Kein Zugluftrisiko durch einstellbare Wurfweite

27.02.2013 | Veröffentlicht in Ausgabe 03-2013

Abb. 1 Herkömmliche Luftauslässe werden für den Dimensionierungsfall ausgelegt und eingestellt (links); bei einer Verringerung des Volumenstroms verändert sich ihr Strömungsbild und die Gefahr von Zugluft steigt (rechts, hellblau), durch eine Anpassung des Raumluftstrahls kann dies beim Luftauslass Optimix Active Diffuser verhindert werden (rechts, dunkelblau). - © Fläkt Woods — © Fläkt Woods

Abb. 1 Herkömmliche Luftauslässe werden für den Dimensionierungsfall ausgelegt und eingestellt (links); bei einer Verringerung des Volumenstroms verändert sich ihr Strömungsbild und die Gefahr von Zugluft steigt (rechts, hellblau), durch eine Anpassung des Raumluftstrahls kann dies beim Luftauslass Optimix Active Diffuser verhindert werden (rechts, dunkelblau).

Die Ansprüche an raumlufttechnische Anlagen mit Heiz- und Kühlfunktion sind hoch: Sie sollen energieeffizient arbeiten und dafür Luftmenge und Temperatur an den tatsächlichen Bedarf anpassen, nahezu geräuschlos sein und sich technisch und ästhetisch ins Raumkonzept einfügen. Bisher ließen sich diese Anforderungen nicht so kombinieren, dass unter allen Nutzungsbedingungen das Auftreten von Zugluft auszuschließen war. Nun gibt es eine Lösung: Einen Luftauslass, bei dem der Raumluftstrahl an die jeweilige Betriebssituation angepasst wird.

Kompakt informieren

Insbesondere bei Impulslüftungssystemen steigt bei vermindertem Volumenstrom an den Luftauslässen das Zugluftrisiko erheblich. Bei Teillast vorhandene Energieeinsparpotenziale können dadurch ohne Komfortverlust nur teilweise erschlossen werden.
Bei dem Luftauslass Optimix Active Diffuser kann der Luftaustrittsspalt mithilfe eines einzigartigen Reglers so verändert werden, dass die Wurfweite bei einer Anpassung des Volumenstroms an den tatsächlichen Bedarf konstant bleibt.
Durch diese dynamische Anpassung der Strömungscharakteristik des Luftauslasses wird der ohne Zugluftrisiko nutzbare Teillastbereich deutlich erweitert.

„In bedarfsgesteuerten Lüftungssystemen war es bisher mit konventionellen Luftauslässen nicht möglich, ganzjährig eine komplett zugfreie Klimatisierung zu erreichen. Bei der Auslegung und Planung musste man bezüglich des Komforts deutliche Kompromisse eingehen“, erläutert Olof Borgström, Projektverantwortlicher bei Fläkt Woods. Zugluft entsteht, wenn die Wurfweite von Luftauslässen durch eine Verringerung des Luftvolumenstroms verkürzt wird und dadurch der Luftstrahl den Aufenthaltsbereich vor dem Abbau seiner Geschwindigkeit bzw. seiner Temperaturdifferenz gegenüber der Raumluft durch Induktion erreicht.

Besonders häufig tritt das Teillast-Zugluftproblem bei Anlagen mit variablen Luftvolumenströmen auf Abb. 1, wenn man die nutzungsabhängig oft erheblichen Energieeinsparpotenziale erschließen will. Um auch bei diesen Anlagen eine bedarfsgerechte Steuerung der Klimatechnik ohne Zugluft zu ermöglichen, entwickelte das finnische Unternehmen Fläkt Woods den neuen Luftauslass Optimix Active Diffuser. Er basiert auf einem speziellen Kennfeldregler, mit dessen Hilfe sich die Wurfweite nach Bedarf einstellen und so das Zugluftrisiko vermeiden lässt.

