DE102016117742A1 - Heiz-/Kühleinrichtung - Google Patents

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Sabine Hoffmann
Mathias Kimmling
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Abstract

Diese Erfindung betrifft eine Heiz-/Kühleinrichtung (1) zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers (2) durch Wärmestrahlungsaustausch zwischen der Heiz-/Kühleinrichtung (1) und dem Nutzer (2), wobei die Heiz-/Kühleinrichtung (1) wenigstens eine Heiz-/Kühlfläche (10) aufweist, die eine wärmestrahlungsaktive Oberfläche aufweist, die für den Wärmestrahlungsaustausch zu dem Nutzer (2) eingerichtet ist, wobei die Heiz-/Kühlfläche (1) mit einer aktiven Heizung/Kühlung (30) zum Einbringen und/oder Entziehen von Wärme thermisch verbunden ist, und wobei in die Heiz-/Kühlfläche (10) eingebrachte bzw. dieser entzogene Wärme mittels der aktiven Heizung/Kühlung (30) aus einem Wärmespeicher (32) entnehmbar bzw. in einen Wärmespeicher (32) einbringbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmen oder Kühlen eines Nutzers einer Heiz-/Kühleinrichutng.

Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Heiz-/Kühleinrichtung zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers durch Wärmestrahlungsaustausch zwischen der Heiz-/Kühleinrichtung und dem Nutzer, wobei die Heiz-/Kühleinrichtung wenigstens eine Heiz-/Kühlfläche aufweist, die eine wärmestrahlungsaktive Oberfläche aufweist, die für den Wärmestrahlungsaustausch zwischen dem Nutzer und der Heiz-/Kühlfläche eingerichtet ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers.
  • Als Stand der Technik ist die Offenlegungsschrift DE 103 54 355 A1 bekannt, in welcher eine Vorrichtung zum Temperieren von Räumen beschrieben ist. Diese Vorrichtung weist einen Heizabschnitt und einen Kühlabschnitt auf, welche als Wärme- bzw. Kältespeicher jeweils ein latentwärmespeicherfähiges Material mit unterschiedlichem Schmelzpunkt aufweisen. Der Wärme- bzw. Kältespeicher kann durch Durchströmen mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium einzeln regeneriert werden. Zum Temperieren der Raumluft wird entweder der Wärmespeicher oder der Kältespeicher aufgeladen. Ein Heizabschnitt und ein Kühlabschnitt, die jeweils ihren Speicher umfassen, sind übereinander angeordnet und werden nacheinander von Raumluft durchströmt, die sich dabei aufwärmt oder abkühlt.
  • Im Stand der Technik ist aus der DE 10 2010 005 543 A1 weiter eine Stellwand bekannt, welche ein Phasenwechselmaterial umfasst, welches einen Luftkanal im Inneren der Stellwand umgibt. Zur besseren Wärmeübertragung an die Raumluft sind im Inneren des Luftkanals Rippen vorgesehen. Zusätzlich verlaufen im Inneren der Stellwand Kanäle, durch welche Kühl- oder Heizwasser strömen kann. Auf diese Weise kann der Stellwand Wärme oder Kälte zugeführt werden, die in dem Phasenwechselmaterial zwischengespeichert und an die Raumluft abgegeben werden kann. Alternativ wird vorgeschlagen, die Stellwand zur Regeneration aus dem Betrieb zu nehmen und in einen wärmeren oder kühleren Raum zu verbringen. Auf einer Außenoberfläche der Stellwand ist eine Beschichtung aufgebracht, welche der Optik sowie der Feuchtigkeitsregulierung des zu temperierenden Raumes dient.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist, dass viel Energie benötigt wird, um die gesamte Raumluft zu temperieren. Weiter ist nachteilig, dass trotz der Verwendung von Wärmespeichern ein Anschluss an eine externe Wärme- bzw. Kältequelle erforderlich ist. Dies geht außerdem mit einem relativ hohen Energieverbrauch einher.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heiz-/Kühleinrichtung vorzuschlagen, welche energieeffizient und möglichst autark arbeitet. Ihr Zweck ist außerdem, den thermischen Komfort eines Nutzers zu steigern.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine Heiz-/Kühleinrichtung zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers durch Wärmestrahlungsaustausch zwischen der Heiz-/Kühleinrichtung und dem Nutzer, wobei die Heiz-/Kühleinrichtung wenigstens eine Heiz-/Kühlfläche aufweist, die eine wärmestrahlungsaktive Oberfläche aufweist, die für den Wärmestrahlungsaustausch zwischen dem Nutzer und der Heiz-/Kühlfläche bestimmt und ausgestaltet ist. Die Heiz-/Kühlfläche ist mit einer aktiven Heizung/Kühlung zum Einbringen und/oder Entziehen von Wärme thermisch verbunden, wobei in die Heiz-/Kühlfläche eingebrachte bzw. dieser entzogene Wärme mittels der aktiven Heizung/Kühlung aus einem Wärmespeicher entnehmbar bzw. in einen Wärmespeicher einbringbar ist. Vorzugsweise erwärmt ein Wärmestrom zwischen der Heiz-/Kühlfläche und der aktiven Heizung/Kühlung kein explizit zur Wärmespeicherung vorgesehenes Wärmespeichermaterial oder kühlt dieses ab.
