DE102007041767A1

DE102007041767A1 - Einmannplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden

Info

Publication number: DE102007041767A1
Application number: DE102007041767A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schuermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine leichte Einmannplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden unter Verwendung einer elektrisch leitfähigen Heizschicht (2), auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern. Die Einmannplatte soll eine niedrige Wärmekapazität, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe thermische Isolationseigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäße Einmannplatte mit extrem hoher Wärmedämmung umfasst ein plattenförmiges Verbundelement, das einen Grundkörper aus einer starren faserverstärkten Faserplatte (1) aufweist, die mit einer Heizschicht (2) versehen ist und auf der Rückseite mit einem Vakuumisolationspaneel (3) flächig verbunden ist. Die Heizschicht (2) ist auf der Vorderseite oder der Rückseite der Faserplatte (1) beziehungsweise zwischen mindestens zwei Lagen der Faserplatte (1) laminatförmig eingebettet, so dass die Ansichtseite für eine malermäßige Renovierung zum Kleben von Tapeten und die Durchführung von Wandanstrichen zur Verfügung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einmannplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden unter Verwendung einer durch Strom aufheizbaren elektrisch leitfähigen Heizschicht, die auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff– Fasern hergestellt wird. Elektrisch leitfähige Heizschichten auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff– Fasern erzeugen Wärmestrahlung hauptsächlich im nicht sichtbaren Infrarotbereich, die sich nach allen Richtungen im Raum gleichmäßig ausbreitet. Die einen Innenraum einschließenden Außenwände werden durch sich allseitig ausbreitende Wärmestrahlung ebenso erwärmt. Die Erwärmung der Außenwände beinhaltet so einen erheblichen Teil der Verlustwärme und der Heizenergie. Die Wärmedämmung ist daher besonders wichtig.
Aus der DE 19600228 A1 ist eine plattenförmige elektrische Widerstandsheizung in der Form einer Einmannplatte aus Gipskarton beziehungsweise Verbundbauplatte bekannt, die rückseitig mit einem Wärmedämmbaustoff versehen ist. Auf der Ansichtsseite ist die Gipskartonplatte mit einer Bauplatte versehen, die mit Gips, Zement, keramischen Massen, Beton, Kunststein oder ähnlichen im Bauwesen gebräuchlichen Massen, Glas, Holz, Kunstharz oder Kunststoffmassen beschichtet ist. Derartige Verbundbauplatten besitzen gegenüber einer mit Papier beschichteten Gipskartonplatte eine Oberfläche mit einer geringeren Saugfähigkeit, die es ermöglicht, die elektrisch leitfähige Heizschicht beim Auftragen mit einem höheren Anteil an Graphitteilchen und mit einem geringeren Bindemittelanteil zu verwenden. Dadurch wird gewährleistet, dass die elektrisch leitfähige Heizschicht in einem einzigen Arbeitsgang aufgetragen werden kann.
Ferner ist die auf der Ansichtseite der Verbundbauplatte vorgesehene Bauplatte mit Fasern verstärkt, die in die Bauplatte eingebettet sind. Die in die Bauplatte eingebetteten Fasern werden bei der Herstellung zur Erhöhung der Festigkeit eingesetzt. Außerdem kann die Verbundbauplatte direkt aus einem Schaumglas, porösem unter Verwendung von Schaummitteln hergestellten Kunststoff, Kunststein oder expandiertem Ton bestehen, wobei die Oberfläche der Bauplatte beziehungsweise der Verbundbauplatte mit einem Porenfüllstoff geglättet ist. Auf diese Weise kommen Verbundbauplatten zum Einsatz, die neben einer geringeren Saugfähigkeit eine genügend hohe Stabilität und Festigkeit aufweisen.
Der Nachteil der bekannten Verbundbauplatte besteht insbesondere in dem vergleichsweise hohen Gewicht, was auf die verwendeten Baumaterialien zur Wärmedämmung und Sicherung der Stabilität zurückzuführen ist. Die Verbundbauplatte eignet sich auf diese Weise aufgrund des Gewichts weniger als Einmannplatte. Darüber hinaus besteht der wesentliche Nachteil der Verbundbauplatte darin, dass die Wärmedämmung für eine Strahlungsheizung im Infrarotbereich nicht ausreichend ist. Porenbeton, Schaumglas oder andere unter Verwendung von Schaummitteln hergestellt Dämmstoffe haben entsprechend der Wärmeschutzverordnung und den Richtlinien der Energieeinsparverordnung eine geringe Wärmeleitfähigkeit, jedoch besitzen sie eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität. Die Wärmekapazität beschreibt die Fähigkeit eines Körpers, Energie in thermischer Form aufzunehmen und zu speichern.
