DE102010033176A1

DE102010033176A1 - Wärmetauscher für Bauwerksdecken

Info

Publication number: DE102010033176A1
Application number: DE102010033176A
Authority: DE
Inventors: Günter Kreitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Nach der Erfindung werden Wärmetauscher für eine Deckenkühlung an den Kühlflüchen zur Erhöhung der Wärmeaufnahme mit Erhebungen versehen.

Description

Die Erfindung betrifft Wärmetauscher für Bauwerksdecken, zur Deckenkühlung oder zur Deckenheizung oder für Deckenkühlung und Deckenheizung. Dabei besteht der Wärmetauscher aus Rohren, üblicherweise mit einem Außendurchmesser von 10 bis 12 mm. Bei bekannten Wärmetauschern sind die Rohre fast immer schlangenförmig oder mäandernd angeordnet. Eine spiralförmige oder schneckenförmige Anordnung ist selten.
Die Rohre bestehen üblicherweise in dem Funktionsbereich als Wärmetauscher aus Metall.
Als Temperierungsmittel dient üblicherweise Wasser.
Zur Kühlung wird Wasser zumeist mit einer Temperatur von etwa 16 bis 19 Grad Celsius in den Wärmetauscher eingespeist. Zur Beheizung wird das Wasser üblicherweise mit einer Temperatur von 30 bis 40 Grad Celsius in die Wärmetauscher eingespeist.
Im Wärmetauscher nimmt das Kühlwasser Wärme auf, d. h. erwärmt sich das Wasser. Dagegen gibt das Wasser im Beheizungsfalle Wärme in dem Wärmetauscher ab.
Der deckenseitige (erste) Wärmetauscher ist in einem Wasserkreislauf angeordnet. Dabei führt eine Zuleitung bei bekannten Einrichtungen von einem anderen (zweiten) Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher und eine Ableitung von dem ersten Wärmetauscher zurück zum zweiten Wärmetauscher. Vorzugsweise sorgt darüber hinaus eine Pumpe für einen Zwangsumlauf, indem sie eine Wasserströmung erzeugt, bei der Kaltwasser durch die Zuleitung dem Wärmetauscher zugeführt und Wasser aus dem ersten Wärmetauscher zurück zum zweiten Wärmetauscher geführt wird.
Der zweite Wärmetauscher ist ein Kaltwassererzeuger, wenn allein eine Deckenkühlung vorgesehen ist.
Der zweite Wärmetauscher ist ein Warmwassererzeuger, wenn allein eine Deckenheizung vorgesehen ist.
Der zweite Wärmetauscher ist ein Kombigerät. Es kann kühlen wie auch heizen, wenn der erste Wärmetauscher nach Bedarf als Kühler oder als Heizfläche genutzt werden kann.
Der zweite Wärmetauscher entzieht dem Warmwasser als Kaltwassererzeuger die Wärme und gibt sie üblicherweise an die Umgebungsluft ab.
Die Deckenkühlung findet an Bauwerken zunehmenden Einsatz.
Wesentliche Gründe sind ein Effizienzgewinn und Ergonomische Vorteile sowie die Wärmeentwicklung in zeitgemäßen Gebäuden.
Die Deckenkühlung bewirkt eine Kühlung der deckennahen Raumluft Die abgekühlte Raumluft sinkt nach unten und führt zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung im Raum im Unterschied zu einer Fußbodenkühlung. Eine Fußbodenkühlung würde demgegenüber zu einem Kälteaufbau am Fußboden ohne Verteilung im Raum führen, weil die kalte Raumluft ein größeres Gewicht als warme Luft hat und deshalb schlecht in Mischung mit der übrigen Raumluft kommt. Dem kann zwar mit einer Luftumwälzung mit einem Ventilator abgeholfen werden. Häufig verursacht aber ein Ventilator bei den betroffenen Personen unterschiedliche Beschwerden.
Die Erfindung bleibt deshalb bei dem Konzept einer Deckenkühlung und hat sich die Aufgabe gestellt, herkömmliche Deckenkühlungen noch zu verbessern. Die Vorteile dieses Konzept kommen besonders zum Tragen, wenn die Deckenkühlung in vorhandenen Gebäuden, insbesondere in Altbauten, nachträglich eingebaut wird.
Darüber hinaus ist der für die Deckenkühler vorgesehene Wärmetauscher auch als Deckenheizung ausgebildet, wenn zugleich ein Heizungsneubau oder eine Heizungserneuerung erforderlich ist. Dadurch kann ein gesonderter Heizungsneubau oder eine Heizungserneuerung entfallen. Der Aufwand für die zusätzliche Ausbildung der Vorrichtung als Deckenheizung ist verhältnismäßig gering. Zwar wird die Deckenheizung zum Beispiel gegenüber einer Fußbodenheizung als nachteilig angesehen. Der zusätzliche Aufwand für eine Fußbodenheizung ist jedoch unvergleichlich höher als der Mehraufwand für die zusätzliche Deckenheizung, wenn ohnehin für die Deckenkühlung entschieden worden ist.
Nach der Erfindung werden wesentliche Verbesserungen dadurch erreicht, daß die Wärmetauscherfläche durch vorteilhafte Oberflächengestaltung vergrößert wird.