  • Eine solche Ausgestaltung einer Heiz-/Kühleinrichtung hat den Vorteil, dass ein Nutzer durch die Verwendung von Wärmestrahlung zur Wärmeübertragung an den Stellen seines Körpers, die mit der Heiz-/Kühleinrichtung im Strahlungsaustausch stehen, gewärmt oder gekühlt werden kann. Dies kann seine Haut, Haare und/oder Bekleidung sein. Besonders effektiv ist Strahlungsaustausch mit der Haut. Auf diese Weise muss nicht der ganze Raum temperiert werden, sondern eine unmittelbare Einwirkung auf den Nutzer kann stattfinden. Da dies erheblich weniger Energie erfordert, ist dies eine sehr energieeffiziente Lösung. Der Nutzer kann eine menschliche Person sein. Er kann jedoch auch ein Tier sein, etwa in einer Tierklinik oder nach der Geburt.
  • Unter einer wärmestrahlungsaktiven Oberfläche wird eine Oberfläche verstanden, die im Betrieb mit einem Nutzer im Austausch von Wärme über Wärmestrahlung steht und die dazu eingerichtet und vorgesehen ist. Je nach den Temperaturen der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche und der damit im Austausch stehenden Oberfläche des Nutzers kann der Wärme von der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche zu dem Nutzer oder umgekehrt fließen, wobei die Wärme von der wärmeren zu der kälteren Oberfläche übertragen wird.
  • Bevorzugt ist die zu dem Nutzer gerichtete wärmestrahlungsaktive Oberfläche der Heiz-/Kühlfläche mit guten Wärmestrahlungseigenschaften ausgestattet. Zum Beispiel kann die wärmestrahlungsaktive Oberfläche nichtmetallisch oder schlecht elektrisch leitend ausgeführt. Beispielsweise kann ein darunterliegender metallischer Träger mit Schicht mit hohem Emissions- und Absorptionskoeffizienten für Wärmestrahlung versehen sein, zum Beispiel einer elektrisch nicht leitfähigen Schicht, insbesondere einer nicht metallischen Schicht. Beispielsweise kann die Oberfläche der Heiz-/Kühlfläche eine Farb-, Eloxal-, Keramik-, Glas-, Kunststoff-, Papier-, Textil-, gummiartige oder mineralische Schicht wie etwa Naturstein oder Kunststein oder eine anorganische Schicht wie etwa Kalk, Gips, Putz oder Beton umfassen. Vorzugsweise ist die Schicht an der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche dünn ausgeführt Wenn sie elektrisch schlecht leitfähig ist, ist in vielen Fällen auch die thermische Leitfähigkeit gering, so dass der Nachschub an Wärme oder die Abführung von Wärme durch die Schicht zur abstrahlenden oder Strahlungsenergie empfangenden Oberfläche behindert sein kann. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Schicht weniger als 5 mm.
  • Weiter trägt zur Energieeffizienz dieser Lösung bei, dass zum Beispiel Wärme, die dem Nutzer entzogen wird, aktiv einem Wärmespeicher zugeführt wird, so dass die Wärme unter geänderten klimatischen Bedingungen dem Nutzer wieder zugeführt werden kann. Gleiches ergibt sich für den Fall, dass einem Nutzer zunächst Wärme zugeführt und zu einem anderen Zeitpunkt wieder entzogen wird. Dies wird ermöglicht, indem die Heizung/Kühlung als aktive Wärmefördereinrichtung ausgeführt ist, die zudem zwischen der Heiz-/Kühlfläche und einem Wärmespeicher angeordnet ist. Durch die Möglichkeit, der Heiz-/Kühlfläche aktiv Wärme zuzuführen oder zu entziehen bzw. deren Temperatur dazu geeignet zu beeinflussen, ergibt sich außerdem die Möglichkeit einer aktiven Steuerung der Temperierung des Nutzers. Entsprechend kann eine Einstellung der Temperierung nach individuellen Komfortwünschen des Nutzers erfolgen. Weitere Details hierzu sind unten ausgeführt.
  • Weiter ist denkbar, dass bestimmte Körperbereiche eines Nutzers zu wärmen und andere zu kühlen sind. Dann kann Wärme von einem zu kühlenden Körperbereich einem zu wärmenden Körperbereich zugeführt werden. Voraussetzung ist auch hier, der Heiz-/Kühlfläche aktiv Wärme zuführen oder entziehen zu können. Weitere Details hierzu sind unten ausgeführt.
  • Vorzugsweise beträgt eine Temperaturdifferenz zwischen einer Oberfläche des Nutzers, insbesondere einer menschlichen Person, die mit der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche im Wärmestrahlungsaustausch steht, und der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche im Betrieb zwischen 5 und 10 °C. Die damit verbundene thermische Leistung reicht in vielen Fällen für eine ausreichende Erwärmung bzw. Kühlung des Nutzers aus. Auf diese Weise ist ein effektiver Betrieb der Heiz-/Kühleinrichtung möglich, deren Wirkungsgrad im Allgemeinen von der Temperaturdifferenz abhängt und umso höher ist, je kleiner Temperaturdifferenz ist.
