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Die
Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Wärmetauscher
werden insbesondere für
die Heizung und/oder Kühlung
von Räumen verwendet,
wobei sie im Bereich der Decke, des Fußbodens und/oder einer Wand
angeordnet sein können.
Der üblicherweise
Wasser als Heiz- oder Kühlmedium
verwendende Wärmetauscher
besteht gewöhnlich
aus einer Vielzahl von zu einer Matte vereinigten, parallel im gegenseitigen
Abstand von etwa 10–30
mm angeordneten flexiblen Kunststoffrohren mit einem äußeren Durchmesser
im Bereich von etwa 2–5
mm. Die Kunststoffrohre sind an ihren jeweiligen Enden mit Stammrohren
mit größerem Durchmesser
für den
Vorlauf und den Rücklauf
des Wassers verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch Schweißen der
offenen Enden der Kunststoffrohre an die Außenfläche der Stammrohre. Rohre aus
gut schweißbarem
Material sind zwar wasserdicht, jedoch nicht diffusionsdicht. Die
Herstellung eines aus zwei Schichten bestehenden Kunststoffrohres,
wobei die eine Schicht leicht schweißbar und wasserdicht, jedoch
nicht diffusionsdicht, die andere Schicht dagegen nicht schweißbar, jedoch
diffusionsdicht sein sollen, durch Extrudieren bereitet bei den
geringen Durchmessern von üblicherweise
2–5 mm
erhebliche Schwierigkeiten, und auch der Schweißvorgang, bei dem in einem
Takt bis zu 200 Schweißungen
zeitgleich durchgeführt
werden müssen,
ist bei einem zweischichtigen Aufbau der Rohrwand sehr komplex. Daher
wurde das Fehlen der Diffusionsdichtigkeit bisher in Kauf genommen.
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Aufgrund
der sehr großen
Außenfläche und der
geringen Wandstärke
der Kunststoffrohre dringt insbesondere Sauerstoff in deren Inneres
und wird vom zirkulierenden Wasser aufgenommen. Dieses wird durch
die gesamte Heiz- und Kühlanlage
transportiert. Enthält
diese korrosive Materialien wie Stahl, die mit dem Wasser in Berührung kommen,
dann ist der im Wasser enthaltene Sauerstoff besonders schädlich. Da
jedoch Heiz- und
Kühlanlagen üblicherweise
zumindest teilweise aus korrosiven Materialien bestehen, werden
die aus den Kunststoffrohren bestehenden Wärmetauscher normalerweise wasserseitig
von dem korrosionsanfälligen
Teil der Anlagen getrennt, indem zwischen diesen zusätzliche
Wärmetauscher
vorgesehen werden.
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Dies
erfordert neben dem höheren
Aufwand für
die zusätzlichen
Wärmetauscher
und zusätzliche Pumpen
auch höherE
Betriebskosten für
den Stromverbrauch infolge des Druckverlustes der Wärmetauscher
und für
den zusätzlichen
Temperaturverlust des Wassers, der durch den Wärmeübergang in den Wärmetauschern
bewirkt wird.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mattenförmigen Wärmetauscher
mit von einem Heiz- oder Kühlmedium
durchströmbaren flexiblen
Kunststoffrohren mit einem Außendurchmesser
von etwa 2–5
mm anzugeben, der diffusionsdicht ausgebildet ist, so dass eine
Trennung zwischen den Wasserkreisläufen in diesem Wärmetauscher
und im korrosionsanfälligen
Teil der Heiz- und Kühlanlage
nicht erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Wärmetauscher
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Wärmetauschers
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Dadurch,
dass die Kunststoffrohre vollständig
von einer diffusionsdichten Folie abgedichtet umhüllt sind,
können
keine korrodierenden Gase wie Sauerstoff aus der Umgebung in das
Innere der Wärmetauscher-Kunststoffrohre diffundieren,
so dass eine Trennung der Wasserkreisläufe nicht erforderlich ist.
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Die
Folie bildet zweckmäßig zumindest
eine durchgehende Verbindung zwischen benachbarten Kunststoffrohren.
