Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage mit einer Decken- und/oder Bodenheizung in einem hierzu über eine Sonde mit geothermischer Energie gespiesenen Gebäude mit Boden- und/oder Deckenplatten aus Beton und einem Rohrsystem mit Vor- und Rücklaufstrang, in dem ein Wärmetransportmedium umgewälzt wird. Die Erfindung betrifft ferner Mittel zur Ausübung dieses Verfahrens.
So genannte Bodenheizungen oder Deckenheizungen sind bereits seit vielen Jahren bekannt. Es sind dies Heizungen, bei denen auf oder unter der Boden- und /oder Deckenplatte ein Rohrsystem verlegt ist, durch welches ein Wärmetransportmedium gepumpt wird. Das Wärmetransportmedium kann dabei auf verschiedenste Arten erwärmt werden mittels erneuerbaren oder nicht erneuerbaren Energien, wie beispielsweise Erd- oder Biogas, Kohle, Holz oder Heizöl oder mittels Solar- oder geothermischer Energie. Dabei kennt man insbesondere zwei verschiedene Betriebsverfahren, nämlich schnell ansprechende Heizungsanlagen, die im Hoch- oder Mitteltemperaturbereich arbeiten und eher träge Systeme, die im Niedertemperaturbereich arbeiten. Im Niedertemperaturbereich wird eine solche Heizungsanlage bei Temperaturen von üblicherweise 25-35 DEG C betrieben.
Die bereits erwähnten Heizungsanlagen im Hoch- bzw. Mitteltemperaturbereich arbeiten bei Temperaturen von ca. 30-70 DEG C.
Üblicherweise wird bei den bekannten Heizungsanlagen die Heizung aufgrund der ermittelten Raumtemperatur betrieben. Wird eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert festgestellt, so springt die Heizung an und die gewünschte Endtemperatur soll möglichst schnell erreicht werden. Hierbei spielen verschiedene Faktoren eine Rolle. Je grösser der Temperaturgradient zwischen Heizungstemperatur und Raumtemperatur ist, um so schneller ist die Heizung spürbar wirksam. Hierbei neigt man natürlich immer auch zur Übersteuerung des Systems. Eine weitere Grösse, die zu berücksichtigen ist, ist die Grösse der Oberfläche, die der Wärmekonduktion bzw. Wärmeradiation dient. Bei Bodenheizungen und Deckenheizungen wird meist vollflächig gefahren, sodass dies kaum mehr eine variable Grösse ist.
Die Trägheit des Systemes ist auch davon abhängig, wie tief die Rohre unterhalb der Konduktions- bzw. Konvektionsflächen liegen. Von dieser Logik ausgehend hat man die Rohre immer direkt auf der Ober- oder Unterfläche der monolithischen Boden- und/oder Deckenplatte aus Beton befestigt. Bei grösseren Platten werden die Flächen in Teilflächen unterteilt und jede Teilfläche enthält ein in sich geschlossenes Rohrsystem. Ein solches Rohrsystem wird üblicherweise als Rohrregister bezeichnet. Die einzelnen Rohrregister sind dann über Vor- und Rücklaufstränge miteinander verbunden.
Um die Einsatzzeit der Heizungsanlage möglichst kurz zu halten, ist man auf kurze Ansprechzeiten angewiesen. Die kurzen Einsatzzeiten sind bei den meisten Energiearten auch gleich geringerem Energieaufwand. Entsprechend hat man die Register möglichst nahe an die Oberflächen verlegt bzw. möglichst flach gestaltet, sodass über die Betonplatte, auf der die Leitungen verlegt sind, eine möglichst niedrige Mörtel- oder Feinbetonschicht aufgetragen werden musste. Auch die Dichte der zu verlegenden Rohre pro m<2> hat die erwähnten Funktionen beeinflusst.
Auch bei der Verwendung von geothermischer Energie wurde bis heute nicht anders verfahren. Es wurden auch keine anderen Überlegungen diesbezüglich angestellt.
Bei den heutigen, erheblich verbesserten Energiedämmsystemen ist es heute ohne prohibitive Mehrkosten möglich, so genannte hochisolierte Gebäude zu erstellen. Insbesondere in Büro- und Gewerbegebäuden hat man bei solchen hochisolierten Bauwerken festgestellt, dass oft ein Wärmeenergieüberschuss vorhanden ist. Dieser Wärmeenergieüberschuss muss abgeführt werden. Da aber nicht generell ein Wärmeüberschuss vorhanden ist, benötigt man natürlich trotzdem eine Heizung. Bisher hat man normalerweise den Energieüberschuss über Lüftungssysteme abgeführt.
Versuche haben nun in letzter Zeit gezeigt, dass bei Gebäuden, die mit Boden- und/oder Deckenplatten-Heizungssystemen ausgerüstet sind und mittels geothermischer Energie gespiesen werden, auch die überschüssige Wärmeenergie über dasselbe System, über welches Wärme zugeführt wird, ebenso Wärme abgeführt werden kann und wieder an das Erdreich abgegeben werden kann. Für ein so zu betreibendes Heizungssystem waren die bisherigen Verfahren nicht optimal.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Decken- und/oder Bodenheizung gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, bei dem man unter Nutzung von geothermischer Energie optimal arbeiten kann. Ferner wird ein Mittel vorgeschlagen zur Ausübung des erwähnten erfinderischen Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 6.
Bezüglich der Mittel zur Realisation einer Boden- bzw. Deckenheizung kann rein beispielsweise auf die folgenden Schutzrechte hingewiesen werden, nämlich EP-A-0 662 547, EPA-0 278 489 oder EP-B-0 074 490. All diese Systeme zeigen mehrlagige Platten, bei denen die Rohre eines Rohrregisters möglichst einfach und schnell nahe den Oberflächen verlegt werden können.
Von diesem Trend völlig abweichend zeigt die EP-A-0 385 148 eine Bodenheizung, bei der Heizungsrohre einer Bodenplatte aus Beton innerhalb eines Bewehrungsgitters verlegt werden. Bei einer solchen Betonplatte, die im Ortsbetonbau erstellt wird, befinden sich die Heizungsrohre eines Registers relativ genau im Zentrum der Betonplatte. Die Überlegung, die zu dieser Variante geführt hat, besteht darin, dass man der Meinung war, dass Heizungsrohre, die beispielsweise in der oberen Bewehrungsebene angeordnet sind, zu Druckspannungen im oberen Bereich der Platten führen und dass man folglich, um Temperaturdifferenzen in der Betonplatte zu vermeiden, die Heizungsrohre weder auf noch unter derselben anordnen solle und schon gar nicht in Bezug auf die Plattenhöhe exzentrisch darin anbringen solle, sondern vielmehr die Heizungsrohre zentrisch in der Betonplatte anbringen solle.
In diesem Dokument ist weder ein Hinweis auf die Temperaturen gemacht, die hier zur Anwendung kommen, noch wird auf die zu verwendende Energie hingewiesen. Für die bis heute bekannten Verfahren zur Raumtemperaturerzeugung ist eine solche Anordnung der Heizungsrohre für den Fachmann erkenntlich unrichtig bzw. praktisch nicht steuerbar. Die Trägheit einer solchen Heizung, wenn sie wie bisher bekannt in den Temperaturbereichen von üblichen Niedertemperaturheizungen oder gar Mittel- oder Hochtemperaturheizungen verwendet werden würde, wäre eine pendelnde Temperaturführung die Folge. Aus diesem Grund konnte der Fachmann auf dem Gebiet der Boden- und Deckenheizungen aus dieser Offenbarung keine brauchbare Lösung entnehmen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von Mitteln zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Boden- oder Deckenplatte senkrecht zur Verlaufsrichtung der Heiz- bzw. Kühlrohre;
Fig. 2 einen ebensolchen Vertikalschnitt durch eine Deckenplatte, die als Vollmontagedecke konzipiert ist und
Fig. 3 einen Verlegeplan zur Verlegung eines Rohrregisters in einer Bodenplatte.
Fig. 4 einen grafischen Vergleich bekannter Heizbetriebsverfahren mit dem erfindungsgemässen Heizbetriebsverfahren.
Wenn nachfolgend in dieser Beschreibung von Heizen oder Heizverfahren gesprochen wird, so wird hierbei lediglich dem allgemeinen Sprachgebrauch gefolgt, obwohl es korrekterweise Verfahren zum Betrieb einer Decken- und/oder Bodenheizung heissen sollte. Fachmännisch soll hierunter jedoch ganz generell die Raumtemperaturerzeugung verstanden werden. Hierbei interessieren lediglich die so genannten Boden- beziehungsweise Deckenheizungen, bei denen in der Boden- und/oder Deckenplatte Rohrsysteme verlegt sind, durch welche ein Wärmetransportmedium gepumpt wird. In der Fig. 4 ist grafisch dargestellt, wie der Temperaturverlauf des Wärmetransportmediums über die Zeit bei verschiedenen Heizverfahren typischerweise aussieht. Die oberste Kurve a symbolisiert den Temperaturverlauf des Heizmediums bei einer Normaltemperatur- oder Hochtemperaturheizung.
Das Wärmetransportmedium wird dabei über eine relativ grosse Bandbreite aufgeheizt und durch Abgabe an den Raum wieder abgekühlt. Die Einsatzzeiten der Heizung sind relativ kurz und die Ruhezeiten eher länger als die Heizungszeiten. Der übliche Temperaturbereich des Wärmetransportmediums variiert hierbei zwischen 30 und 70 DEG C, häufig jedoch eher zwischen 35 und 60 DEG C, wie hier dargestellt. Eine solche Heizung spricht sehr schnell an und ist insbesondere im Wohnbereich und bei kleineren Baueinheiten üblich. Normalerweise werden diese Heizungen mit nicht erneuerbaren Energieformen gespiesen. Insbesondere handelt es sich hierbei um Heizungsanlagen mit Brennkammern.
Die Steuerung solcher Heizungsanlagen erfolgt üblicherweise über eine Kombination von Thermostaten, welche die Raumtemperatur und die Aussenlufttemperatur berücksichtigen.
Die Kurve b zeigt wiederum den Verlauf der Temperatur eines Wärmetransportmediums während eines Zeitraumes, diesmal jedoch bei einer bekannten Niedertemperaturheizung. Niedertemperaturheizungen sind vor allem im Einsatz bei Heizungsanlagen, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, wie beispielsweise mit thermischen Sonnenkollektoranlagen oder geothermisch gespiesenen Anlagen. Der hier übliche Temperaturbereich des Wärmetransportmediums schwankt zwischen 25 und 35 DEG C. Bedingung ist dabei, dass das Gebäude einen relativ hohen Isolationsstandard aufweist. Bei solchen Anlagen sind üblicherweise die Heizeinsatzzeiten länger, ebenso die Stillstandzeiten der Heizungsanlage. Wiederum wird die Heizung mittels Thermostaten gesteuert, die die Raumtemperatur und die Aussentemperatur berücksichtigen.
Eine solche Heizungsanlage ist gegenüber der vorher beschriebenen relativ träge und die Raumtemperaturschwankungen im Gebäude merklich. Auch diese Anlagen sind eher im Wohnungsbau üblich, aber auch bei Anlagen, bei denen industrielle Abwärme zur Heizung genutzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird repräsentiert durch die Kurve c. Der Temperaturbereich, in dem sich das Wärmetransportmedium bewegt, liegt hier zwischen 12 DEG und 25 DEG C oder wie hier dargestellt normalerweise zwischen 22,5 DEG und 16 DEG C. Ein derart geringes Temperaturgefälle ist nur erreichbar bei hochisolierten Gebäuden, die mit einem Boden- und/oder Deckenplattensystem geheizt werden, welches die erfindungsgemässen Mittel aufweist. Denn zwingend muss hier mit einem grossen Wärmespeicher gearbeitet werden, um die hier dargestellte flache Temperaturkurve zu erzielen. Entsprechend wird nicht wie üblich bei Boden- bzw. Deckenheizungen die Bodenplatte bzw. Deckenplatte als Konvektionsfläche zur Wärmeabgabe genutzt, sondern insbesondere als Speichervolumen genutzt.
Entsprechend werden die Rohre des Rohrsystemes nicht möglichst nahe der Abstrahlfläche angeordnet und gegenüber dem Kern der Platte isoliert, wie dies bis heute üblich ist, sondern die Platte selber wird insgesamt möglichst auf einer gleich bleibenden Temperatur gehalten. Um dies zu erzielen, wird die Heizung so betrieben, dass die gesamte Betonplatte als Wärmespeicher genutzt wird. Bei einem solchen Verfahren entspricht die Raumtemperatur annähernd der Temperatur der betonierten Boden- und/oder Deckenplatte. Daher lässt sich eine solche Heizungsanlage auch ausgesprochen einfach regulieren. Zur Steuerung des Verfahrens genügt es praktisch, die Temperaturdifferenz des Wärmetransportmediums im Vorlaufstrang und im Rücklaufstrang zu ermitteln, um daraus festzustellen, ob der Boden- und/oder Deckenplatte Energie zugeführt oder abgeführt werden muss.
Um dies zu ermöglichen, wird entsprechend eine solche Heizungsanlage mit einer Temperatur von ca. 10 DEG bis 20 DEG C im Bereich der geothermischen Sonde betrieben. Dies erlaubt mit einer relativ leistungsschwachen Wärmepumpe die eventuell erforderliche Energie zuzuführen bzw. überschüssige Energie aus dem Gebäude mittels dem Wärmetransportmedium in das Erdreich abzugeben. Insbesondere bei Büro- und Gewerbegebäuden hat man festgestellt, dass die Abwärme der Beleuchtung, Kopiergeräte und Rechnungsanlagen bzw. Produktionsanlagen derart viel Energie an die Umgebung abgibt, dass bei hochisolierten Gebäuden meist ein Energieüberschuss vorhanden ist. Lediglich bei extrem tiefen Aussentemperaturen oder nach längeren Betriebsunterbrüchen besteht ein Bedürfnis nach Energiezufuhr.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird nun praktisch ununterbrochen Wärmetransportmedium in der gewünschten Temperatur dem Rohrsystem zugeführt. Hierbei wird wie eingangs erwähnt nicht wie üblich zwischen Heizen und Kühlen unterschieden. Diese Relation ist ohnehin problematisch, da bei einer geothermischen Heizungsanlage die Wärmedifferenz ausgehend von der Temperatur an der Erdsonde berücksichtigt werden müsste.
Voraussetzung für das erfindungsgemässe Verfahren zur Raumtemperaturerzeugung ist eine gute Nutzung der Boden- beziehungsweise Deckenplatte als Wärmespeicher. Wie dies erreicht werden kann, wird anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen aufgezeigt.
In der Fig. 1 ist eine so genannte Teilmontagedecke aus Platten dargestellt. Da eine solche Decke praktisch immer zwischen zwei Stockwerken angeordnet ist, stellen die Deckenplatten gleichzeitig auch Bodenplatten dar. Die Version nach der Fig. 1 zeigt eine Deckenplatte, die aus einem vorgefertigten Betonelement hergestellt worden ist. Die vorgefertigte Betonplatte ist hierbei eine reine Zugplatte, in der lediglich eine Zugarmierung untergebracht ist. Eine solche, vorgefertigte Betonplatte wird beim zu erstellenden Gebäude verlegt und darauf vor Ort eine Druckarmierung verlegt, gewünschte Verteilsysteme wie elektrische Leitungen und Kabel sowie eventuelle Lüftungszu- und ableitungen eingezogen und daraufhin ein Ortsbeton gegossen.
Zwischen der vorgefertigten Betonplatte und der Betonplatte, die als Ortsbetonplatte erstellt wird, werden keine Gleitfolien, Isoliermatten oder dergleichen angeordnet, sodass insgesamt eine monolithische Struktur entsteht. Damit ist sicher gestellt, dass die Heizungsrohre bzw. Kühlrohre die Wärme des Wärmetransportmediums problemlos an das gesamte Speichermedium übergeben können, nämlich an die Betonplatte. Wegen der monolithischen Struktur ist dabei die Anordnung der Rohre, die das Kühl- bzw. Heizregister bilden, innerhalb der Betonplatte in Bezug auf deren Distanz zur Ober- bzw. Unterfläche kaum noch relevant. Wesentlich ist nur die relative Homogenität in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit der Platte. Eine solche Boden- bzw. Deckenplatte, die aus einem vorgefertigten Betonelement hergestellt ist, welche lediglich Zugarmierungen enthält sowie das Kühl- bzw.
Heizregister ist relativ dünn und entsprechend leicht, weshalb es grossflächig gefertigt werden kann, ohne dabei unüberwindliche Transportprobleme zu stellen. Da alle anderen Verteilsysteme wie elektrische Leitungen in der vor Ort darüber anzulegenden Ortsbetonplatte untergebracht werden können, ist eine solche Betonplatte 1 auch äusserst flexibel in der Anwendung.
In der Zeichnung ist die vorgefertigte Betonplatte mit 1 bezeichnet. Die Betonplatte enthält eine Zugarmierung 2 sowie ein Kühl- bzw. Heizregister mit entsprechenden Rohren 3. Über der vorgefertigten Betonplatte 1 ist eine Druckplatte 4 aus Ortsbeton gelegt. In der Ortsbetonplatte sind beispielsweise elektrische Leitungen 5 oder Lüftungsleitungen 6 verlegt. Die Druckarmierungen 7 werden ebenfalls erst an Ort und Stelle erstellt.
Wie die Rohrleitungen 3 in der vorgefertigten Betonplatte 1 vorteilhaft verlegt werden, ist in der Fig. 3 dargestellt. Vorteilhafterweise wird man in einem ecknahen Bereich die Zufuhr- und Ableitungsstutzen der Rohrleitungen einer einzelnen Platte in einem randständigen Raumaussparkörper 10 münden lassen. Vorlaufstutzen 8 und Rücklaufstutzen 9 münden somit im gleichen Raumaussparkörper 10. Dieser wird normalerweise aus einem geschäumten Formkörper gefertigt. Nach Entfernung des Raumaussparkörpers 10 verbleibt hier genügend Raum, um die erforderlichen Verbindungen der Rück- und Vorlaufstutzen mit dem Hauptvor- bzw. Hauptrücklaufstrang mittels Schweissmuffen herzustellen. Normalerweise verwendet man hierzu Elektroschweissmuffen.
In der Fig. 2 ist eine Boden- und/oder Deckenplatte einer so genannten Vollmontagedecke dargestellt. Auch hier handelt es sich um eine vorgefertigte Betonplatte 1. Die gesamte vorgefertigte Betonplatte 1 besteht hier aus einer Zugplatte 20 und einer Druckplatte 40, die zueinander distanziert und über Längsstege 30 miteinander verbunden sind. Die vorgefertigte Betonplatte 1 besteht somit wiederum monolithisch aus der Zugplatte 20, der Druckplatte 40 und den dazwischen angeordneten Längsstegen 30. Die so verbleibenden Längshohlräume 50 werden mit einem Wärmedämmmittel ausgefüllt. Die Längshohlräume 50 können aber auch in idealer Weise zur Verlegung von Leitungen genutzt werden.
Bei einer solchen Gestaltung wird man vorzugsweise sowohl in der Zugplatte 20 als auch in der Druckplatte 40 Rohrleitungen 3 als Heiz- bzw. Kühlregister verlegen. Zwischen den einzelnen vorgefertigten Betonplatten 1 gemäss der Fig. 2 wird in Ortsbeton lediglich zwischen zwei benachbarten vorgefertigten Betonplatten noch je eine Längsrippe gegossen. Auch hier entfällt das Anbringen von Gleitfolien- oder Isolationsschichten und insbesondere auch wie in der erstbeschriebenen Lösung das Anbringen eines Estrichs. Während bei bekannten Lösungen die Heizrohrregister über der Betonplatte in der Estrichschicht verlegt sind, entfällt bei der erfindungsgemässen Lösung die Estrichschicht. Die Benutzungsoberfläche kann direkt auf der Ortsbetonplatte in der Ausführung nach Fig. 1 oder auf der Druckplatte des vorgefertigten Elementes bei der Ausführung nach Fig. 2 verlegt werden.
Im Falle eines Produktions- oder Lagerraumes kann diese oberste Betonschicht direkt als Nutzoberfläche verwendet werden.
Die Verlegung von Heizungs- bzw. Kühlregisterrohren in einer vorgefertigten Boden- bzw. Deckenplatte wurde bisher nicht realisiert. Ohne die Nutzung des erfindungsgemässen Betriebsverfahrens machen aber solche vorgefertigten Betonplatten mit integrierter Boden- bzw. Deckenheizung keinen Sinn.
The present invention relates to a method for operating a heating system with a ceiling and / or floor heating in a building supplied with a probe with geothermal energy with floor and / or ceiling panels made of concrete and a pipe system with a flow and return line, in which a Heat transfer medium is circulated. The invention further relates to means for performing this method.
So-called floor heating or ceiling heating have been known for many years. These are heaters in which a pipe system is laid on or under the floor and / or ceiling plate, through which a heat transport medium is pumped. The heat transport medium can be heated in a variety of ways using renewable or non-renewable energies, such as natural or biogas, coal, wood or heating oil, or by means of solar or geothermal energy. In particular, two different operating methods are known, namely quickly responding heating systems that work in the high or medium temperature range and rather sluggish systems that work in the low temperature range. In the low temperature range, such a heating system is operated at temperatures of usually 25-35 ° C.
The already mentioned heating systems in the high and medium temperature range work at temperatures of approx. 30-70 ° C.
In the known heating systems, the heating is usually operated on the basis of the determined room temperature. If a deviation of the actual value from the setpoint is determined, the heating starts and the desired final temperature should be reached as quickly as possible. Various factors play a role here. The greater the temperature gradient between the heating temperature and room temperature, the faster the heating is noticeably effective. Of course, you always tend to override the system. Another size that has to be considered is the size of the surface that is used for heat conduction or heat radiation. Floor heating and ceiling heating are usually driven over the entire surface, so that this is hardly a variable size.
The inertia of the system also depends on how deep the pipes are below the conduction or convection surfaces. Based on this logic, the pipes have always been attached directly to the upper or lower surface of the monolithic concrete floor and / or ceiling slab. With larger panels, the areas are divided into partial areas and each partial area contains a self-contained pipe system. Such a pipe system is usually referred to as a pipe register. The individual pipe registers are then connected to one another via supply and return lines.
In order to keep the operating time of the heating system as short as possible, short response times are required. The short operating times for most types of energy are also less energy. Accordingly, the registers were laid as close as possible to the surfaces or made as flat as possible, so that the lowest possible layer of mortar or fine concrete had to be applied over the concrete slab on which the lines are laid. The density of the pipes to be laid per m <2> also influenced the functions mentioned.
To date, no other procedure has been followed when using geothermal energy. No other considerations were made in this regard.
With today's significantly improved energy insulation systems, it is now possible to construct so-called highly insulated buildings without prohibitive additional costs. In office and commercial buildings in particular, it has been found in such highly insulated buildings that there is often an excess of thermal energy. This excess heat energy must be dissipated. However, since there is generally no excess heat, you still need heating. So far, the excess energy has usually been dissipated via ventilation systems.
Tests have recently shown that in buildings which are equipped with floor and / or ceiling plate heating systems and are fed by geothermal energy, the excess heat energy can also be dissipated via the same system via which heat is supplied and can be returned to the ground. The previous methods were not optimal for a heating system to be operated in this way.
It is therefore the object of the present invention to provide a method for operating a ceiling and / or floor heating according to the preamble of claim 1, in which one can work optimally using geothermal energy. Furthermore, a means is proposed for exercising the inventive method mentioned with the features of patent claim 6.
With regard to the means for realizing a floor or ceiling heating, reference can be made, for example, to the following protective rights, namely EP-A-0 662 547, EPA-0 278 489 or EP-B-0 074 490. All of these systems show multi-layer panels in which the pipes of a pipe register can be laid as easily and quickly as possible near the surfaces.
Completely deviating from this trend, EP-A-0 385 148 shows floor heating in which heating pipes of a concrete floor slab are laid within a reinforcement grid. With such a concrete slab, which is created in in-situ concrete construction, the heating pipes of a register are located relatively exactly in the center of the concrete slab. The consideration that led to this variant is that it was believed that heating pipes, which are arranged, for example, in the upper reinforcement level, lead to compressive stresses in the upper area of the slabs and, consequently, to temperature differences in the concrete slab Avoid placing the heating pipes neither on nor under the same and certainly not eccentrically placing them in relation to the plate height, but rather installing the heating pipes centrally in the concrete plate.
This document makes no reference to the temperatures that are used here, nor does it refer to the energy to be used. Such an arrangement of the heating pipes is evidently incorrect or practically impossible to control for the person skilled in the art for the processes known to date for generating room temperature. The inertia of such a heating system, if it would be used in the temperature ranges of conventional low-temperature heating systems or even medium or high-temperature heating systems, would result in an oscillating temperature control. For this reason, the person skilled in the field of floor and ceiling heating could not find a usable solution from this disclosure.
The drawing shows two exemplary embodiments of means for carrying out the method according to the invention. It shows:
Figure 1 is a vertical section through a floor or ceiling plate perpendicular to the direction of the heating or cooling pipes.
Fig. 2 shows such a vertical section through a ceiling plate, which is designed as a fully assembled ceiling and
Fig. 3 shows a laying plan for laying a pipe register in a floor slab.
4 shows a graphic comparison of known heating operating methods with the heating operating method according to the invention.
When heating or heating processes are referred to in this description, only general usage is followed, although it should correctly mean processes for operating a ceiling and / or floor heating system. From a technical point of view, however, this should generally be understood to mean the generation of room temperature. The only thing of interest here is the so-called floor or ceiling heating system, in which pipe systems are installed in the floor and / or ceiling panel, through which a heat transport medium is pumped. FIG. 4 shows graphically how the temperature profile of the heat transport medium typically looks over time in different heating processes. The uppermost curve a symbolizes the temperature profile of the heating medium with normal or high temperature heating.
The heat transport medium is heated up over a relatively wide range and cooled down by being released into the room. The heating's operating times are relatively short and the rest periods are longer than the heating periods. The usual temperature range of the heat transfer medium varies between 30 and 70 ° C, but often between 35 and 60 ° C, as shown here. Such a heater responds very quickly and is particularly common in the living area and for smaller units. Usually these heaters are supplied with non-renewable forms of energy. In particular, these are heating systems with combustion chambers.
Such heating systems are usually controlled using a combination of thermostats that take the room temperature and the outside air temperature into account.
Curve b again shows the course of the temperature of a heat transport medium over a period of time, but this time with a known low-temperature heating. Low-temperature heating systems are primarily used in heating systems that are operated with renewable energies, such as thermal solar collector systems or geothermally powered systems. The usual temperature range of the heat transfer medium fluctuates between 25 and 35 ° C. The condition is that the building has a relatively high insulation standard. In such systems, the heating times are usually longer, as are the downtimes of the heating system. Again, the heating is controlled by thermostats that take into account the room temperature and the outside temperature.
Such a heating system is relatively sluggish compared to the previously described and the room temperature fluctuations in the building are noticeable. These systems are also more common in residential construction, but also in systems in which industrial waste heat is used for heating.
The method according to the invention is represented by curve c. The temperature range in which the heat transport medium moves is between 12 DEG and 25 DEG C or, as shown here, normally between 22.5 DEG and 16 DEG C. Such a small temperature gradient can only be achieved in highly insulated buildings with a floor and / or ceiling plate system which has the means according to the invention. Because it is imperative to work with a large heat accumulator in order to achieve the flat temperature curve shown here. Accordingly, the floor plate or ceiling plate is not used as a convection surface for heat dissipation, as is customary in floor or ceiling heating, but is used in particular as a storage volume.
Accordingly, the pipes of the pipe system are not arranged as close as possible to the radiation surface and insulated from the core of the plate, as is still the case today, but the plate itself is kept at a constant temperature as far as possible. To achieve this, the heating is operated so that the entire concrete slab is used as a heat store. In such a method, the room temperature corresponds approximately to the temperature of the concrete floor and / or ceiling slab. Therefore, such a heating system can be regulated very easily. To control the process, it is practically sufficient to determine the temperature difference of the heat transport medium in the flow line and in the return line in order to determine whether energy has to be added or removed to the floor and / or ceiling plate.
To make this possible, such a heating system is operated at a temperature of approximately 10 ° to 20 ° C. in the area of the geothermal probe. With a relatively low-performance heat pump, this allows the energy that may be required to be supplied or excess energy to be released from the building into the ground using the heat transport medium. In office and commercial buildings in particular, it has been found that the waste heat from the lighting, copiers and billing systems or production systems releases so much energy into the environment that there is usually an excess of energy in highly insulated buildings. There is only a need for energy supply when the outside temperature is extremely low or after long downtimes.
In the method according to the invention, heat transport medium is now supplied to the pipe system at the desired temperature practically continuously. As mentioned at the beginning, no distinction is made between heating and cooling as usual. This relation is problematic anyway, since in a geothermal heating system the heat difference based on the temperature at the geothermal probe would have to be taken into account.
A prerequisite for the method according to the invention for generating room temperature is good use of the floor or ceiling plate as a heat store. How this can be achieved is shown on the basis of the embodiments shown in FIGS. 1 to 3.
In Fig. 1, a so-called partial assembly ceiling made of plates is shown. Since such a ceiling is practically always arranged between two floors, the ceiling panels also represent floor panels at the same time. The version according to FIG. 1 shows a ceiling panel which has been produced from a prefabricated concrete element. The prefabricated concrete slab is a pure tension plate, in which only a train reinforcement is accommodated. Such a prefabricated concrete slab is installed in the building to be constructed and a pressure reinforcement is installed on site, desired distribution systems such as electrical lines and cables as well as any ventilation inlets and outlets are pulled in and then a cast in-situ concrete.
No sliding foils, insulating mats or the like are arranged between the prefabricated concrete slab and the concrete slab that is created as an in-situ concrete slab, so that a monolithic structure is created overall. This ensures that the heating pipes or cooling pipes can easily transfer the heat of the heat transport medium to the entire storage medium, namely to the concrete slab. Because of the monolithic structure, the arrangement of the pipes that form the cooling or heating register within the concrete slab is hardly relevant in relation to their distance from the top or bottom surface. The only important thing is the relative homogeneity with regard to the thermal conductivity of the plate. Such a floor or ceiling plate, which is made from a prefabricated concrete element, which only contains tension reinforcement and the cooling or
The heating register is relatively thin and correspondingly light, which is why it can be manufactured on a large scale without posing insurmountable transport problems. Since all other distribution systems such as electrical lines can be accommodated in the in-situ concrete slab to be installed on site, such a concrete slab 1 is also extremely flexible in use.
In the drawing, the prefabricated concrete slab is designated by 1. The concrete slab contains a tension reinforcement 2 and a cooling or heating register with corresponding pipes 3. A pressure plate 4 made of in-situ concrete is placed over the prefabricated concrete slab 1. For example, electrical lines 5 or ventilation lines 6 are laid in the in-situ concrete slab. The pressure reinforcements 7 are also only created on the spot.
How the pipes 3 are advantageously laid in the prefabricated concrete slab 1 is shown in FIG. 3. Advantageously, the supply and discharge connections of the pipelines of a single plate are allowed to open into a peripheral space 10 in a region near the corner. Flow connector 8 and return connector 9 thus open into the same space-saving body 10. This is usually made from a foamed molded body. After the space recess body 10 has been removed, there is sufficient space here to produce the necessary connections of the return and flow connections to the main flow and return flow lines by means of welding sleeves. Normally, electrical welding sockets are used for this.
In Fig. 2, a floor and / or ceiling plate of a so-called full assembly ceiling is shown. Here, too, it is a prefabricated concrete slab 1. The entire prefabricated concrete slab 1 here consists of a tension plate 20 and a pressure plate 40, which are spaced apart and connected to one another via longitudinal webs 30. The prefabricated concrete slab 1 thus again consists monolithically of the tension plate 20, the pressure plate 40 and the longitudinal webs 30 arranged therebetween. The longitudinal cavities 50 remaining in this way are filled with a thermal insulation agent. The longitudinal cavities 50 can also be used in an ideal manner for laying cables.
With such a design, pipes 3 as heating or cooling registers are preferably laid both in the tension plate 20 and in the pressure plate 40. Between the individual prefabricated concrete slabs 1 according to FIG. 2, a longitudinal rib is cast in place concrete only between two adjacent prefabricated concrete slabs. Here, too, there is no need to apply layers of sliding film or insulation, and in particular, as in the solution described first, the application of a screed. While in known solutions the heating pipe registers are laid over the concrete slab in the screed layer, the screed layer is omitted in the solution according to the invention. The user interface can be laid directly on the in-situ concrete slab in the embodiment according to FIG. 1 or on the pressure plate of the prefabricated element in the embodiment according to FIG. 2.
In the case of a production or storage room, this uppermost layer of concrete can be used directly as a usable surface.
The laying of heating or cooling register pipes in a prefabricated floor or ceiling plate has not yet been realized. Without the use of the operating method according to the invention, however, such prefabricated concrete slabs with integrated floor or ceiling heating make no sense.