  • Vorzugsweise kühlt eine Steuerung den Nutzer in Zeiten erhöhter Umgebungstemperatur und wärmt ihn in Zeiten niedriger Umgebungstemperatur.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann akkumulatorbetrieben sein. Durch die gute Energieeffizienz ist bei praktikabler Akkumulatorgröße eine ausreichende Betriebsdauer möglich. Bevorzugt wird ein Lithium-Ionen-Akkumulator oder ein anderer Ladungsspeicher mit hoher Energiedichte eingesetzt. Vorzugsweise ist der Akkumulator so ausgelegt, dass ein Betrieb während typischer Bürostunden eines Tages möglich ist. Der Akkumulator kann außerhalb der Betriebszeiten aufgeladen werden. Denkbar ist eine induktive Aufladung an einer Ladestation, die in eine Wand oder den Boden integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Heiz-/Kühleinrichtung mit keinem Ladestecker verbunden werden muss und somit jederzeit frei bewegbar ist. Gleiches kann auch erreicht werden, wenn eine Energieversorgung mittels einer Brennstoffzelle stattfindet, welche in die Heiz-/Kühleinrichtung integriert ist. Vorzugsweise ist der Betrieb der Heiz-/Kühleinrichtung unter Zuführung von externer elektrischer Energie mit Niederspannung möglich, wie sie zum Beispiel von Fotovoltaikanlagen oder Brennstoffzellen ohne Spannungsanpassungseinrichtungen geliefert wird.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann zur Stromversorgung mit einer stromerzeugenden Fotovoltaikeinrichtung gekoppelt sein. Dies hat insbesondere im Sommer den Vorteil, dass viel elektrische Energie zur Verfügung steht, wenn stärker gekühlt werden muss. Eine solche Kopplung kann insbesondere im privaten häuslichen Bereich stattfinden, da in vielen Fällen der Zugriff auf die elektrische Solarenergie relativ unaufwendig ist. Die Kopplung ist dennoch auch im professionellen Bereich, wie etwa in Büros, denkbar.
  • Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist, dass aufgrund der Verwendung von Wärmestrahlung auf Lüfter gänzlich verzichtet werden kann. Es ist daher möglich, die Heiz-/Kühleinrichtung geräuschlos zu betreiben.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann als stationäre oder mobile Wand ausgeführt sein, insbesondere als Stellwand zum Aufstellen auf den Boden, als Tischoberfläche, als Bodenabschnitt oder als Bodenauflage, oder als Deckenelement oder von der Decke abgehängtes Element oder als Tischgerät zum Aufstellen auf eine erhöhte Aufstellfläche, insbesondere auf einen Tisch, oder als Stuhlbestandteil.
  • Bevorzugt ist die Heiz-/Kühleinrichtung mobil und kann an verschiedenen Stellen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Heiz-/Kühleinrichtung in Büroräumen eingesetzt; eine Anwendung im privaten Wohnbereich oder im Freien sind jedoch ebenfalls denkbar. Es ist es verständlich auch möglich, dass die Heiz-/Kühleinrichtung zur Energieversorgung mit einer Kabelanbindung zu einem elektrischen Stromversorgungsnetz versehen ist. Dies ist zum Beispiel beim Betrieb in einem privaten Wohnumfeld vorteilhaft, da hier eine freie Beweglichkeit der Heiz-/Kühleinrichtung im Allgemeinen weniger relevant ist. Besondere Vorteile können erreicht werden, wenn in der Umgebung vorhandene Luftbewegungen eine Temperierung durch Konvektion schwieriger oder unmöglich machen, zum Beispiel Wind oder eine starke Lüftung. Solche Bedingungen können beispielsweise in Außenbereichen oder unter Arbeits- und Lebensbedingungen vorliegen, bei welchen einen großer Luftaustausch stattfindet. Der Wärmeaustausch per Wärmestrahlung wird davon nicht beeinflusst.
  • Der Wärmespeicher kann von der Heiz-/Kühlfläche entfernt angeordnet und mit der Heiz-/Kühlfläche über einen thermischen Pfad verbunden sein, entlang dem Wärme von der Heiz-/Kühlfläche zu dem Wärmespeicher oder zurück aktiv transportierbar ist. Ein aktiver Transport bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Wärme auch gegen ein Temperaturgefälle übertragen werden kann, welches ohne aktives Zutun einen Wärmefluss in die entgegengesetzte Richtung hervorrufen würde.
  • Die räumlich entfernte Anordnung des Wärmespeichers von der Heiz-/Kühlfläche ist vorteilhaft, um Raum für die Anordnung der Heizung/Kühlung zwischen der Heiz-/Kühlfläche und den Wärmespeicher bereitzustellen. Die der Heiz-/Kühlfläche zugewandte Oberfläche der Heizung/Kühlung wird als Heiz-/Kühlseite der Heizung/Kühlung bezeichnet, während die gegenüberliegende Seite als Wärmespeicherseite der Heizung/Kühlung bezeichnet wird. Die Wärme kann vor bzw. nach dem Durchgang durch die Heizung/Kühlung zumindest zu einem erheblichen Teil aus dem Wärmespeicher entnommen oder in diesem gespeichert werden.
  • Auf der Rückseite der Heiz-/Kühlfläche und damit thermisch verbunden kann eine Heizung/Kühlung angebracht sein. Der Wärmespeicher kann auf der Wärmespeicherseite der Heizung/Kühlung angeordnet sein.
  • Alternativ dazu kann auf der Wärmespeicherseite ein Wärmetauscher oder ein anderes Wärmeübertragungssystem angeordnet sein, welches Wärme von der Heizung/Kühlung zu dem Wärmespeicher überträgt. Der Wärmespeicher kann an einem zweiten Ende des Wärmeübertragungssystems angeordnet sein. Wenn ein Wärmetauscher verwendet wird, kann ein weiterer Wärmetauscher an dem Wärmespeicher angeordnet sein. Der Wärmetransport kann dann mit einem Wärmeübertragungsmedium zwischen den beiden Wärmetauschern stattfinden. Auf diese Weise kann der Wärmespeicher von der Heizung/Kühlung und damit auch von der Heiz-/Kühlfläche entfernt angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Wärmespeicher, der bei einem großen Wärmespeichervermögen viel Volumen einnehmen kann, an anderer Stelle als hinter der Heiz-/Kühlfläche angeordnet sein, womit der Umgebungsbereich der dem Nutzer abgewandten Seite der Heiz-/Kühlfläche gemeint ist.
  • Als weitere Alternative kann ein Wärmetauscher oder ein anderes Wärmeübertragungssystem auf der Rückseite der Heiz-/Kühlfläche und im thermischen Pfad zwischen dieser und der Heizung/Kühlung angeordnet sein. Die Heizung/Kühlung kann dann an einem weiteren Wärmetauscher, der mit Wärmetauscher über ein Wärmeübertragungsmedium verbunden ist, oder an einem anderen Ende eines Wärmeübertragungssystems angeordnet sein. Dies ist eine weitere Möglichkeit, den Wärmespeicher an anderer Stelle als hinter der Heiz-/Kühlfläche anzuordnen. Dies hat den Vorteil, dass die Heizung/Kühlung nicht nahe der Heiz-/Kühlfläche angeordnet ist, wodurch der Teil der Heiz-/Kühleinrichtung, der diese umfasst, kompakter und/oder flacher ausgeführt werden kann. Ein Nachteil ist die größere Totzeit, welche vergeht, bis eine Änderung der Bedingungen an der Heizung/Kühlung an der Heiz-/Kühlfläche ankommt.
  • Als Wärmetauscher kann beispielsweise ein Mikrowärmetauscher mit kleinen Abmessungen und durch Mikrostrukturen vergrößerter Wärmeübertragungsoberfläche zu dem Wärmeträgermedium verwendet werden.
  • Beispielsweise kann der Wärmespeicher in einem Fuß einer Stellwand oder eines Tischgeräts mit einer Heiz-/Kühlfläche angeordnet sein. Es ist auch denkbar, den Wärmespeicher entfernt von der Heiz-/Kühleinrichtung anzuordnen und diese mittels eines Flüssigkeitskreislaufs eines Wärmeübertragungsmediums an die Heiz-/Kühleinrichtung anzubinden. Es ist weiter denkbar, einen Wärmespeicher für mehrere Geräte zentral und entfernt von allen Geräten anzuordnen. Dann kann auch ein Austausch von Wärme zwischen verschiedenen Geräten ermöglicht werden, wie unten detaillierter erläutert ist.
  • Ein Vorteil der Speicherung der Wärme aus der Heizung/Kühlung in einem Wärmespeicher bzw. der Wärmetransport weg von der Rückseite der Heiz-/Kühlfläche zu den Wärmespeicher bewirkt, dass sich die Rückseite der Heiz-/Kühlfläche nicht erwärmt oder abgekühlt und somit auch das Raumklima von dort aus nicht unerwünscht verändert wird. Anfallende Wärme wird in dem Wärmespeicher, der thermisch von der Umgebung isoliert ist, gespeichert und hat dort praktisch keine oder nur eine geringe Wirkung auf das Raumklima. Analog wird dem Wärmespeicher Wärme entzogen, wenn der Nutzer zu wärmen ist. Dadurch kühlt sich der Wärmespeicher ab, was jedoch durch dessen thermische Isolierung auf seine Umgebung praktisch keine oder nur eine geringe Auswirkung hat.
  • Vorzugsweise umfasst die Heizung/Kühlung ein Peltier-Element. Alternativ ist ist grundsätzlich auch denkbar, eine andersartige bekannte Kältemaschine und/oder Wärmepumpe zu verwenden.
  • Ein Peltier-Element hat den Vorteil, dass es sehr kompakt ist und außerdem elektrisch zu betreiben ist. Da unter vielen Betriebsbedingungen nur relativ geringe Temperaturunterschiede von typischerweise weniger als 10 K erforderlich sind, ist sein Wirkungsgrad im Allgemeinen hoch.