Die Wärmetauscherfläche wird vorzugsweise durch eine Metallschicht gebildet. Wahlweise kann es sich um eine selbsttragende Metallschicht handeln.
Wahlweise wird handelt es sich auch um eine dünne Metallschicht, der die notwendige Stabilität durch eine Trägerschicht und/oder durch Trägerprofile aus einem anderen Material gebildet. Wahlweise ist dabei eine Trägerschicht aus Kunststoff vorgesehen, auf der eine dünne metallische Schicht in der Form einer Folie auflaminiert ist. Die Trägerschicht soll die Stabilität geben. Aufgabe der Metallfolie ist die Wärmeleitung.
Es kann die Träger- und Wärmeleitschicht auch aus Spritzmetall, zum Beispiel aus Aluminium, hergestellt werden.
Die Vergrößerung der wärmeaufnehmenden Oberfläche entsteht durch Profilierung. Nach der Erfindung wird eine Vielzahl von Erhebungen erzeugt. Die Erhebungen können kegelförmig oder kegelabschnittsförmig sein. Die Kegelform bzw. Kegelabschnittsform kann bei allen Erhebungen oder nur bei einigen Erhebungen gleich sein. Das schließt ein:
gleiche Grundflächen bei gleichen Kegelformen in gleicher Stellung,
gleiche Mantelflächen bei gleichen Kegelformen in gleicher Stellung,
gleiche Kegelabschnittsflächen bei gleichen Kegelformen in gleicher Stellung,
ungleiche Grundflächen bei gleichen Kegelformen in ungleicher Stellung,
ungleiche Mantelflächen bei gleichen Kegelformen in ungleichen Stellungen
ungleiche Kegelabschnittsflächen und ungleiche Mantelflächen bei gleichen Kegelabschnittsformen in ungleichen Stellungen,
ungleiche Grundflächen bei ungleichen Kegelformen,
ungleiche Mantelflächen bei ungleichen Kegelformen,
ungleiche Grundflächen und ungleiche Mantelflächen bei ungleichen Kegelabschnittsflächen,
Die Grundfläche der Kegelformen kann an den Kanten gerade mit Ecken und/oder gerade und kurvenförmig oder allein kurvenförmig verlaufen. Vorzugsweise sind quadratische oder rechteckförmige Grundflächen oder kreisförmige Grundflächen vorgesehen. Bei rechteckförmigen bzw. quadratischen Grundflächen wird von Pyramiden gesprochen. Die geraden Kanten können gleiche oder unterschiedliche Längen aufweisen. Kurvenförmig verlaufende Kanten können gleichen oder unterschiedlichen Radius aufweisen. Der Radius kann sich auch entlang einer Kante ändern.
Gleiche kegelförmige/pyramidenförmige Erhebungen können durch zwischenliegende Stege miteinander verbunden sein. Die zwischenliegenden Stege erleichtern es, die Erhebungen gegeneinander zu versetzen. Der Versatz kann durch Drehen um eine Mittelachse oder durch Verschwenken erreicht werden, so daß die Erhebungen eine andere Neigung zueinander einnehmen. Zwischen den Erhebungen können auch Vertiefungen liegen.
Durch das Versetzen und durch unterschiedliche Formen de Erhebungen kann die der Rauminnenseite zugewandte Wärmetauscherfläche zugleich schalldämmend bzw. schalldämpfend sein. Je größer der Versatz ist und je unterschiedlicher die Formen sind, desto stärker ist die Schälldämmung/Schalldämpfung.
Das wird darauf zurückgeführt, daß die Schallwellen sich an der erfindungsgemäß gestalteten Fläche besonders stark und unterschiedlich brechen.
Die wahlweise vorgesehene Metallschicht kann durch Spritzen nach Schmelzverflüssigung oder durch Tiefziehen nach Erweichen einer Tiefziehfolie erzeugt werden. Dabei finden Formen Verwendung, deren Innenraum der gewünschten Form der Schicht nachgebildet ist. Zugleich erlaubt diese Herstellung die gleiche Ausbildung von versteifenden Rippen und Stegen wie auch die Ausbildung stabilisierender Ränder.
Die aufzulaminierende Metallschicht kann durch Tiefziehen einer Metallfolie entstehen. Beim Auflaminieren kommen wahlweise die an anderer Stelle erwähnten Kleber zum Einsatz.
Die einstückige Herstellung einer Trägerschicht und Wärmeleitschicht aus einem Metallblech erfolgt vorzugsweise wie die vorstehend beschriebene Verformung der Metallfolie durch Tiefziehen.
Eine weitere Schalldämmung/Schalldämpfung kann mit einer Textilbeschichtung der erfindungsgemäß gestalteten Wärmetauscherfläche erreicht werden. Als Textil eignet sich zum Beispiel ein Gewebe, das noch ausreichende Luftdurchlässigkeit besitzt. Die Luftdurchlässigkeit dient dem Luftaustausch.