Eine ausreichende Steifigkeit vorausgesetzt, kann die Folie somit
auch als Abstandshalter für
die Kunststoffrohre genutzt werden. Die den mattenförmigen Wärmetauscher
bildenden flexiblen Kunststoffrohre müssen in ihrem Einbauzustand
vorgegebene gegenseitige Abstände
genau einhalten, um einen möglichst
großen
Wirkungsgrad zu erzielen. Üblicherweise
werden die Kunststoffrohre durch Abstandshalter in ihrer gewünschten
räumlichen
Zuordnung zueinander gehalten. Dies sind beispielsweise etwa 25
cm lange Spritzteile, die in vorgegebenen Abständen Ausnehmungen aufweisen,
in die die Kunststoffrohre eingerastet wer den. Jedoch haben derartige
starre Abstandshalter mehrere wesentliche Nachteile. So müssen die
Kunststoffrohre, um in den Ausnehmungen ausreichend gehalten zu
werden, eine bestimmte Steifigkeit und damit eine Wandstärke aufweisen,
die größer ist,
als es für
die sonst benötigte
Festigkeit erforderlich ist. Dies erhöht den Materialaufwand, schränkt den
Bereich der verwendbaren Materialien ein und verschlechtert auch
den thermischen Wirkungsgrad. Darüber hinaus erhöhen auch
die Abstandshalter selbst den Materialaufwand; für diese werden etwa 50% der
Herstellkosten der Kunststoffrohre gebraucht. Da die Stärke der
Abstandshalter den Rohrdurchmesser um mindestens 2 mm übersteigt,
muss weiterhin die Schicht, in die die Kunststoffrohre eingebettet
werden, eine größere Dicke
aufweisen als allein durch die Kunststoffrohre erforderlich wäre.
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Die
zur sicheren Abstandshalterung der Kunststoffrohre erforderliche
Steifigkeit wird bereits bei extrem dünnen Folien erhalten. So reicht
beispielsweise bei einer Aluminiumfolie eine Stärke von 0,02 mm aus.
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Aus
Brandschutzgründen
empfiehlt sich die Verwendung einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie,
wobei die Folie vorteilhaft aus zwei Lagen besteht, von denen die
eine oberhalb und die andere unterhalb der Kunststoffrohre geführt sind und
die zwischen den Kunststoffrohren aneinander liegen. Die Folie verhindert,
dass der Kunststoff entflammt, sondern dieser wird flüssig und
verdampft schließlich,
wobei er durch die von der Folie gebildeten Kanäle entwichen kann.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen näher er läutert. Es
zeigen:
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1 einen
senkrechten Schnitt durch einen Teil eines mattenförmigen Wärmetauschers
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 einen
senkrechten Schnitt durch einen Teil eines mattenförmigen Wärmetauschers
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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3 eine
Draufsicht auf einen Teil eines mattenförmigen Wärmetauschers gemäß einem
dritten Ausführungsführungsbeispiel
der Erfindung.
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Gemäß 1 sind
Kunststoffrohre 1, die zum Transport eines Heiz- oder Kühlmediums
dienen, parallel zueinander und in gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet.
Die aus diesen Kunststoffrohren 1 gebildete Wärmetauschermatte
kann beispielsweise auf einer Deckenplatte aufliegen oder im Putz
oder Estrich eines Fußbodens
eingebettet sein. Der Abstand zwischen den Kunststoffrohren 1 beträgt etwa
das Drei- bis Vierfache ihres Außendurchmessers, der vorzugsweise
in einem Bereich von 2–5
mm liegt.
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Um
die Kunststoffrohre 1 herum ist eine Folie aus diffusionsdichtem
Material in der Weise gelegt, dass die Kunststoffrohre 1 in
Umfangsrichtung und entlang ihrer gesamten Länge vollständig umschlossen sind. Zu diesem
Zweck besteht die Folie aus einer oberen Lage 2 und einer
unteren Lage 3, wobei in 1 die beiden
Lagen jeweils halbkreisförmig
um jedes Kunststoffrohr 1 herumgeführt sind und zwischen jeweils
zwei benachbarten Kunststoffrohren 1 aneinander an liegen.
An den beiden Enden der Kunststoffrohre 1 sind diese diffusionsdicht
mit der Folie und zwischen den benachbarten Kunststoffrohren 1 auch
die beiden Lagen 2 und 3 diffusionsdicht miteinander
verbunden, so dass der gesamte Raum zwischen den Lagen 2 und 3 abgedichtet
ist. Diese Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Kleben oder punktuelle
Verzahnung.
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Als
Material für
die Lagen 2 und 3 wird vorzugsweise Aluminium
verwendet, das auch den Vorteil einer guten Wärmeleitung hat, so dass die
Wärme abgebende
bzw. Wärme
aufnehmende Fläche
des Wärmetauschers
deutlich vergrößert und
damit sein Wirkungsgrad erheblich gesteigert wird.
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Für die geforderte
Diffusionsdichte reicht eine Aluminiumfolie geringer Stärke aus.
Soll die Folie jedoch als Abstandshalter für die Kunststoffrohre 1 dienen,
muss sie eine entsprechende Steifigkeit aufweisen. Diese wird jedoch
je nach Anwendung bereits bei einer Folienstärke (d.h., Gesamtdicke der beiden
Lagen 2 und 3) von 0,02 bis 0,2 mm erhalten. Diese
Art der Fixierung der Kunststoffrohre 1 ermöglicht auch
eine variable Einstellung ihrer gegenseitigen Abstände, indem
die Folie einfach entsprechend zusammengeschoben wird, so dass Falten
oder Überlappungen
auftreten.