  • Die Ansteuerung für das Peltier-Element kann eine herkömmliche Ansteuerung sein. Vorzugsweise ist sie in der Lage, die Stromrichtung umzukehren und besonders bevorzugt ist mit ihr ein Regler verbunden, welcher die Temperatur auf der Heiz-/Kühlseite regeln kann. Dazu kann die Temperatur auf der Heiz-/Kühlseite des Peltier-Elements oder/und an der Heiz-/Kühlfläche gemessen werden. Gleiches gilt analog auch für andere Heizungen/Kühlungen als ein Peltier-Element.
  • Das Wärmespeichermaterial in dem Wärmespeicher kann ein latentwärmespeicherndes Material sein. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmespeicher zumindest in einem bevorzugt genutzten Betriebsbereich bei nahezu konstanter Temperatur arbeitet.
  • Ein latentwärmespeicherndes Material kann beispielsweise während der Wärmezuführung oder Wärmeentnahme den Aggregatzustand zu wechseln. Bevorzugt kann das Wärmespeichermaterial Paraffin oder Salzhydrat sein. Es gibt jedoch auch noch andere Möglichkeiten, die beispielsweise in einem dem Wärmetechnik-Fachmann bekannten thermochemischer Wärmespeicher. Der Wärmespeicher ist bevorzugt gegen seine Umgebung thermisch isoliert. Vorzugsweise hat das latentwärmespeichernde Material einen Temperaturhaltepunkt, der in der Nähe einer mittleren Raumtemperatur liegt, bei der die Heiz-/Kühleinrichtung üblicherweise betrieben wird. Diese mittlere Raumtemperatur liegt vorzugsweise zwischen 18 °C und 32 °C, besonders bevorzugt zwischen 22 °C und 26 °C.
  • Die Heiz-/Kühlfläche kann eben, konkav gebogen oder biegbar oder vertikal in Segmente unterteilt mit der Möglichkeit relativer Winkelpositionsänderungen von benachbarten Segmenten zueinander, vorzugsweise mittels biegbaren Zwischenbereiche oder Gelenken, ausgeführt sein.
  • Die Heiz-/Kühlfläche kann ein durchgehendes flächiges Wärmeverteilungselement wie etwa ein metallisches Blech umfassen. Alternativ kann die Heiz-/Kühlfläche in thermisch nicht unmittelbar zusammenhängende Segmente unterteilt ausgeführt sein. Vorzugsweise sind die Segmente durch Zwischenabschnitte mit geringer Wärmeleitfähigkeit miteinander verbunden. Die Segmente umfassen jeweils ein innerhalb des Segmentes durchgehendes flächiges Wärmeverteilungselement, welches ebenfalls ein metallisches Blech sein kann.
  • Vorzugsweise weist die Heiz-/Kühlfläche einen Rahmen auf. Dieser Rahmen kann mit Gelenken Versehen sein, derart, dass er sich zumindest konkav krümmen lässt. Die Krümmung kann dabei um die Vertikale und/oder die Horizontale erfolgen. Vorzugsweise Sind die Gelenke am Rahmen passend zu biegbaren Bereichen der Heiz-/Kühlfläche angeordnet, so dass der Rahmen gemeinsam mit der Heiz-/Kühlfläche biegbar ist. Der Nutzen einer konkaven Form der Heiz-/Kühlfläche liegt darin, dass der Abstand verschiedener Teile oder Segmente von einem zu wärmenden oder kühlenden Nutzer einander angeglichen werden, so dass die Wirksamkeit der Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung für die Teile bzw. Segmente einander angenähert wird. Zudem kann ein größerer Winkelbereich der Außenoberfläche des zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers durch die Heiz-/Kühlfläche beeinflusst werden. Die Einstellbarkeit hat den Vorteil, dass die Heiz-/Kühleinrichtung an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden kann, die beispielsweise in einer Büroumgebung unter Umständen beengt sein können.
  • Es ist denkbar, einen Abschnitt oder ein Segment der Heiz-/Kühlfläche in sich selbst konkav auszuführen, um eine Bündelung der Wärmestrahlung zu erreichen. Es ist auch denkbar, die gesamte Heiz-/Kühlfläche konkav und mit einer fokussierenden Wirkung auszuführen. Eine thermische Zonierung wie unten beschrieben ist zugleich möglich. Durch die Fokussierung kann die Wärmestrahlung besser auf den Nutzer gerichtet werden. Es wird dann weniger Strahlungsenergie an dem Nutzer vorbei gestrahlt. Auf diese Weise kann die Energieeffizienz erhöht werden. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, die Heiz-/Kühleinrichtung weiter von dem Nutzer entfernt aufzustellen, ohne dass ein Großteil der abgestrahlten Wärmeenergie nicht zu dem Nutzer gelangt.
  • Die Heiz-/Kühlfläche kann an ihrer zu dem Nutzer gerichteten wärmestrahlungsaktiven Oberfläche eine Konvektionsbehinderungsstruktur aufweisen, welche eine thermische Konvektion von Luft entlang der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche behindert, wobei die Konvektionsbehinderungsstruktur vorzugsweise ein aus der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche hervorstehendes Gitter umfasst, das zum Beispiel ein Waben-, Rechteck- oder ein anderes flächenfüllendes Muster aufweist.