Bei einer elektrischen Widerstandsheizung im Infrarotbereich zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden, unter Verwendung einer durch Strom aufheizbaren elektrisch leitfähigen Heizschicht auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff – Fasern, hat die Speicherung von Wärme faktisch keine Bedeutung. Insofern hat die Wärmekapazität der Einmannplatte eine substantielle Bedeutung in Hinsicht auf die Wärmeisolierung. Die elektrische Widerstandsheizung basiert auf dem Prinzip der Wärmestrahlung gegenüber dem Prinzip der Konvektion herkömmlicher Heizungen durch Luftaustausch. Bei einer hohen Wärmekapazität der Einmannplatte wird daher ein großer Teil der Strahlungswärme von dem Wärmedämmstoff und der Verbundbauplatte aufgenommen. Auf diese Weise geht ein wesentlicher Teil der für die Raumklimatisierung aufgebrachten elektrischen Heizenergie verloren, wenn die Strahlungsheizung steuerungstechnisch geregelt und beispielsweise in entsprechenden Heizintervallen eingeschaltet wird.
Die Erfindung bezweckt eine leichte Einmannplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden durch Strahlungswärme unter Verwendung einer durch Strom aufheizbaren elektrisch leitfähigen Heizschicht, auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff– Fasern, die ein geringes Eigengewicht und eine niedrige Wärmekapazität aufweist. Gleichzeitig soll die Einmannplatte eine geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe thermische Isolationseigenschaften aufweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein plattenförmiges Verbundelement gelöst, das im Wesentlichen aus Leichtbaustoffen besteht, die entsprechend ihrer Verwendung bei einer Einmannplatte ein geringes Gewicht aufweisen. Die Verbundbauplatte weist einen Grundkörper aus einem starren glasfaserverstärkten Trägermaterial und eine darauf aufgebrachte Heizschicht auf. Vorzugsweise besteht der Grundkörper aus einer mit Glasfasern verstärkten Zementplatte, die mit mindestens einem Vakuumisolationspaneel flächig verbunden ist.
Die Wärmeleitzahl einer Einmannplatte lässt sich drastisch reduzieren, wenn in dem Verbundelement zur Isolation ein Vakuumisolationspaneel eingesetzt wird. Ein Vakuumisolationselement beinhaltet eine mikroporöse Wärmedämmplatte, welche in eine Verbundfolie vakuumdicht eingeschweißt wird. Das Vakuumisolationspaneel besteht aus einem porösen Kernmaterial geringer Wärmeleitfähigkeit und einer vakuumdichten Umhüllung. Das poröse Kernmaterial wird zur Bildung eines Vakuums innerhalb des Vakuumisolationspaneels evakuiert und die Umhüllung wird luftdicht verschlossen. Auf diese Weise hat ein Vakuumisolationspaneel eine extrem niedrige Masse und ein geringes Eigengewicht.
Das Material des Vakuumisolationspaneels besteht beispielsweise aus mikroporösem Kieselsäurepulver oder offenporigen Schäumen aus Polyurethan oder Polystyrol. Zur Verringerung der Wärmeverluste durch Wärmestrahlung wird für die Umhüllung des Vakuumisolationspaneels eine metallisierte Barrierefolie aus Kunststoff eingesetzt.
Zusätzlich wird die Wärmedämmung der Einmannplatte durch eine Reflektionsschicht verbessert, die von der Heizschicht beanstandet auf der Vorderseite des Vakuumisolationspaneels angeordnet wird. Auf die Anordnung einer zusätzlichen Reflektionsschicht kann verzichtet werden, wenn das Vakuumisolationspaneel mit einer die Wärmestrahlen reflektierenden Umhüllung versehen ist.
Auf diese Weise wird eine leichte Einmannplatte mit einer elektrische Widerstandsheizung mit extrem hoher Wärmedämmung geschaffen, was in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden soll. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Einzelnen zeigt
1 eine Einmannplatte mit einer Faserplatte und einem Vakuumisolationspaneel sowie
2 eine Einmannplatte mit einem Vakuumisolationspaneel und einer Reflektionsschicht in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine Einmannplatte, die ein plattenförmiges Verbundelement beinhaltet, mit einer Faserplatte 1 als Grundkörper, aus einem starren glasfaserverstärkten Trägermaterial und einer darauf aufgebrachten Heizschicht 2. Die Faserplatte 1 besteht aus einer mit Glasfasern verstärkten Zementplatte, die mit mindestens einem Vakuumisolationspaneel 3 flächig verbunden ist. Auf der Rückseite ist die Einmannplatte mit einer Deckplatte 4 versehen, welche die gleiche Beschaffenheit wie die Faserplatte 1 hat.