Die Luftdurchlässigkeit wird durch die Maschenweite des Gewebes bestimmt. Deshalb ist ein grobmaschiges Gewebe ist vorgesehen. Vorzugsweise ist die Maschenweite so begrenzt, das dem Betrachter einer montierten Deckenkühlung kein Durchblick auf die Wärmertauscherfläche gewährt wird. Wahlweise ist die Maschenweite auch größer gewählt, so daß bei senkrechtem oder gering geneigtem Blick auf das Gewebe ein Durchblick entsteht, aber bei stark geneigtem Blick auf die Textilfläche noch ein Durchblick verwehrt ist. Die erfindungsgemäße geringe Neigung ist hier als Winkel zwischen der Senkrechten auf die Gewebefläche und der Abweichung von der Senkrechten definiert. Der Winkel beträgt wahlweise bis 20 Grad, vorzugsweise bis 40 Grad und noch weiter bevorzugt bis 60 Grad.
Das Textil kann auch ein anderes als ein Gewebe sein.
Das Textil kann aus natürlichen Fasern oder Kunstfasern bestehen.
Das Textil kann auch aus metallischen Fäden bestehen. Metallische Textilien können zur Wärmeleitung beitragen.
Das Textil kann an den Erhebungen der Wärmetauscherfläche verklebt werden. Die Verklebung kann dauerhaft mit verschiedenen Klebern erreicht werden. Reaktionskleber können eine große und dauerhafte Klebkraft entwickeln, die für eine raue Handhabung der Wärmetauscher besonders geeignet sind. Es können auch Hot-melt-Kleber Anwendung finden. Hot-melt-Kleber werden auch Heißkleber genannt. Zur Verklebung werden diese Kleber thermisch aufgeschmolzen und dünn auf die Klebeflächen aufgetragen. Beim Erkalten entwickeln die Hot-melt-Kleber ihre Klebekraft.
Soweit die Wärmetauscherfläche mit dem Textil verschweißbar ist, kommt auch ein Verschweißen in Betracht.
Die Wärmetauscherfläche kann auch beflockt werden. Als Beflocken wird eine Beschichtung der Wärmetauscherfläche mit kurz geschnittenen natürlichen Fasern oder Kunstfasern bezeichnet. Für die Beschichtung wird zunächst Kleber auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht. Anschließend wird ein elektrisches Feld erzeugt, dessen Feldlinien die kurzen Fasern senkrecht auf der Wärmetauscherfläche ausrichten, so daß die Fasern in dieser Stellung eine Klebverbindung mit der Wärmetauscherfläche eingehen.
Bei der Beflockung wird in Anwendung auf den Wärmetauscher die Zahl der Fasern und deren Länge so reduziert, daß eine ähnliche Luftdurchlässigkeit wie bei einem grobmaschigen Gewebe erreicht wird.
Die Rohre in dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher sind vorzugsweise spiralförmig/schneckenförmig verlegt. Diese Verlegung erlaubt besonders bei rechteckigen Wärmetauschermodulen/Wärmetauscherelementen eine enge Verlegung. Das gilt vor allem bei Anwendung einer mehrgängigen Spirale/Schnecken, zum Beispiel in der Form einer Doppelspirale/Doppelschnecke. Bei der spiralflörmigen/schneckenförmigen Verlegung kommen nur 90 Grad-Krümmer vor, während bei schlangenförmiger/mäandernder Verlegung 180 Grad-Krümmer vorkommen, die den Mindestabstand zwischen den Rohren definieren. Gegenüber solcher Verlegung kann bei gleichen Rohren mit einer spiralförmigen/schneckenförmigen Verlegung etwa die doppelte Wärmetauscherfläche installiert werden. Die Wärmetauscherleistung steigt bei gleichen Rahmenbedingungen proportional mit der Erhöhung der Wärmetauscherfläche.
Ein weiterer Vorteil der kleinen Krümmer ist der geringere Strömungswiderstand.
Vorzugsweise besitzen die erfindungsgemäßen Rohre darüber hinaus einen größeren Außendurchmesser als herkömmliche Rohre, nämlich mindestens 14 mm.
Vorzugsweise bestehen die Rohre eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ganz oder teilweise aus Kunststoff. Kunststoffrohre lassen sich zwar leicht verlegen, jedoch ist die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff um vieles geringer als die Wärmeleitfähigkeit von Metall. Gleichwohl wendet sich die Erfindung dem Kunststoff zu. Die geringere Wärmeleitfähigkeit wird dabei durch metallische Rippen an den Rohren ausgeglichen und überkompensiert, die sowohl mit der metallische, raumseitigen Wärmetauscherfläche in Berührung stehen, als auch mit den Rohren in Berührung stehen, durch die das Wasser strömt.
Wahlweise werden auch die Rippen durch Bleche gebildet. Diese Bleche bestehen zum Beispiel aus Aluminium und besitzen mittig eine U-förmige Einformung. Die U-förmige Einformung der Bleche nimmt die Rohre auf. Dabei werden die Rohre möglichst dicht umschlossen, damit eine möglichst großfläche Berührung zwischen den Rohren und den Rippen bildenden Blechen entsteht. Das ist für die Wärmeübertragung von Vorteil.
Insgesamt läßt sich mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ohne weiteres eine um 60 bis 70% bessere Kühlleistung als mit herkömmlichen Wärmetauschern erreichen.
Deckenseitig, also an der der Wärmetauscherfläche abgewandten Seite, ist der Wärmetauscher vorzugsweise mit einer Wärmeisolierung versehen. Die Wärmeisolierung kann durch eine Mineralfaserschicht oder durch anderes Isolierungsmaterial gebildet werden.