  • Ein solches vorstehendes Gitter stellt einen pneumatischen Widerstand für einen vor der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche vorbeistreichenden Luftwiderstand dar. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass eine thermische Konvektion der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche weniger Wärme entzieht oder zuführt. Dies kann den Anteil der Wärme, den die wärmestrahlungsaktive Oberfläche als Wärmestrahlung abgibt oder aufnimmt, erhöhen. Dies wiederum führt zu einer verbesserten Energieeffizienz der Heiz-/Kühleinrichtung, die auf Wärmestrahlungsaustausch mit dem Nutzer ausgelegt ist.
  • Die Zwischenräume zwischen dem vorstehenden Gitter sind vorzugsweise offen und ermöglichen einen Durchgang von Wärmestrahlung durch die Konvektionsbehinderungsstruktur. Vorzugsweise nimmt das Gitter nur einen kleinen Teil der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche ein. Bevorzugt hat eine Höhenabmessung des Gitters, die seinem Vorstehen aus der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche entspricht, ein Verhältnis zu einer Gesamtabmessung einer offenen Teilfläche im Muster der Gitterstruktur, insbesondere in vertikaler Richtung, Die zwischen 0,25 und 2,5 liegt.
  • Vorzugsweise weist die Konvektionsbehinderungsstruktur eine metallische Oberfläche auf. Auf diese Weise strahlt diese weniger Wärmestrahlung in unerwünschte Richtungen. Vorzugsweise ist die Konvektionsbehinderungsstruktur aus schlecht wärmeleitendem Material hergestellt, zum Beispiel aus Kunststoff. Sie kann eine Metallschicht tragen. Es ist alternativ denkbar, dass die Konvektionsbehinderungsstruktur im Bereich der Wellenlänge von relevanter Wärmestrahlung transparent ist.
  • Unabhängig von der Behinderung der Konvektion kann die wärmestrahlungsaktive Oberfläche auch zu einem erheblichen Teil oder vollständig mit einer für relevante Wärmestrahlung transparenten Schicht überzogen werden. Da diese Schicht nichtmetallisch ist, erhöht sie den thermischen Widerstand zwischen der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche und der umgebenden Luft. Es ergibt sich ein ähnlicher Effekt wie durch die Konvektionsbehinderungsstruktur.
  • Die Heiz-/Kühlfläche kann an mehreren separaten Stellen heizbar/kühlbar sein, wobei die heizbaren/ kühlbaren Stellen vorzugsweise als vertikal separat betreibbare Heiz-/Kühlzonen ausgebildet sein können, deren Heiz-/Kühlwirkung vorzugsweise unterschiedlich einstellbar ist.
  • Solche Zonen sind beispielsweise einzelne Segmente oder Abschnitte einer durchgängigen Heiz-/Kühlfläche. Durch die separate Einstellbarkeit kann der Komfort des zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers optimiert werden. Beispielsweise können vertikal übereinander und/oder horizontal nebeneinander angeordnete Zonen separat, d.h. z.B. von einer Steuerung aus, einstellbar sein. Insbesondere kann sich eine Temperaturzone über die horizontale Breite der Heiz-/Kühlfläche erstrecken. Vorzugsweise ist auf derselben Höhe keine andere Temperaturzone angeordnet. Denkbar ist, Vorgaben für diese Steuerung für jede einzelne Zone oder eine gemeinsame Vorgabe für alle Zonen zu machen. Im Letzteren Fall kann die Steuerung dafür sorgen, dass die einzelnen Zonen automatisch so gesteuert werden, dass die Temperierung des Nutzers durch die einzelnen Zonen der gemeinsamen Vorgabe möglichst gerecht wird. Vorzugsweise werden die Zonen entsprechend der Temperaturempfindlichkeit bestimmter Körperzonen eines zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers eingestellt. Der Vorteil von einer solchen Einstellbarkeit ist, dass im Gegensatz zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperierung des Körpers des zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers an empfindlicheren Stellen geringere Temperaturänderungen erforderlich sind als an empfindlicheren Stellen. Auf diese Weise kann Energie eingespart werden, wobei ein guter Komfort für den Nutzer erhalten bleibt. Es ist beispielsweise auch denkbar, nur besonders empfindliche Körperteile oder -bereiche zu temperieren, während andere Bereiche nicht temperiert werden. Auf diese Weise kann eine merklicher Komfort bei geringem Energieverbrauch hervorgerufen werden. Beispielsweise sind die Füße eines Menschen kälteempfindlicher als andere Körperteile. Der Kopf Ist dagegen wärmeempfindlicher als andere Körperteile. Es wird weiter vorgeschlagen, für einen Menschen eine Temperaturzonierung einzustellen, in der der Kopf gekühlt oder weniger stark oder nicht gewärmt wird und zugleich die Füße nicht oder weniger stark gekühlt oder stärker gewärmt werden als der Kopf. Es können mehr Temperaturzonen als für Füße, Rumpf und Kopf vorgesehen sein, Beispielsweise zusätzlich für Hals, Oberkörper, Unterkörper, Arme, Hände, Oberschenkel und/oder Unterschenkel.
  • Vorzugsweise sind an einzelnen Stellen der Heiz-/Kühlfläche, die im Vergleich zu einem Segment oder einem Abschnitt klein sind, thermisch an eine Heizung/Kühlung angeschlossen, wobei die thermische Leitfähigkeit In Flächenrichtung der Heiz-/Kühlfläche vorzugsweise wenigstens 100 W/ (m·K), besonders bevorzugt etwa 75 W/(m·K) beträgt.
  • Die thermische Leitfähigkeit der Heiz-/Kühlfläche ist vorzugsweise ausreichend hoch für eine so starke Vergleichmäßigung der Verteilung der Wärme über einen Abschnitt oder ein Segment, dass die ganz Oberfläche des Abschnitts oder des Segments für die Temperierung des Nutzers sinnvoll wirksam ist.
  • Damit jedoch eine thermische Zonierung ohne Segmentierung der Heiz-/Kühlfläche möglich ist, ist der Wärmeleitfähigkeit in Richtung der Oberfläche eines Abschnitts nicht zu hoch. Die Heizung/Kühlung einer Stelle die Heizung/Kühlung würde sonst eine benachbarte Stelle thermisch zu stark beeinflussen. Die Wärmeleitfähigkeit in der Richtung der Oberfläche hängt von der thermischen Leitfähigkeit des Materials sowie seiner Dicke quer zu der Richtung der Oberfläche ab. Als eine mögliche geeignete Kombination von Material und Dicke hat sich Aluminiumblech In der Stärke zwischen 1,5 und 4 mm, bevorzugt von etwa 3 mm, herausgestellt. Vorzugsweise ist die Wärmeleitfähigkeit eines Abschnitts in Richtung von dessen Oberfläche nicht höher als die Wärmeleitfähigkeit dieser Kombination. Es ist denkbar, auch andere Materialien wie etwa Kupfer, Kupferlegierungen, Magnesium, Eisen, Stahl oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff zu verwenden. Um eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der Heiz-/Kühlfläche zu erreichen, kann wärmeleitfähigeres und/oder dickeres Material verwendet werden. Wenn Abschnitte der Heiz-/Kühlfläche als Zone mit gemeinsamer Temperatur betrieben werden, ist die gegenseitige Beeinflussung von Abschnitten zwischen verschiedenen Zonen relevant. Der Abstand zwischen Zonen kann im Vergleich zum Abstand zwischen Abschnitten größer sein. So kann zwischen den Abschnitten bessere Wärmeübertragung zugelassen werden, was zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung in einer Zone führt.
  • Die Unterteilung in Segmente hat den Vorteil, dass dadurch eine gute thermische Isolierung der Segmente voneinander unabhängig von dem Material der Heiz-/Kühlfläche und seiner Dicke möglich ist. Die Wärmeleitfähigkeit eines Segments ist daher vorzugsweise hoch. Die Verwendung von hochwärmeleitfähigen Materialien wie zum Beispiel Kupfer oder wärmeleitfäige Keramiken oder kohlenstofffaserverstärkter oder metallverstärkter Kunststoff mit hohem Füllanteil hat jedoch den Nachteil höherer Materialkosten, so dass auch für Segmente Aluminium verwendet werden kann.
  • Zum Beispiel können vertikal unterteilte Temperaturzonen realisiert werden. In einer typischen Büroumgebung und für das Beispiel einer Stellwand können diese beispielsweise von 0 cm bis 50 cm über dem Boden für Füße und Teile der Schenkel, 50 cm bis 100 cm für den Torso und oberhalb von 100 cm für den Kopf vorgesehen sein. Diese Werte können an die Größe eines Nutzers sowie an ihre Haltung, etwa Sitzen oder Stehen, angepasst werden.
  • Vorzugsweise ist der Wärmespeicher dazu eingerichtet, Wärme von einer Temperaturzone aufzunehmen zu an eine andere Temperaturzone abzugeben. Dann kann eine Verschiebung von Temperatur aus einer zu kühlenden Zone in eine zu heizende Zone stattfinden. Zum Beispiel kann eine Verschiebung von Wärme, die dem Kopf einer Person entzogen wird, zu deren Füßen über den Wärmespeicher stattfinden.
  • Vorzugsweise ist in dem Wärmespeicher ein Temperatursensor angeordnet. Wenn der Wärmespeicher nicht in Bereiche unterteilt ist, kann der Temperatursensor einen repräsentativen Wert für den gesamten Wärmespeicher liefern. Vorzugsweise ist jedoch der Wärmespeicher in mehrere Bereiche, die thermisch voneinander isoliert sind, unterteilt. Besonders bevorzugt ist dann je ein Temperatursensor in einem Bereich des Wärmespeicher angeordnet.
  • Es ist zum Beispiel denkbar, Wärme mittels eines Fluidkreislaufs eines Wärmeträgermediums den Wärmespeicher einzubringen und aus diesem zu entnehmen. Beispielsweise kann der Strom eines solchen Wärmeträgermediums, der eine bestimmte Temperaturzone versorgt, durch verschiedene Bereiche des Wärmespeichers leitbar sein. Dazu kann beispielsweise wenigstens ein Fluidstromumschaltventil vorgesehen sein. Dann kann zum Beispiel ein Bereich des Wärmespeichers mit Wärme aus einer Temperaturzone gefüllt werden und danach der Fluidkreislauf, der durch den Bereich des Wärmespeichers verläuft, zu einer anderen Temperaturzone umgeschaltet werden.