VAV/VAS/VAP-Antrieb

Mit dem Entwurf des neuartigen Reglers beauftragte Fläkt Woods die Gruner AG. „Obwohl es einen Regler mit dieser Funktion bisher noch nicht gab, konnten wir bei der Entwicklung auf unsere Erfahrungen im VAV-Bereich aufbauen“, berichtet Dr.-Ing. Wolfgang Spreitzer, Vorstand der Gruner AG für den Geschäftsbereich Stellantriebe. Allerdings mussten dafür mehrere regeltechnische und mechanische Hürden überwunden werden: Spreitzer: „Die größte Schwierigkeit lag darin, mehrdimensionale Abhängigkeiten wie statischen Druck, dynamischen Druck und Fahrweg so zu verknüpfen, dass eine Regelung überhaupt erst möglich wurde.“

Der neue Regler kann sowohl das variable Luftvolumen (VAV) als auch die variable Luftgeschwindigkeit (VAS) und den variablen Luftdruck (VAP) kontrollieren. Er ist der einzige kompakte lineare VAV/VAS/VAP-Antrieb, der über eine integrierte Schaltung verfügt und damit die normalerweise üblichen separaten Schalteinheiten überflüssig macht. „Das Gerät kombiniert die drei Reglereinheiten mit einem Stellantrieb mit einer möglichen Anfangskraft von 150 N“, erläutert Spreitzer. Die dritte Komponente ist ein dynamischer Differenzdrucksensor, der mit einem niedrigen Durchfluss von weniger als 2 ml/min quasi statisch ist. Der Regler wird derzeit exklusiv im Optimix Active Diffuser verbaut.

Einstellbare Wurfweite

Das Besondere an dem neuen Zuluftdurchlass ist, dass die Wurfweite des Raumluftstrahls eingestellt werden kann. „Diese Möglichkeit gab es bis jetzt bei keinem anderen Luftauslass“, sagt Borgström. Am Luftaustritt befindet sich eine Drosselscheibe, die vertikal angepasst werden kann und automatisch durch den Gruner-Regler bewegt wird.

Bei einem variablen Luftvolumenstrom kann die Wurfweite konstant gehalten werden, indem die Drosselscheibe in die entsprechende Position bewegt und der Luftaustrittsspalt vergrößert oder verkleinert wird Abb. 2. „Wenn eine größere Luftmenge benötigt wird, beispielsweise weil die Personenzahl im Raum gestiegen ist, öffnet sich der Luftaustrittsspalt und die Austrittsgeschwindigkeit wird automatisch abgesenkt“, erläutert Borgström. „Umgekehrt verkleinert sich der Luftaustrittsspalt und die Austrittsgeschwindigkeit wird erhöht, wenn die CO₂-Konzentration sinkt, weil Personen den Raum verlassen haben und nun zur Einhaltung des Sollwerts eine kleinere Luftmenge ausreicht.“

Auf diese Weise bleibt der Coandâ-Effekt („Entlanglaufen“ eines Gasstrahls an einer Oberfläche) bestehen und zu hohe Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich werden vermieden. Da die Wurfweite immer konstant gehalten wird, sinkt die kalte Luft auch bei niedriger Austrittsgeschwindigkeit nicht zu schnell (vor einer Vermischung mit der Raumluft) ab. Bei einer Anpassung der Austrittsgeschwindigkeit besteht der Vorteil, dass die Raumluftstrahlen benachbarter Auslässe nicht gestört werden. Diese würden sich bei einer Erhöhung der Wurfweite überschneiden und eine veränderte Luftverteilung im Raum bewirken.

Durch den neuen Regler bleibt die ursprüngliche raumspezifische Einstellung zu Streuung und Wurfweite erhalten. Werden später Anpassungen gewünscht, können diese von einem Techniker sehr einfach mit einem Schraubendreher vorgenommen werden. Der eingestellte Wert wird anschließend im LCD-Feld des Reglers in Metern angegeben Abb. 3.

Effektivere Kühlung

Im Gegensatz zu anderen Klimasystemen führt eine Erhöhung der Kühlleistung nicht mehr zu einer ungleichmäßigen Verteilung kalter Luft. So ermöglicht die konstante und kontrollierte Wurfweite eine um 30 % effektivere Kühlung: Während bei herkömmlichen Systemen üblicherweise eine Leistung von ungefähr 70 W/m² zugfrei abgedeckt werden kann, sind es beim Optimix Active Diffuser über 100 W/m². Durch die besseren Regulierungsmöglichkeiten ist der Luftauslass zudem auch besonders leise.

Die Entwicklung hat sich bereits bewährt: 2012 lieferte Fläkt Woods 1300 Optimix Active Diffusers mit dem Regler von Gruner für ein Großprojekt in Paris. Borgström: „Mit der Funktion des Stellmotors von Gruner sind wir voll zufrieden. Wir schätzen an der Kooperation insbesondere die innovativen Lösungen, die offene Zusammenarbeit und die schnelle Reaktionszeit.“ DR

Weitere Fachberichte zum Thema enthält das TGAdossier Raumluftströmung: Webcode 1148