abbildung 40. Kritische Höhe für Hindernisse beim Einblasen über die Fensterbank.
Die Lüftung mit dem richtigen Auslass
Die Eigenschaften, die wir für Zuluftauslässe in bezug auf Mischströmungsluftung normalerweise als wichtig betrachten, sind:- Große Induktionswirkung der Raumluft, so dass die niedrigen Zulufttemperaturen ausgenutzt werden können.
- Kurze Wurfweiten für Decken- und Wandauslässe, ohne dass die Luft die Decke verlässt und zu früh in die Aufenthaltszone mit Zugproblemen als Folge gelangt.
- Möglichkeit der Zufuhr großer Luftmengen, ohne dass die Wurfweiten zu groß werden.
Eine Art der Berücksichtigung der wünschenswerten Eigenschaften gem. Punkt 1 und 2 ist die Beachtung von folgendem:- Die Austrittgeschwindigkeit der Luft vom Zuluftauslass ist hoch, was bedeutet, dass die Austrittfläche des Auslasses (A0) klein sein soll.
- Die Auslasskonstante (k) soll klein sein.
Die gleichen Prinzipien gelten für Wünsche gem. Punkt 3 oben, jedoch mit der Begrenzung, dass zwischen kleiner Aound großer Luftmenge ein Konflikt besteht. Da die Wurfweite proportional gem. nachstehender Formel ist,
k/ÖA0
sehen wir, dass die Auslasskonstante klein sein soll, um eine kurze Wurfweite zu erhalten. Gleichzeitig soll die Austrittfläche so groß wie möglich sein. Hierbei geraten wir in Konflikt mit dem Wunsch nach einer großen Induktionswirkung, die proportional zur nachstehenden Formel ist:
x/k × ÖA0
x= Abstand vom Auslass
Die sog. Rotationsauslässe (Wirbelauslässe) wurden besonders für eine kleine Auslasskonstante und für eine relativ hohe Austrittgeschwindigkeit konstruiert. Ein besonderes Merkmal der typischen Rotationsauslässe ist die Kapazitätsbegrenzung im Vergleich mit z. B. Zuluftauslässen.
Um die niedrigstmögliche Auslasskonstante zu erhalten, ist es notwendig, dass die Zuluft über Deckenauslässe zugeführt und gleichmäßig über die gesamte Austrittfläche des Auslasses verteilt wird. Der Ausbreitungswinkel für die niedrigste Auslasskonstante soll 360°C sein.
Die traditionellen Rotationsauslässe sind so konstruiert, dass die Luft über eine Mehrzahl langer, rechteckiger Schlitze, die oft radial in einer runden Form geordnet sind, zugeführt wird.
Das Prinzip der Luftzufuhr über eine Anzahl Schlitze führt dazu, dass die Austrittfläche begrenzt wird und eine hohe Austrittgeschwindigkeit aufrechterhalten werden kann. Ein Nachteil mit Schlitzen ist die Begrenzung der Flexibilität bezüglich der Möglichkeit, Variationen im Strahlprofil zu erreichen.
Die von Swegon angewendete Methode mit kontinuierlich verstellbaren runden Düsen verleiht in dieser Hinsicht eine viel größere Flexibilität. Mit einer unterschiedlichen Anzahl Düsen werden verschiedene Eigenschaften, aber auch Möglichkeiten erhalten. Auch die Größe der Düsen beeinflusst die Lüftungsmöglichkeiten. Je mehr und kleinere Düsen wir haben, desto größer sind die Variationsmöglichkeiten.
Die mit Hilfe der Düsenauslässe auf einfache Art und Weise erzeugten Strahlprofile können bis ins Unendliche variiert werden. Somit sind einfach folgende Varianten erhältlich:
- Verteilung im Umkreis
- 1-, 2-, 3- und 4-seitige Ausbreitung
- Tangentiale Ausbreitung
- Vertikale Ausbreitung
- Gleichzeitig sowohl vertikale als auch horizontale Ausbreitung
Die tangentiale Ausbreitung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Normalerweise werden alle Düsen auf die gleiche Art gerichtet, d.h. im oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Mit Hilfe dieser Einstellung wird die höchste Induktionswirkung erzielt. Wenn einer kurzen Wurftweite Priorität eingeräumt wird, können die Düsen so eingestellt werden, dass ein Impulsverlust erhalten wird. Sind die Düsen in Kreisen platziert, kann jeder zweite Düsenkreis entgegen dem Uhrzeigersinn und jeder zweite nach dem Uhrzeigersinn gerichtet werden. Dies führt zu einem großen Impulsverlust und damit zu einer kürzeren Wurfweite.
Andere Faktoren von großer Bedeutung, auch wenn diese selten genannt werden, ist die Austrittrichtung der Zuluft, direkt beim Verlassen des Auslasses (der Düse). Damit der Impulsverlust nicht zu groß wird, muss die Luft eine Austrittrichtung haben, die parallel mit der Deckenfläche ist, siehe Abbildung 30. Dies ist in den Fällen wichtig, in denen hohe Untertemperaturen ausgenutzt werden sollen. Die Anwendung von Rotationsauslässen wird gerade mit der Ausnutzung hoher Untertemperaturen motiviert. Erfüllen weder Düse noch Schlitz diese Forderungen, können die thermischen Kräfte bei hohen Untertemperaturen im Vergleich mit dem Coanda-Effekt dominieren. Nicht wünschenswerte Strahlprofile können hierbei leicht die Folge sein. Ein Vergleich zwischen den Düsen von Swegon und den Schlitzen oder anderen Düsen, die in Europa vermarktet werden, zeigt einen eindeutigen Vorteil zugunsten unserer Düsenauslässe.
Abbildung 41.Das Prinzip einer Swegon-Düse.
Nachstehende Tabelle zeigt eine einfache Zusammenstellung der charakteristischen Eigenschaften der gewöhnlichsten Auslässe: