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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbringung an
einem Heizkörper
mit einem von einem Heizmedium durchströmbaren Hohlkörper, der
eine Wandung aufweist, die durch Konvektion und/oder Strahlung Wärme an die
Umgebung abgibt, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, einen an
der Wandung entlang strömenden
Luftstrom zu steuern, um ein Verhältnis von Anteilen der Wärmeabgabe
durch Konvektion und durch Strahlung zu verändern.
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Es
sind hinlänglich
Heizkörper
bekannt, insbesondere für
Zentralheizungssysteme, die einen Hohlkörper aufweisen, der von einem
Heizmedium, beispielsweise Warmwasser, Heißwasser oder Wasserdampf, durchströmt wird.
Am häufigsten
werden die Heizkörper
einseitig an einem Rohrnetz mit einem Vorlauf (Warmstrang) oben
und einem Rücklauf (Kaltstrang)
unten angeschlossen. Durch eine Regelung, beispielsweise ein Thermostat,
wird die Durchflussmenge des Heizmediums eingestellt, um die Temperatur
der Raumluft auf einen gewünschten Wert
zu bringen und zu halten.
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Derartige
Heizkörper
sind üblicherweise Konvektionsheizkörper, beispielsweise
Doppelplattenheizkörper.
D. h. sie erwärmen
die Raumluft in der Nähe
des Heizkörpers.
Die erwärmte
Luft steigt auf und es entsteht an dem Heizkörper entlang ein Luftstrom,
bei dem die erwärmte
Luft aufsteigt und kühlere
Luft von unten nachströmt.
Der Heizkörper
erwärmt
somit die Luft, die an ihm vorbeiströmt. Die Wärme, die der Heizkörper abgibt,
wird über
eine von der Luftströmung
an dem Heizkörper
verursachte Luftbewegung in dem zu beheizenden Raum verteilt. Hierbei
ist in der Regel die Raumluft in Deckennähe um einige Grad wärmer als
die Raumluft in Bodennähe.
Die Konvektionsheizkörper
bewirken somit eine ungünstige
Temperaturschichtung im Raum. Ferner verursachen sie eine trockene
verheizte Luft und schließlich
wirbeln sie aufgrund der zirkulierenden Luftbewegung feine Staubpartikel
auf.
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Als
Alternative zu Konvektionsheizkörpern sind
weiterhin Strahlungsheizkörper
bekannt. Wärmestrahlung
ist gegenüber
Konvektionswärme
erheblich vorteilhafter. Die Wärmestrahlung
ist eine kugelförmig
ausstrahlende, bis zu 4 m Entfernung noch auf der menschlichen Haut
spürbare
Wärme.
Die Wärmewirkung
ist mit der Erwärmung
durch die Sonne vergleichbar und sie verursacht keine Luftzirkulation
im Raum. Es entstehen folglich kein Zug, keine Aufwirbelungen von
feinen Stäuben
und schließlich keine
trockene verheizte Luft.
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Reine
Strahlungsheizkörper
benötigen
allerdings eine erheblich größere Fläche, um
die maximale erforderliche Heizleistung abgeben zu können. Deshalb
ist die Herstellung die Strahlungsheizkörper, beispielsweise Fußboden-
und/oder Wandheizungen, aufgrund des deutlich höheren Materialbedarfs sehr
kostenintensiv.
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In
der
DE 198 15 131
A1 ist ein Heizkörper mit
wenigstens einem Wärmeabgabeabschnitt
beschrieben, der mit einem Wärmeträgerfluid,
beispielsweise Wasser, wenigsten teilweise befüllbar ist. Um einen leichter
zu reinigenden Heizkörper
zur Verfügung
zu stellen, ist es vorgesehen, dass auf bzw. vor wenigstens einer
der Hauptwärmeabgabeseiten des
Wärmeabgabeabschnitts
ein Strahlungswärme absorbierender
Körper
angeordnet ist, der Strahlungswärme
in Konvektionswärme
umsetzt.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in
einfacher und kostengünstiger
Weise das Raumluftklima beheizbarer Wohnräume zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 sowie einem Heizkörper
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung einer Einrichtung zur Temperaturerfassung auf und
steuert in Abhängigkeit
der erfassten Temperatur das Verhältnis der Anteile der Wärmeabgabe
durch Konvektion und durch Strahlung. Dies ermöglicht eine automatische durch
die Vorrichtung selbst vorgenommene Steuerung ohne Notwendigkeit,
dass ein Anwender die Vorrichtung manuell bedienen muss.
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In
der Praxis geben die Heizkörper
entweder über
Konvektion oder über
Strahlung Wärme
in die Raumumgebung ab. Die Erfindung ermöglicht, dass mit ein und demselben
Heizkörper
eine Wärmeabgabe
sowohl überwiegend
durch Wärmestrahlung
als auch durch Konvektion möglich
ist. Beispielsweise kann der Heizkörper durch Unterbinden der
Luftströmung
durch Strahlung die Raumluft erwärmen.
Wenn jedoch aufgrund der begrenzten Fläche des Heizkörpers die
Heizleistung aufgrund der Wärmestrahlung nicht
ausreicht, kann zusätzlich
durch Konvektion die Abgabe der Heizleistung unterstützt werden.
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Dies
ermöglicht
gerade im Teillastbetrieb, beispielsweise in den Übergangszeiten,
den Raum durch energiesparende Wärmestrahlung
aufzuheizen. Die Energieeinsparung ergibt sich dadurch, dass eine
Temperaturschichtung unterschiedlicher Temperaturwerte in dem beheizten
Raum weitgehend vermieden wird. Schließlich wirken die Wände und
die Decke des Raumes als Sekundärheizfläche, so
dass als Ergebnis bei niedrigeren Temperaturwerten, beispielsweise
um etwa 2°C
niedriger als üblich, das
Raumluftklima als angenehm und behaglich empfunden wird.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist diese zumindest eine im Wesentlichen horizontale Fläche mit
verschließbaren Öffnungen
auf.
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Bevorzugt
ist die Fläche
oberhalb des Hohlkörpers
vorgesehen. Alternativ kann die Fläche an der Unterseite des Hohlkörpers vorgesehen
sein. Wesentlich ist, dass durch die Fläche bei verschlossenen Öffnungen
die Luftströmung
für die
Konvektion unterbunden wird. Durch Öffnen der Öffnungen kann die Luft nahezu
ungehindert an dem Hohlkörper
vorbeiströmen
und mittels Konvektion Heizleistung an die Raumluft abgeben.
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In
vorteilhafter Weise wird die Fläche
durch zumindest zwei gegeneinander verschiebbare Schlitzplatten
gebildet. Dies ermöglicht
einen einfachen und simplen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor,
dass die Einrichtung zur Temperaturerfassung eine Bimetallfeder aufweist.
Dies eröffnet
die Möglichkeit
einer rein thermo-mechanischen Steuerung der Heizleistung.
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Ebenfalls
vorteilhaft ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Elektronik
zur elektronischen Steuerung des Verhältnisses der Anteile der Wärmeabgabe
durch Konvektion und durch Strahlung vorgesehen. Insbesondere vorteilhaft
ist die Elektronik fernsteuerbar. Dies eröffnet die Möglichkeit einer genauen Dosierung
der Heizleistung auch beispielsweise von einer von dem Heizkörper entfernt
angeordneten Bedienungseinrichtung, beispielsweise von einem an
einer Raumwand montierten Thermostat.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein Fern-Fühler-Thermostat
vorgesehen, der die verschließbaren Öffnungen
bedient und dessen Fernfühler
die Rücklauftemperatur
des Heizmediums oder die Temperatur der unteren Region des Hohlkörpers erfasst.
Dieser im Grunde handelsübliche
Thermostat muss nur in sofern geändert
werden, dass der Arbeitsbereich angepasst wird. Der Thermostat kann
so eingestellt werden, dass es beispielsweise möglich ist, im Temperatur bereich
von 25°C
bis 45°C
die Wunsch-Temperatur zu regeln. Bei einer hohen Temperatur des
Rücklaufs
werden die Öffnungen
geöffnet
und die Heizleistung wird vermehrt durch Konvektion erfolgen. Bei
entsprechend niedriger Temperatur des Rücklaufs sind die Öffnungen
geschlossen, so dass die Heizleistung überwiegend auf Strahlungswärme beruht.
Der Thermostat mit Fernfühler
eröffnet
die Möglichkeit,
den Betriebspunkt des Heizkörpers
anzupassen und somit auch auf die bereits installierte Heizungstechnik
anzupassen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist ein Fernfühler-Flüssigkeitsthermoelement
vorgesehen, das die verschließbaren Öffnungen
bedient und dessen Fernfühler
die Rücklauftemperatur
des Heizmediums oder die Temperatur der unteren Region des Hohlkörpers erfasst.
Dieses in handelsüblichen
Thermostaten verbaute Thermoelement kann mit festgelegtem Arbeitsbereich
eingerichtet werden. Das Thermoelement kann beispielsweise so eingestellt werden,
dass es die Rücklauftemperatur
des Heizmediums auf maximal 30°C
regelt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Heizkörpers sieht
vor, dass der Heizkörper
zwei zueinander parallele, aufrechte jeweils einen Hohlkörper bildende
Heizplatten aufweist, sodass zwischen den Heizplatten ein Zwischenraum
gebildet ist, der durch die Vorrichtung nach oben und/oder unten
verschließbar
ist. Durch den Verschluss wird die für die Konvektion notwendige
Luftströmung
zwischen den Heizplatten unterbunden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand des detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiels
unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert,
in denen:
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1 – eine schematische
Skizze eines erfindungsgemäßen Heizkörpers von
der Seite betrachtet zeigt;
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2 – den Heizkörper aus 1 in
einer Vorderansicht zeigt;
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3a und
b – schematisch
die Raumverteilung in einem beheizten Raum wiedergeben.
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In
der 1 ist schematisch ein Doppelplattenheizkörper 1 gezeigt,
der zwei zueinander parallele Heizplatten 2 aufweist. Die
Heizplatten 2 haben jeweils einen Hohlkörper 3 mit einer Wandung 4. Über Anschlussleitungen
(nicht dargestellt) ist der Doppelplattenheizkörper 1 an ein Zentralheizsystem
angeschlossen, sodass durch die Hohlräume des Hohlkörpers 3 ein
Heizmedium, beispielsweise warmes oder heißes Wasser durchströmen kann.
Bevorzugt ist im oberen Bereich des Doppelplattenheizkörpers 1 eine
Vorlaufanschlussleitung angeordnet, durch die das warme bzw. heiße Heizmedium
dem Hohlkörper 3 zugeführt wird.
Im unteren Bereich des Doppelplattenheizkörpers ist eine entsprechende
Rücklaufanschlussleitung
vorgesehen, um das abgekühlte Heizmedium
zu dem Zentralheizsystem zurückzuleiten.
Das Heizmedium überträgt Wärmeenergie
an die Wandung 4 der Heizplatte 2, die anschließend Wärme an die
Umgebung abgibt. Durch die Anordnung von Vorlaufanschluss und Rücklaufanschluss weist
das durchströmende
Heizmedium einen Temperaturgradienten von oben nach unten auf.
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Zur
Vergrößerung der
Gesamtfläche,
die Wärme
an die Umgebungsluft abgibt, sind an den einander zugewandten Wandungen 4 der
Heizplatten 2 zusätzliche
Rippen 5 vorgesehen, die in thermischem Kontakt mit den
Wandungen 4 stehen. Da die zusätzlichen Rippen 5 in
Bezug auf den Doppelplattenheizkörper 1 in
dessen Inneren angeordnet sind, können sie Wärmeenergie fast ausschließlich über Konvektion
an die Raumluft abgeben. Die Wandungen 4 und die Rippen 5 erwärmen die
Raumluft in direkter Umgebung, sodass die erwärmte Raumluft aufsteigen kann.
An der Oberseite des Heizkörpers ist
ein über
den beiden Heizplatten 2 angeordnetes mit Öffnungen 6 versehenes
Abdeckblech 7 vorgesehen. Die erwärmte Raumluft kann durch die Öffnungen 6 des
Abdeckblechs 7 nahezu ungehindert hindurchströmen.
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Dem
Abdeckblech 7 gegenüberliegend
angeordnet ist eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung 8 für den Doppelplattenheizkörper 1 beide Heizplatten 2 an
ihrem unteren Rand übergreifend vorgesehen.
Aus Gründen
einer besseren Übersichtlichkeit
der Darstellung ist die Steuervorrichtung 8 von den beiden
Heizplatten 2 abgesetzt wiedergegeben. Im Anwendungszustand
befindet sie sich direkt unterhalb der beiden Heizplatten 2,
wie es durch den Pfeil 9 angedeutet wird.
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Die
Steuervorrichtung 8 weist zwei gegeneinander verschiebbare
Schlitzplatten 10 und 11 auf, die gemeinsam eine
im Wesentlichen horizontale Fläche
mit verschließbaren Öffnungen
bilden. Oberhalb der beiden Schlitzplatten 10 und 11 ist
eine Bimetallfeder 12 angeordnet, die sich temperaturabhängig strecken
bzw. zusammenziehen kann und dadurch in der Lage ist, die Schlitzplatten 10 und 11 relativ
zueinander zu verschieben.
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Im
Strahlungsbetrieb des Doppelplattenheizkörpers 1 sind die beiden
Schlitzplatten 10 und 11 derart zueinander verschoben,
dass die Öffnungen
in der horizontalen Fläche
verschlossen sind. Dadurch wird ein Nachströmen kühlerer Raumluft in den Bereich
zwischen den beiden Heizplatten 2 verhindert, wodurch ein
gleichmäßiger Luftstrom
an den inneren Wandungen 4 der Heizplatten 2 und
den zusätzlichen Rippen 5 entlang
weitestgehend nicht möglich
ist. Es ist offensichtlich, dass vertikale Abdeckplatten (nicht dargestellt)
an den Seitenrändern
der Heizplatten 2 vorgesehen sind, so dass der Zwischenraum
zwischen den Heizplatten 2 an allen vertikalen Begrenzungsflächen und
an der unteren Fläche
verschlossen ist, um einen Luftstrom durch diesen Zwischenraum verhindern
zu können.
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Durch
die Verschiebung der Schlitzplatten 10 und 11 werden
die Schlitze beider Schlitzplatten 10 und 11 in
Deckung gebracht, um die Öffnungen
in der durch die Schlitzplatten 10 und 11 gebildeten
Fläche zu öffnen. In
diesem Zustand der Steuervorrichtung 8 kann nahezu ungehindert
kühlere
Luft von unten den Zwischenraum zwischen den Heizplatten 2 durchströmen. Die
durchströmende
Luft nimmt dabei Wärmeenergie
von den Wandungen 4 und den zusätzlichen Rippen 5 auf
und tritt als erwärmte
Luft aus dem Zwischenraum zwischen den Heizplatten 2 heraus. Der
Doppelplattenheizkörper 1 wirkt
deshalb als Konvektionsheizkörper.
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2 zeigt
eine Vorderansicht des Doppelplattenheizkörpers 1 aus der 1 mit
der Heizplatte 2. An der Unterseite des Doppelplattenheizkörpers 1 ist
die Steuervorrichtung 8 zu sehen, die im Anwendungszustand
sich in der Zeichnungsebene hinter der dargestellten Heizplatte 2 befindet.
Deutlich sind in der 2 die übereinander angeordneten Schlitzplatten 10 und 11 zu
erkennen. In dieser Darstellung sind die Schlitzplatten 10 und 11 in
Bezug aufeinander derart ausgerichtet, dass die durch die Schlitzplatten 10 und 11 gebildete
Fläche
keine Öffnungen aufweist.
In diesem Zustand wird der Doppelplattenheizkörper 1 als Strahlungsheizkörper betrieben.
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Die
Bimetallfeder 12 ist mittels einer Befestigungsschraube 13 mit
einem Stützelement 14 verbunden,
das an der Schlitzplatte 10 befestigt ist. Das gegenüberliegende
Ende der Bimetallfeder 12 ist mittels einer Einstellschraube 15 mit
einem Stützelement 16 verbunden,
welches an der Schlitzplatte 11 befestigt ist. Die Einstellschraube 15 ist
im Eingriff mit einem Gewindestab 17, sodass durch Drehen
der Einstellschraube 15 der Gewindestab 17 und
damit auch die Schlitzplatte 10 verschiebbar ist. Mit Hilfe der
Einstellschraube 15 kann somit für eine bestimmte Temperatur
der Bimetallfeder 12 die relative Position der Schlitzplatten 10 und 11 zueinander
festgelegt werden.
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Erreicht
die Temperatur der Bimetall-Feder 12 einen bestimmten Wert,
so wird durch Streckung der Feder 12 die Schlitzplatte 10 gegenüber der Schlitzplatte 11 verschoben,
wodurch Öffnungen
in den Bereichen gebildet werden, in denen sich die Schlitze der
Schlitzplatte 11 und der Schlitzplatte 10 überdecken.
Bei Unterschreiten eines bestimmten Temperaturwertes zieht sich
die Bimetallfeder 12 erneut zusammen und die Öffnungen
werden durch das Verschieben der Schlitzplatte 10 ebenfalls
wieder verschlossen.
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Der
in den 1 und 2 vorgestellte Heizkörper 1 gibt
mit deckungsgleich übereinander angeordneten
Schlitzen, d. h. mit vollständig
geöffneten Öffnungen, überwiegend
die Wärmeenergie über Konvektion
ab, da beim Entweichen erwärmter
Luft durch das obere Abdeckblech 7 ungehindert durch die
Steuervorrichtung 8 kühlere
Luft von unten nachströmen
kann, die beim Vorbeiströmen
bzw. Aufsteigen an den Wandungen 4 und Rippen 5 entlang
sich zunehmend erwärmt
und durch das Abdeckblech 7 als Warmluft in den zu beheizenden
Raum weiter aufsteigt. Befindet sich der Heizkörper 1 im Zustand
der Konvektionsheizung, ist an dem Heizkörper 1 ein deutlicher
Temperaturgradient von oben nach unten gegeben. D. h. mit anderen
Worten, im oberen Bereich des Heizkörpers 1 befindet sich
warmes Heizmedium und in weiter unten liegenden Bereichen des Heizkörpers 1 nimmt
die Temperatur des Heizmediums deutlich ab.
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Durch
Verschließen
der Öffnungen
in der Heizsteuervorrichtung 8 wird die Luftströmung durch die Öffnungen
der Steuervorrichtung 8 und durch die Öffnungen der Abdeckplatte 7 unterbunden.
Der Doppelplattenheizkörper 1 erwärmt sich
bis in den weiter unten liegenden Bereichen der Heizplatten 2 und
kann somit über
eine deutlich vergrößerte Fläche Wärmeenergie
durch Wärmestrahlung
abgeben.