Die mit Glasfaser verstärkte Faserplatte 1 ist ein Bauelement von sehr dünner Form mit einem Bindemittel beispielsweise Zement. Unter dem Begriff Zement sollen desgleichen Mischbinder oder gipshaltige Mischbinder verstanden werden. Diese Bindemittel werden bei der Herstellung mit Glasfasern oder anderen Fasern aus Holz vermischt und unter Zusatz von gegebenenfalls Zusatzstoffen zu einer dünnen Faserplatte 1 verformt und verdichtet. Die Faserzementplatten besitzen neben dem geringen Gewicht eine hohe Nassfestigkeit. Die Wärmeleitfähigkeit von Glas ist vergleichsweise gering und nicht größer als Zement. Zur Erhöhung des Isolationswiderstandes können außerdem in die Faserplatte 1 Glashohlkugeln eingearbeitet werden. Aufgrund der geringen Abmessungen ist die Wärmeleitzahl und Wärmekapazität gering, mit Rücksicht auf die von der Heizschicht 2 ausgehende Infrarotstrahlung.
Die Heizschicht 2 umfasst eine elektrische Flächenheizung aus einem Gemisch von Kohlefasern und Glasfasern, einem Kohle – Glasfaser – Vlies, Kohlenstoff – Nanoröhren oder aus einer reinen Kohlefaser. Die Heizbeschichtung kann bahnenförmig hergestellt und entsprechend den Abmessungen der Einmannplatte zugeschnitten werden. Diese Heizbahnen werden parallel an zwei gegenüberliegenden Seiten mit streifenförmigen metallischen Stromzuführungselektroden 5 versehen und sodann auf die Faserplatte 1 aufgebracht. Die Flächenheizung kann auch in eine Kunststoffhülle eingearbeitet werden. Ebenfalls kann die Heizschicht 2 mit einer mehrlagigen Umhüllung aus Faserbeton versehen werden. Die Heizschicht 2 ist in diesem Fall laminatförmig in die Faserplatte 1 eingefügt, die aus zwei Lagen und der innenliegenden Heizungsbeschichtung besteht. Dies hat den Vorteil, dass die Ansichtseite für eine malermäßige Renovierung zum Kleben von Tapeten und die Durchführung von Wandanstrichen zur Verfügung steht. Außerdem kann die Heizschicht nach 3 auf der Innenseite der Faserplatte 1 angeordnet werden.
Das mit der Faserplatte 1 flächig verbundene Vakuumisolationspaneel 3 befindet sich auf der Rückseite der Faserplatte 1. Die Wärmeleitzahl der Einmannplatte wird dadurch drastisch reduziert. Das Vakuumisolationspaneel 3 hat eine um den Faktor 10 höhere Dämmwirkung gegenüber konventionellen Materialien. Die Wärmeleitfähigkeit des Vakuumisolationspaneels 3 beträgt nur etwa ein Zehntel des Wertes herkömmlicher Dämmmaterialien wie Mineralfasern oder Schaumstoffe. Das Vakuumisolationspaneel 3 kann daher vorteilhaft eingesetzt werden, wenn ein geringes Gewicht und einen extreme Wärmedämmung erforderlich ist. Aufgrund des geringen Gewichts besteht eine geringe Wärmekapazität, wodurch die Kombination des Vakuumisolationspaneels 3 mit einer im Infrarot strahlenden Flächenheizung mit Kohlenstoff– Fasern überraschend vorteilhaft ist. Die Wärmeverluste können deutlich gesenkt werden.
Das Vakuumisolationspaneel 3 beinhaltet eine mikroporöse Wärmedämmplatte, welche in eine Verbundfolie vakuumdicht eingeschweißt wird. Das Vakuumisolationspaneel 3 besteht aus einem porösen Kernmaterial geringer Wärmeleitfähigkeit und einer vakuumdichten Umhüllung. Das poröse Kernmaterial wird zur Bildung eines Vakuums innerhalb des Vakuumisolationspaneels 3 evakuiert und die Umhüllung wird luftdicht verschlossen. Auf diese Weise hat ein Vakuumisolationspaneel 3 eine extrem niedrige Masse und ein geringes Eigengewicht.
Die Aussenkanten des Vakuumisolationspaneels 3 sind von einem druckstabilen Abstandshalter 6 umgeben. Der in 2 ersichtliche Abstandshalter 6 ist erforderlich, da das Vakuumisolationspaneel 3 druckempfindlich ist. Der Abstandshalter 6 umgibt den gesamten umlaufenden Rand des Vakuumisolationspaneels 3. Nach 2 können mehrere Vakuumisolationspaneele 3 hintereinander angeordnet werden. Zusätzlich wird die Wärmedämmung der Einmannplatte durch eine Reflektionsschicht 7 verbessert, die von der Heizschicht 2 beanstandet auf der Vorderseite angeordnet ist. Auf die Reflektionsschicht 7 kann verzichtet werden, wenn das Vakuumisolationspaneel 3 mit einer Wärmebarriere ausgestattet ist. Der Abstand zwischen der Faserplatte 1 und der Reflektionsschicht 7 wird durch Distanzstücke 8 hergestellt. Um auch den Energietransport durch Wärmestrahlung zu minimieren, wird eine Reflektionsschicht 7 mit einer spiegelnden Oberfläche eingesetzt. Solche Reflektionsschichten 7 können beispielsweise aus einer hochglänzenden Aluminiumfolie bestehen. Es können anderen metallhaltige Folien oder Verbundfolien aus Kunststoff mit einer oder mehreren metallisierten Schichten eingesetzt werden. Die metallischen Schichten können vorzugsweise aus Aluminium bestehen.