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Gemäß 2 sind
die beiden Lagen 2 und 3 nicht wie in 1 gleich
ausgebildet, sondern unterschiedlich in der Weise, dass die obere
Lage 2 Auswölbungen
enthält,
deren Höhe
dem Durchmesser der Kunststoffrohre 1 entspricht, während die
untere Lage 3 glatt ist. Die Kunststoffrohre 1 sind
somit vollständig
in den Auswölbungen
der oberen Lage 2 aufgenommen und die untere Lage 3 berührt die
Kunststoffrohre 1 nur tan gential. Dies ist gegenüber der Ausgestaltung
nach 1 vorteilhaft, da nur eine Lage mit Auswölbungen
versehen werden muss. Außerdem
kann hierdurch, wenn der Wärmetauscher auf
eine Platte aufgelegt wird oder in eine Putzdecke oder einen Estrichfußboden eingebettet
wird, ein besserer Wärmeübergang
erhalten werden. Zudem wird, wenn der Wärmetauscher in direktem Kontakt mit
dem zu erwärmenden/kühlenden
Raum betrieben wird, eine glatte Sichtseite erhalten.
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In
dem Ausführungsbeispiel
nach 3, die einen Ausschnitt eines Wärmetauschers
in der Draufsicht zeigt, enthält
die Folie zwischen den Kunststoffrohren 1 Aussparungen 4.
Die verbleibenden Stege der Folie dienen zur Einhaltung des Abstands
zwischen den Kunststoffrohren 1. Hierdurch wird, wenn die
Wärmetauschermatte
in Putz oder Estrich eingebettet wird, keine durchgehende Trennschicht
gebildet, sondern der Putz/Estrich oberhalb und unterhalb der Matte
stellt eine einheitliche Schicht dar. Erfolgt keine derartige Einbettung,
kann es sinnvoll sein, die Aussparungen auf eine Folie zu beschränken, wenn
einerseits Luftdichtigkeit und andererseits akustische Transparenz
gewünscht
sind. Je dünner
die nicht ausgesparte Folie ist, desto geringer ist die Dämpfung des
Schalldurchgangs durch die Folie.
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Wird
die Matte nicht eingebettet, dann kann die Folie auch so ausgebildet
werden, dass nur eine der beiden Lagen 2 oder 3 die
Aussparungen 4 enthält
oder zwischen den Kapillarrohren 1 ganz entfällt. Dies
ergibt eine Materialersparnis und erhöht die akustische Transparenz,
was für
Akustikdecken vorteilhaft ist.
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Zwischen
den beiden Lagen 2 und 3 kann ein Glasgewebe eingelegt
sein, das zur mechanischen Verstärkung
der Folie dient. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die
in 2 gezeigte Matte im nichteingebetteten Zustand
eingesetzt wird. Das auf die Lage 3 aufgelegte Glasgewebe
verbessert dann den optischen Eindruck, da sich die Kunststoffrohre weniger
deutlich auf der Sichtseite abzeichnen.
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Es
ist grundsätzlich
möglich,
auch die Stammrohre, mit denen die Kunststoffrohre 1 zur
Zu- und Abführung
des Heiz- oder Kühlmediums
verbunden sind, mit der diffusionsdichten Folie zu umhüllen. Da
die Stammrohre jedoch einen größeren Durchmesser
als die Kunststoffrohre 1 haben, können sie aber wesentlich einfacher
selbst diffusionsdicht hergestellt werden als die Kunststoffrohre 1,
so dass sich ihre Umhüllung
erübrigt.
Es ist daher im Einzelfall abzuwägen,
welche dieser beiden Alternativen vorzuziehen ist.
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Wenn
die Wärmetauschermatte
für die
Lagerung oder den Transport gerollt wird, wird die Folie einerseits
zusammengedrückt
und andererseits gedehnt. Wenn die Matte wieder ausgerollt wird,
bleiben Falten zurück.
Dies kann dadurch verhindert erden, dass die Folie quer zur Längsrichtung
der Kunststoffrohre geschlitzt oder vorzugsweise in Form überlappender
Streifen ausgebildet wird.
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Die
Wärmetauschermatte
kann frei im zu erwärmenden
oder zu kühlenden
Luftstrom auf einem Rost oder auf einer Platte, beispielsweise aus
Gipskarton oder Metall angeordnet werden. Bei freier Anordnung der
Matte im Luftstrom empfiehlt es sich, die Folie zwischen den Kunststoffrohren
in deren Längsrichtung
zu schlitzen, so dass sie durch den Luftstrom lamellenartig bewegt
werden kann. Hierdurch wird der Strömungswiderstand verringert,
während
andererseits die Wärmeaustauschfläche erhalten
bleibt.