Vorzugsweise ist der zweite Wärmetauscher zur Kälteerzeugung bzw. zur Entsorgung von Wärme mit Heizschlangen versehen, die in das Grundwasser reichen. In diesen Heizschlangen strömt Wasser, das die Wärme aufnimmt, welche von dem ersten Wärmetauscher aufgenommen und dem zweiten Wärmetauscher zugeführt wird. Das in diesen Heizschlangen strömende Wasser gibt seine Wärme an das Grundwasser weiter.
Bei stehendem Wasser führt das zu einer geringfügigen Erwärmung des Grundwassers. Bei fließendem Grundwasser ist nicht mit einer nennenswerten Erwärmung des Grundwassers zu rechnen.
Die Verwendung von Grundwasser als Kaltwasser für eine erfindungsgemäße Deckenkühlung erspart die Kaltwassererzeugung. Dies ist für alle Deckenkühler von Vorteil, die mit Kühlwasser betrieben werden.
Dieser Vorteil ist extrem, weil damit der Energieaufwand zur Rückkühlung des bei der Deckenkühlung erwärmten Wassers entfällt.
Bereits in wenigen Metern Tiefe kann kühles Grundwasser gefunden werden, soweit der Grundwasserstand das erlaubt. Vorzugsweise wird Grundwasser aus einer Tiefe von maximal 100 m, noch weiter bevorzugt aus einer Tiefe von maximal 50 m. Soweit Grundwasser vorhanden ist, kann schon bei einer Tiefe von 20 kann mit einer Temperatur von 7 bis 12 Grad Celsius gerechnet werden.
Vorteilhafterweise kann das Grundwasser bei einer Umschaltung der Deckenkühlung auf Deckenheizung gleichfalls zur Beheizung genutzt werden. Das geschieht dann durch Zwischenschaltung einer Wärmepumpe. Dann wird dem Grundwasser über die Wärmepumpe Wärme entzogen und an das zum ersten Wärmetauscher strömende Wasser abgegeben, so daß die Wärme in den an der Decke oder in der Decke angeordneten Wärmetauscher abgegeben wird und von dort in dem zu heizenden Raum frei wird. Die Wärmepumpe gibt die Wärme mit dem oben beschriebenen baut ein höheres Temperaturniveau auf, das für den gewünschen Wärmefluß günstig ist.
Soweit die Wärmepumpe aus Gründen einer Möglichkeit zur Umschaltung von Deckenkühlung auf Deckenheizung vorgesehen ist, ist es von Vorteil, die Wärmepumpe auch für die Deckenkühlung einzusetzen. Der zweite Wärmetauscher wird dann durch die Wärmepumpe gebildet.
Bei der Deckenkühlung wird dem durch den ersten Wärmetauscher umlaufenden Wasser dann mit Hilfe der Wärmepumpe die Wärme entzogen. Die Wärmepumpen haben wie die meisten Wasserpumpen eine bestimmte Förderrichtung. Das Wasser, dem Wärme entzogen werden soll, wird in einen nachfolgend als Pumpeneingangsseite bezeichneten Anschluß der Wärmepumpe eingespeist Das Wasser, das Wärme aus der Wärmepumpe in das Grundwasser tragen soll, tritt in einen nachfolgend als Pumpenausgangsseite bezeichneten Anschluß der Wärmepumpe aus.
Bei Umschaltung von Deckenkühlung auf Deckenheizung (Umkehrung der Wirkung) wird vorzugsweise die Förderrichtung der Wärmepumpe beibehalten. Das kann zum Beispiel mit Ventilen bewirkt werden. Die Ventile können bei gleichbleibender Wirkungsrichtung der Wärmepumpe den ersten Wärmetauscher mit der Pumpenausgangsseite verbinden und das die Grundwasserwärme führende Wasser in die Pumpeneingangsseite lenken. Bei der Rückschaltung von Deckenheizung auf Deckenkühlung wird dann wieder der erste Betriebszustand eingestellt.
Vorteilhafterweise kann die durch Deckenkühlung anfallende Wärme in das Grundwasser geleitet werden und die Wärme zur Deckenheizung dem Grundwasser entnommen werden. Dies kann durch sogenannte Erdsonden erfolgen oder auf anderem Wege erfolgen. Die Erdsonde entsteht durch eine Erdbohrung und die Verlegung eines in der Regel U-förmigen Wärmetauscherrohres in der Bohrung sowie durch anschließende Verfüllung der Bohrung mit Bentonit oder Zement oder einem Gemisch von beidem. Die Verfüllung soll den Wärmeübergang aus dem Grundwasser in die Rohrleitung (bei Deckenheizung) bzw. von der Rohrleitung in das Grundwasser (bei Deckenkühlung) erleichtern.
Die aus einer Deckenkühlung anfallende Wärme führt bei fließendem Grundwasser kaum zu einer Veränderung der Grundwassertemperatur. Etwas anderes kann sich bei stehendem Grundwasser ergeben. Dort kann es zweckmäßig sein, die Wärmeeinleitung ins Grundwasser in einigem Abstand von dem Wärmeentzug des Grundwassers vorzugnehmen. Dann sind verschiedene Erdsonden vorgesehen.
In stehendem Grundwasser ist ein Abstand der Erdsonde für den Wärmeeinleitung von der Erdsonde für den Wärmeentzug von mindestens 5 m, vorzugsweise Abstand von mindestens 3 m vorgesehen.
Die nach der Erfindung vorgesehenen Wärmepumpen sind vorzugsweise als Verdichter ausgebildet. Durch die Verdichtung gasförmigen Kältemittels erwärmt sich das Kältemittel in der Wärmepumpe. Die entstehende Wärme wird abgeführt. Das geschieht über Wärmetauscherflächen, die mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium geringerer Temperatur in Berührung stehen. Das so abgekühlte Kältemittel wird zur Entspannung gebracht. Dabei entsteht schlagartig ein gravierende Abkühlung. Das so abgekühlte Kältemittel kann danach von einem abzukühlenden Medium in Abhängigkeit von der Dauer des Wärmeübergangs und in Abhängigkeit von dem Wärmegefälle eine mehr oder weniger große Wärmemenge aufnehmen.
Dieser Prozeß wird noch wesentlich gesteigert, wenn die Abkühlung des Kältemittels einen Wechsel des Aggregatzustandes bewirkt. Das heißt, wenn das gasförmig komprimierte Kältemittel während seiner der Erwärmung folgenden Abkühlung flüssig wird. Dazu sind nur bestimmte Kältemittel geeignet. Dazu gehören insbesondere FCKW oder HFCKW oder FKW, die heute ganz oder teilweise verboten sind. Heute findet vorzugsweise Propan oder Isobutan Verwendung.
Der Wechsel des Aggregatzustandes setzt bei der beschriebenen Abkühlung des verdichteten gasförmigen Kältemittels noch eine große Wärmemenge frei, die auch abgeführt wird.
Bei der Entspannung und Erwärmung des verflüssigten Kältemittels an dem abzukühlenden Medium kommt es zu einem erneuten Aggregatwechsel, bei dem die zuvor für den Aggregatwechsel abgegebene Wärme von dem zu kühlenden Medium wieder aufgenommen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Deckenkühlung wird die beschriebene Kühlwirkung für die Deckenkühlung genutzt.
Bei der Deckenheizung wird die bei dem Kühlprozess entsorgte Wärme zur Nutzwärme. Diese Wärme wird als Heizwärme genutzt.
Vorzugsweise wird die Deckenkühlung wie auch die Deckenheizung aus mehreren Modulen/Elementen zusammengesetzt. Das erleichtert die Anwendung. Die Module/Elemente sind so bemessen, daß selbst die Deckenheizungen und Deckenkühlungen durchschnittlicher Wohnräume aus mehreren Modulen/Elementen zusammengesetzt werden können. Größere Räume, insbesondere Geschäftsräume und Industriehallen lassen sich mit dieser Bauweise gleichfalls mit einer standardisierten Deckenkühlung und Deckenheizung versehen. Die Kühlleistung bzw. die Heizleistung ist dabei regelmäßig so groß, daß zu den Bauwerkswänden ein Abstand eingehalten werden kann bzw. Sonderbauteile entbehrlich werden.
Die verschiedenen Module/Elemente lassen sich ohne weiteres an Sammelleitungen anschließen, so daß eine Parallelschaltung entsteht. Die Parallelschaltung erlaubt eine besonders leichte Regelung der Kühlung bzw. Heizung. Daneben ist auch eine Hintereinanderschaltung der verschiedenen Module/Elemente möglich.
Für die Montage der erfindungsgemäßen Module/Elemente sind Altbauten oder Industriebauten mit großer Bauhöhe von Vorteil. Dort lassen sich leicht Profile montieren, an denen die Module/Elmente dann befestigt werden bzw. welche die Module/Elemente eingelegt werden, so daß eine abgehängte Decke entsteht Vorteilhaft sind dabei Blechprofile, wie sie zum Trockenbau im Bauwesen (mit Gipskartonplatten) Anwendung finden. Dies Profile eröffnen eine leichte Verschraubung der Module/Elemente mit den Profilen.
Wahlweise können die Profile auch Kassetten bilden, in welche die Module/Elemente nur eingelegt werden müssen. Dabei finden zum Beispiel T-förmige Aluminiumprofile Anwendung, die in verschiedensten Designs verfügbar sind und mit der Flachseite zur Raumseite hin angeordnet werden, um die Kassetten für das Einlegen der Module/Elemente zu bilden.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wärmetauschermodul
Der Querschnitt zeigt einen Träger und Wärmeleiter 1 aus tiefgezogenem Blech. Das Blech ist am Rand mit Stegen versehen, die eine Versteifung des Bleches bilden. An der Unterseite, rauminnenseitig sind eine Vielzahl von Auswölbungen 5 in Pyramidenform vorgesehen.
3 zeigt eine Unteransicht eines quadratischen Trägers und Wärmeleiters 26 aus Blech, der im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 mehr Auswölbungen/Erhebungen besitzt, welche dort mit 25 bezeichnet sind. Die verschiedenen Auswölbungen der 1 und 3 sind gleichmäßig verteilt unter Freilassung von Stegen 6 angeordnet.
In anderen Ausführungsbeispielen sind die Auswölbungen mit anderer Form und/oder unterschiedlicher Form und/oder unterschiedlicher Neigung und/oder unterschiedlicher Höhe/Tiefe versehen, um noch eine stärkere Schalldämpfung bei der Schallwellenreflektion zu bewirken.
In dem Träger und Wärmeleiter 1 bzw. 26 sind Rohrleitungen 2 aus Kunststoff verlegt. Die Rohrleitungen sind als Doppelspirale verlegt. Die Doppelspirale entsteht, wenn die Rohrleitung 2, ausgehend von der Mitte 19 verlegt wird. Nach Fixierung der Mitte 19 mit dem 180-Grad-Bogen werden die zugehörigen beiden Rohrleitungsstränge im Abstand von 5 cm voneinander gehalten und als Doppel unter Einhaltung eines Abstandes 15, 17, 18 von 5 cm zu jeder benachbarten Spiralwindung 12 verlegt. In anderen Ausführungsbeispielen weichen die Abstände um plus/minus 2 cm von dem 5 cm-Abstandsmaß ab
Bei erfindungsgemäßer spiralförmiger/schneckenförmiger Verlegung verlaufen die Rohre 2 bis auf Rundungen parallel zu den geraden Kanten 10 des Trägers und Wärmeleiters 1.
In anderen Ausführungsbeispielen ist ein schlangenförmiger Verlauf der Rohre vorgesehen. Dabei sind die Rohre hin- und hergehend verlegt.
Die Rohrleitungsenden sind mit 13 und 14 bezeichnet. Die Rohrleitungsenden 13 und 14 münden im Abstand von 2,5 cm vom Rand des Trägers 1.
Die äußeren Windungen 12 der Rohre 2 verlaufen gleichfalls im Abstand von 2,5 cm vom Rand des Trägers 1.
Jede Richtungsumkehrung der Rohrleitungen bedingt einen starken Bogen mit entsprechendem Strömungswiderstand. Die erfindungsgemäße Spiralbildung ist viel widerstandsärmer. Das ist für die Pumpenleistung bei einem einzigen Wärmetauschermodul von geringer Bedeutung. Bei größeren Deckenkühlanlagen für größere Büroräume, insbesondere für Verkaufsräume oder industriell genutzte Räume addiert sich der Widerstand aus den Rohrkrümmungen beträchtlich auf. Das hat dann auf die Pumpenleistungen spürbare Auswirkungen. Dadurch ergeben sich andere Baugrößen und höhere Kosten für die Pumpe; auch für die Auslegung der Rohrleitungen und anderen Zubehörs zu der Deckenkühlanlage.
Die Rohre 2 sind in der gewünschten Lage durch Alubleche 3 fixiert. Die Alubleche 3 umschließen die Rohre 2 auf einem wesentlichen Teil ihrer Mantelfläche. Dabei wird – anders als dargestellt – eine Berührung zwischen den Alublechen 3 und den Rohren 2 bewirkt. Darüber hinaus liegen die Alubleche 3 – anders als dargestellt – an dem Träger 1 an. Dadurch wird die Wärme des Trägers 1 in besonderem Maß von den Alublechen 3 zu den Rohren 2 geleitet.
Oberhalb der Rohre 2 und der Alubleche 3 ist an den erfindungsgemäßen Wärmetauschermoduln eine Wärmedämmung 4 in Form einer Mineralfaserwolle vorgesehen.
Für die Montage der erfindungsgemäßen Wärmetauschermoduln in bestehenden Gebäuden wird vorzugsweise an der Decke ein Traggerüst gemäß 5 befestigt. Das Traggerüst besteht wahlweise aus Blechprofilen 50 und 51, wie sie für Trockenbauständerwerk verwendet Die Blechprofile werden nach entsprechender Längenanpassung an eine vorhandene Decke kreuzweise verlegt und miteinander verschraubt. Zur Verschraubung dienen Schneidschrauben, die ohne vorgebohrtes Loch in das Blech dringen können.
Die miteinander verschraubten Profile 50 und 51 werden mittels schematisch dargestellter Abhängung 52 an der Decke gehalten. Die Abhängung 52 besteht im Ausführungsbeispiel aus schmalen Blechstreifen, die an einem Ende an der Decke mit Dübeln und Schrauben gehalten sind und am anderen Ende mit den Profilen 50 verschraubt sind.
Die in 1 dargestellten Module werden von unten an dem Traggerüst befestigt.
Nach 4 werden mehrere Wärmetauschermodule 30, 31 und 32 nebeneinander an der Decke an dem zuvor eingebauten Traggerüst montiert. Dazu sind wahlweise an dem Träger 1 nicht dargestellte Ösen vorgesehen, an denen eine Verschraubung mit dem Traggerüst erfolgen kann. Für die Verschraubung sind die gleichen Blechschrauben wie zum Verschrauben der Profile 50 und 51 vorgesehen.
In anderen Ausführungsbeispielen sind anstelle der Ösen ganz oder teilweise durchgehende Blechwindel an dem Träger 1 vorgesehen. Mit Hilfe der Blechwinkel kommt es nicht mehr auf eine Anpassung des Ösenabstandes an das Abstandsmaß der Profile 51 an.
6 zeigt ein Traggerüst eines anderen Ausführungsbeispieles, das aus T-förmigen Profilen 62 zusammengesetzt ist Dieses Traggerüst ist wie das in 5 dargestellte Gerüst im Abstand von der Decke angeordnet. Dabei sind die flachen Teile der Profilstege unten angeordnet. Das Traggerüst bildet nach oben offene Kassetten, in welche die Module/Elemente von oben eingelegt werden.
Der Abstand zwischen der Decke und dem Traggerüst erlaubt es, die Module/Elemente zwischen Decke und Gerüst einzuschieben.
4 zeigt darüber hinaus den Anschluß der Wärmetauschermodule 30, 31 und 32 an eine gemeinsame Zuleitung 36 und eine gemeinsame Ableitung 37. Die Anschlußleitungen der Wärmetauschermodule 30, 31 und 32 an die gemeinsame Zuleitung 36 sind mit 35 bezeichnet; die Anschlußleitungen an die gemeinsame Ableitung 37 sind mit 34 bezeichnet. Die Wärmetauschermodule 30, 31 und 32 sind im Ausführungsbeispiel parallel geschaltet.
Die Zuleitung 36 und die Ableitung 37 sind im Ausführungsbeispiel so dimensioniert, daß etwa gleiche Mengen Kühlwasser durch die Wärmetauscher 30, 31 und 32 strömen.
In anderen Ausführungsbeispielen können die Wärmetauschermodule hintereinander geschaltet sein.
Der Wärmetauscher aus den verschiedenen erfindungsgemäßen Modulen/Ementen ist über eine Wärmepumpe 42 mit einer Erdsonde verbunden. Dabei sind die gemeinsame Zuleitung 36 und die gemeinsame Ableitung an die Pumpeneingangsseite der Wärmepumpe 42 angeschlossen.
Die Erdsonde besteht aus einer Erdbohrung 38, im Ausführungsbeispiel mit einer Tiefe von 30 m in das Grundwasser. Das Grundwasser hat dort im Ausführungsbeispiel eine Temperatur von 8 bis 10 Grad Celsius.
In die Erdbohrung 38 ragen zwei Leitungen (Rohre) 39 und 40, die unten in nicht dargestellter Weise durch einen Krümmer miteinander verbunden sind. Im Ausführungsbeispiel werden die Leitungen 39 und 40 von Wasser durchströmt. In anderen Ausführungsbeispielen fließt ein anderes Temperierungsmittel durch die Leitungen 39, 40.
Der Hohlraum, den die Leitungen 39 und 40 in der Erdbohrung offen lassen, ist mit einer Bentonit/Zementmischung verfüllt. Die Mischung dient der Wärmeübertragung zwischen dem Grundwasser und den Leitungen 39 und 40. Die beiden Leitungen 39 und 40 sind mit der Pumpenausgangsseite der Wärmepumpe 42 verbunden.
Dabei münden die Leitungen 36 und 37 in eine Wärmetauscherkammer 43 der Wärmepumpe. Die Leitungen 39 und 40 münden in eine andere Wärmetauscherkammer 44 der Wärmepumpe. Beide Kammern 43 und 44 sind mit einer Kältemittelleitung der Wärmepumpe zu einem Kältemittelkreis verbunden, in dem auch eine Pumpe angeordnet ist. Das Kältemittel ist im Ausführungsbeispiel Propan.
Die Leitungen 39 und 40 bilden mit der Kammer 44 einen Wasserkreis, in dem auch eine Pumpe 41 angeordnet ist.
Die Leitungen 36 und 37 bilden mit der Kammer 43 einen Wasserkreis, in dem auch eine Pumpe 46 und eine Drossel 48 angeordnet sind.
Die dargestellte Anordnung dient der Deckenkühlung,
Beim Betrieb der Deckenkühlung pumpt die 46 Wasser aus der Kammer 43 in die Module/Elemente 30, 31, 32. Dort wird Wärme aufgenommen und mit dem zurückströmenden Wasser in die Kammer 43 der Wärmepumpe 42 getragen. Dort wird dem Wasser von der Wärmepumpe 42 die Wärme entzogen und über das Kältemittel in die Kammer 44 getragen. Dort wird die Wärme an das in die Leitung 40 strömende Wasser übertragen. In der Erdbohrung 38 gibt das Wasser seine Wärme an das Grundwasser ab.
In der Wärmepumpe 42 wird das Kühlmittel mittels der Pumpe 42 umgewälzt.
Zugleich bewirkt die Pumpe 42 in der Kammer 44 eine Verdichtung des dort gasförmigen Kältemittels bis eine teilweise Verflüssigung des Kältemittels stattfindet und Wärme mit hohem Temperaturniveau anfällt, die sehr vorteilhaft auf das Wasser in der Leitung 40 übertragen wird.
Nach Verlassen der Kammer 44 passiert das teilweise flüssige Kältemittel eine Drossel 48. Nach Verlassen der Drossel 48 gelangt das Kältemittel in der Kammer 43 in einen Bereich mit geringem Druck. Das bewirkt eine starke Abkühlung des Kältemittels und ein geringes Temperaturniveau, das für den Wärmeübergang des Warmwassers aus den Modulen/Elementen auf das Kältemittel vorteilhaft ist.

Claims

Wärmetauscher für Bauwerksdecken, für eine Deckenkühlung und/oder eine Deckenheizung, wobei in dem Wärmetauscher raumseitig mit einer Kühlfläche Wärme aufnehmen und wobei Kühlrohre vorgesehen sind, die von einem Temperierungsmittel durchströmt werden und wobei Kühlwasser als Temperierungsmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche mit Erhebungen zur Vergrößerung der Kühlfläche versehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen an der Wärmetauscherfläche kegelförmig oder kegelabschnittsförmig ausgebildet sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch kegelförmige Erhebungen mit eckiger und/oder runder Grundfläche oder mit eckigen und/oder runden Kegelabschnittsflächen, insbesondere mit Pyramidenform mit rechteckiger Grundfläche oder Kegelabschnittsfläche, noch weiter bevorzugt mit quadratischer Grundfläche oder quadratischer Kegelabschnittsfläche.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ganz oder teilweise senkrecht und/oder geneigt auf der Kühlfläche stehen und/oder daß die Erhebungen ganz oder teilweise gleiche und/oder unterschiedliche Höhe besitzen und/oder daß die Erhebungen ganz oder teilweise gleiche oder unterschiedliche Grundflächen besitzen und/oder daß die Erhebungen ganz oder teilweise gleiche oder unterschiedliche Mantelfächen besitzen
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen allen oder einigen Erhebungen Vertiefungen oder Stege vorgesehen sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherfläche ganz oder teilweise durch eine Metallschicht gebildet wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine selbsttragende Metallschicht als Wärmetauscherfläche oder durch eine nicht selbst tragende Metallschicht als Wärmetauscherfläche, die mit einer Trägerschicht aus anderem Material versehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Versteifungsrippen oder Versteifungsstege oder Versteifungsränder an der Wärmetauscherfläche.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherfläche durch ein Blech, vorzugsweise aus einem tiefgezogenen Blech, gebildet wird oder daß die Trägerschicht und die raumseitige Wärmeleitungsschicht ganz oder teilweise durch Spritzmetall gebildet werden
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ganz oder teilweise mit einem luftdurchlässigen, grobmaschigen Textil beschichtet sind oder ganz oder teilweise luftdurchlässig beflockt sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite des Textils so groß ist, daß das Textil bei senkrechter Betrachtung oder bei geneigter Blickrichtung zur Wärmetauscherfläche durchsichtig ist, wobei die Neigung als Abweichung von der Senkrechten vorzugsweise bis 20 Grad, noch weiter bevorzugt bis 40 Grad und höchst bevorzugt bis 60 Grad beträgt.
Wärmetauscher nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Verklebung des Textils mit den Erhebungen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung von Rohren mit metallischen Rippen, vorzugsweise aus Aluminiumblech, zur Steigerung der Wärmeleitung.
Wärmetauscher nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre auf einem wesentlichen Umfangsteil von dem rippenbildenden Aluminiumblech umschlossen sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenbildenden Aluminiumbleche mit einer U-förmigen Vertiefung für die Rohre versehen sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre deckenseitig mit einer Wärmeisolierung versehen sind.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch einen zweiten Wärmetauscher für die Entsorgung der bei der Deckenkühlung mit dem Temperierungsmittel abgeführten anfallenden Wärme oder für die Zuführung der für eine Deckenheizung erforderlichen Wärme.
Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmetauscher eine Wärmepumpe ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe bei der Deckenkühlung pumpeneingangsseitig mit den Leitungen verbunden ist, welche zu der raumseitigen Wärmetauscherfläche führen, und pumpenausgangsseitig mit einer Erdsonde verbunden ist, welche aus einer ins Grundwasser ragenden Erdbohrung und darin angeordneten Rohren besteht, wobei die Rohre gleichfalls von einem Temperierungsmittel durchströmt sind, so daß die von der Wärmepumpe über die Deckenkühlung aus dem Raum abgezogene Wärme ins Grundwasser abgegeben wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe bei der Deckenheizung pumpeneingangsseitig mit einer Erdsonde verbunden ist, welche aus einer ins Grundwasser ragenden Erdbohrung und darin angeordneten Rohren besteht, wobei die Rohre gleichfalls von einem Temperierungsmittel durchströmt sind, so daß die von der Wärmepumpe dem Grundwasser Wärme entziehen kann und daß die Wärmepumpe pumpenausgangsseitig mit den Leitungen verbunden ist, welche zu der raumseitigen Wärmetauscherfläche führen, so daß die aus dem Grundwasser entzogene Wärme an die raumseitige Wärmetauscherfläche abgegeben wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet die Erdbohrung einer Tiefe von höchstens 100 m, vorzugsweise eine Tiefe von höchstens 50 m aufweist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch eine spiralförmige/schneckenförmige Verlegung der Kühlrohre an der raumseitigen Wärmetauscherfläche, insbesondere eine Verlegung der Kühlrohre in einer Doppelspirale.
Wärmetauscher nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre bei spiralförmiger/schneckenförmiger Verlegung einen Abstand von 5 cm plus/minus 2 cm von benachbarten Rohren aufweisen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 27, gekennzeichnet durch eine Montage der raumseitigen Wärmetauscherfläche mittels Blechprofilen, vorzugsweise mit T-förmigen Profilen, in welche die Wärmetauscherfläche von oben einlegbar ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch modulartige Wärmetauscherflächen und eine rasterförmige Anordnung der Profile, deren Abstände den Abständen der Wärmetauscherflächen angepaßt sind.