Die Erfindung soll nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene Einmannplatte beschränkt werden. Im Rahmen der Patentansprüche können Vakuumisolationspaneele 3 direkt auf dem Untergrund einer Wand befestigt werden, wobei auf die auf der Rückseite angeordnete Deckplatte 4 verzichtet wird. Die aus der Faserplatte 1 bestehende Einmannplatte mit der Heizschicht 2 ist dann mit der Kehrseite direkt oder durch Distanzstücke 8 mit dem Vakuumisolationspaneel 3 verbunden.
Mit dem auf der Außenwand befestigten Vakuumisolationspaneel 3 kann eine hohe Wärmeisolierung erreicht werden. Aufgrund der extrem geringen Energieverluste eignet sich die Einmannplatte mit einem Vakuumisolationspaneel 3 ganz besonders für eine im Infrarot strahlenden Flächenheizung mit Kohlenstoff– Fasern, die mit einem Konverter mit einem primärgetakteten Schaltnetzteil mit Heizstrom versorgt wird. Primärgetaktete Schaltnetzteile arbeiten mit einer hohen Frequenz und sind daher sehr klein. Eine Stromquelle 9 mit Schutzkleinspannung mit einem primärgetakteten Schaltnetzteil als Konverter ist aufgrund der vergleichsweise geringen Abmessungen und Ausgangsleistungen für eine begrenzte Anzahl von Heizflächen einsetzbar. Mit einem Vakuumisolationspaneel 3 kann die Anzahl der Heizflächen erheblich erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19600228 A1 [0002]

Claims

Einmannplatte mit einer elektrischen Widerstandsheizung zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden unter Verwendung einer durch Strom aufheizbaren elektrisch leitfähigen Heizschicht (2), auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff– Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmannplatte ein plattenförmiges Verbundelement umfasst, das einen Grundkörper aus einer starren faserverstärkten Faserplatte (1) aufweist, die mit einer Heizschicht (2) versehen ist und auf der Rückseite mit einem Vakuumisolationspaneel (3) flächig verbunden ist.
Einmannplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserplatte (1) eine mit Glasfasern verstärkte Zementplatte von sehr dünner Form ist.
Einmannplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zementplatte einen Mischbinder mit Zement oder einen gipshaltigen Mischbinder mit Zement aufweist.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (2) auf der Vorderseite oder der Rückseite der Faserplatte (1) angeordnet beziehungsweise zwischen mindestens zwei Lagen der Faserplatte (1) laminatförmig eingebettet ist.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vakuumisolationspaneele (3) hintereinander angeordnet sind.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkanten des Vakuumisolationspaneels (3) von einem druckstabilen Abstandshalter (6) umgeben sind.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmannplatte auf der Rückseite mit einer Faserplatte als Deckplatte (4) versehen ist.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass von der Faserplatte (1) durch Distanzstücke (8) beanstandet auf der Innenseite des Vakuumisolationspaneels (3) eine Reflektionsschicht (7) angeordnet ist.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektionsschicht (7) eine Aluminiumfolie mit einer spiegelnden Oberfläche, eine metallhaltige Folie oder Verbundfolie aus Kunststoff mit einer oder mehreren metallisierten Schichten vorzugsweise aus Aluminium ist.
Einmannplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschicht (2) eine beheizbare Flächenheizung aus einem Gemisch von Kohlefasern und Glasfasern, einem Kohle – Glasfaser – Vlies, Kohlenstoff – Nanoröhren oder aus einer reinen Kohlefaser umfasst.
Verwendung einer Einmannplatte mit einer starren faserverstärkten Faserplatte (1), die mit einer Heizschicht (2) versehen und auf der Rückseite mit einem Vakuumisolationspaneel (3) flächig verbunden ist, nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–9, zur Raumklimatisierung in Wohnungen und Gebäuden mit einer elektrischen Widerstandsheizung mit einer durch Strom aufheizbaren elektrisch leitfähigen Heizschicht, auf der Basis von Graphitteilchen oder Kohlenstoff-Fasern und einem Konverter mit einem primärgetakteten Schaltnetzteil zur Stromversorgung.