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Die
Steuerung sorgt dafür,
dass die Freigabe der Öffnungen
in der Fläche
der Steuervorrichtung 8 in Abhängigkeit der Temperatur der
Heizplatten 2 in deren unteren Bereich erfolgt. Dies führt dazu,
dass der Doppelplattenheizkörper 1 zunächst als
Strahlungsheizkörper
betrieben wird. Wenn der Wärmebedarf
ansteigt wird mehr Heizmedium den Heizplatten 2 zugeführt, wodurch
die Temperatur der Heizplatten 2 ansteigt. Der Temperaturgradient
nimmt bei steigender Zufuhr von Heizmedium immer mehr ab, bis auch
in dem unteren Bereich die Heizplatten 2 eine hohe Temperatur
aufweisen. Dies führt
zu einer Erwärmung
der Bimetallfeder 12, die sich entsprechend ausdehnt und
die Schlitze der Schlitzplatten 10 und 11 öffnet. Der
Heizbetrieb wechselt nun von Strahlungsheizung auf Konvektionsheizung.
Bei teilweise geöffneten
Schlitzen ist ein entsprechend geringer Luftstrom zwischen den Heizplatten 2 ermöglicht und der
Anteil der Konvektionsheizleistung steigt entsprechend.
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In
den 1 und 2 ist eine thermo-mechanische
Steuervorrichtung 8 dargestellt, die mittels einer Bimetallfeder 12 realisiert
wird. Es ist aber möglich,
in dem unteren Bereich des Doppelplattenheizkörpers 2 einen elektronischen
Temperatursensor vorzusehen, der ein temperaturabhängiges elektronisches
Signal erzeugt. Dieses Signal kann verwendet werden, um mit Hilfe
eines Motors, beispielsweise ein strombetriebener Motor, die Schlitzplatten 10 und 11 gegeneinander
zu verschieben. Schließlich
kann die Ansteuerung des Motors für die Verschiebung der Schlitzplatte 10 ferngesteuert,
beispielsweise mittels eines entfernt an einer Raumwand angeordneten
Regelthermostats, erfolgen.
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In
den 3a und 3b sind
einander gegenüberstellend
die Wärmeverteilungen
der Raumluft im Konvektionsbetrieb und im Strahlungsbetrieb dargestellt.
In 3a ist ein Heizkörper 20 als Konvektionsheizung
dargestellt. Von dem Heizkörper 20 erwärmte Luft
steigt nach oben auf und strömt
entlang der Zimmerdecke 21 zu der dem Heizkörper gegenüberliegenden
Wand 22 des Raumes. Die Warmluft ist in diesem Beispiel
durch schraffierte Pfeile dargestellt und weist beispielsweise eine
Temperatur von 26°C
auf. Im Bereich des Fußbodens 23 strömt auf ca.
19°C abgekühlte Luft
in Richtung des Heizkörpers 20.
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Auf
diese Weise produzieren herkömmliche Konvektorheizungen
mit ihrem Wärmekreislauf
eine hohe Luftbewegung und Luftzirkulation. Sie erwärmen die
Raumdecke 21 unnötig
und sorgen für
kalte Füße mit einem
dabei auftretenden Luftzug. Ferner wird wertvolle Heizleistung in
einem sekundären Wärmekreislauf
im Bereich eines Fensters 24 verloren.
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3b zeigt
einen vergleichbaren Raum mit einer Strahlungsheizung 30 auf.
Der Strahlungsheizkörper 30 erwärmt ohne
Luftbewegungen Körper, Gegenstände sowie
die Raumdecke 31, den Fußboden 33 sowie die
Innenseitenwände 32 nahezu gleichmäßig, sodass
diese beispielsweise eine Temperatur von beispielsweise 22°C aufweisen.
Die angestrahlten Flächen 31, 32 und 33 werden
ihrerseits zu Strahlungsflächen.
Es entsteht eine zugfreie behagliche Wärme, wie beispielsweise bei
einem Kachelofen. Dadurch können
ca. 15 % Wärmeverluste eingespart
werden, weil weniger Wärme
nach oben steigt. Zusätzlich
können
etwa 10 % Wärmeverluste eingespart
werden, weil keine Zirkulation die Wärme an der Fensterscheibe 34 austauscht.