  • Denkbar ist auch, unterschiedliche Stellen des Wärmespeichers mechanisch an eine Wärmeentnahmestation und/oder eine Wärmeeintragstation zu bewegen. Die Wärmeentnahmestation und/oder Wärmeeintragstation kann zum Beispiel thermisch mit einer Temperaturzone verbunden sein. Auf diese Weise kann Wärme aus einer Temperaturzone in einen Teil des Speichers gebracht, dieser Speicher zu einer anderen Wärmeentnahmestation bewegt werden und von dieser Wärme entnommen werden, um sie einer anderen Temperaturzone zur Verfügung zu stellen.
  • Weiter ist denkbar, Wärme innerhalb des Wärmespeichers aktiv mit einer Wärmepumpe wie etwa einem Peltier-Element oder einer andersartigen bekannten Wärmepumpe zwischen einzelnen Bereichen des Wärmespeichers zu verschieben. Vorzugsweise ist dabei jeder Bereich des Wärmespeichers mit einer Temperaturzone verbunden. Diese Lösung hat den Vorteil, dass keine mechanischen Bewegungen erforderlich sind. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie wegen des Verschiebens der Wärme innerhalb des Wärmespeichers insgesamt mehr Energie verbraucht, wenn davon ausgegangen werden muss, dass insgesamt mehr gekühlt wird. Wenn insgesamt mehr geheizt wird, kann die Verlustwärme der Wärmepumpe zum Wärmen des Nutzers verwendet werden und stellt deshalb keinen zusätzlichen Aufwand dar.
  • Zur Steuerung des Umschaltens oder Verschiebens von Wärme innerhalb des Wärmespeichers kann ein Messwert aus einem Temperatursensor aus dem Wärmespeicher herangezogen werden. Insbesondere kann eine tiefe oder hohe Temperatur festgestellt werden, die insbesondere einen Schwellenwert überschreitet. Auf dieses Überschreiten hin kann ein Umschalten oder Verschieben von Wärme stattfinden. Die zugehörige Temperaturzone kann beispielsweise auf einen Bereich des Wärmespeichers umgeschaltet werden, der die am meisten entgegengesetzte Temperatur aufweist, d.h., bei Überschreiten eines hohen Schwellenwertes kann die zugehörige Zone auf den kühlsten anderen Bereich des Wärmespeichers umgeschaltet werden. Bei Überschreiten eines niedrigen Schwellenwertes in einem Bereich kann die zugehörige Temperaturzone thermisch mit der höchsten Temperatur geschaltet werden. Beispielsweise kann die Zone, deren bisher zugehöriger Bereich nun von einer Zone benutzt wird, deren bisheriger Bereich des Wärmespeichers einen Schwellwert überschritten hat, auf den Bereich des Wärmespeichers geschaltet werden, an dem der Schwellenwert überschritten worden ist. Auf diese Weise können zwei Zonen die zugehörigen Bereiche des Wärmespeichers tauschen. Es ist auch denkbar, zeitlich wiederkehrend eine Neuzuordnung von Zonen zu Bereichen des Wärmespeichers vorzunehmen. Dabei werden vorzugsweise Zonen, die ihrem Bereich Wärme liefern, auf kalte Bereiche des Wärmespeichers geschaltet und Zonen, die ihrem Bereich Wärme entziehen, auf warme Bereiche des Wärmespeichers geschaltet.
  • Die vorbeschriebenen Strategien zur Nutzung von Bereichen des Wärmespeichers können analog auch Für die Nutzung eines zentralen Wärmespeichers zum Einsatz kommen, an welchen mehrere Heiz-/Kühleinrichtungen angeschlossen sind.
  • Der Wärmespeicher wird vorzugsweise in der Nähe der durchschnittlichen Temperaturniveaus des Raums, in dem er genutzt wird, betrieben. Vorzugsweise liegt in diesem Bereich auch eine Phasenumschlagtemperatur des latentwärmespeichernden Wärmespeichers.
  • Der Wärmespeicher ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass das latentwärmespeicherfähige Material ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis aufweist. Vorzugsweise ist über eine große Oberfläche Wärme in das latentwärmespeicherfähige Material einbringbar bzw. Wärme daraus entnehmbar. Ein Wärmetauscher, der die Wärme zu dem latentwärmespeicherfähigen Material bzw. davon weg transportiert, hat daher vorzugsweise eine entsprechend große Oberfläche für den Wärmeaustausch mit dem latentwärmespeicherfähigen Material.
  • Bevorzugt ist die Heiz-/Kühlfläche auf der im vorgesehenen Betrieb von dem Nutzer abgewandten Seite mit einer thermischen Isolierung versehen.
  • Eine solche thermische Isolierung bewirkt, dass das Heiz-/Kühlverhalten der Heiz-/Kühlfläche unabhängiger von Vorgängen auf der von dem Nutzer abgewandten Seite der Heiz-/Kühlfläche ist. Insbesondere, wenn Peltier-Elemente als aktive Heizung/Kühlung verwendet werden, kann deren Abwärme oder eine Temperatur eines sich daran anschließenden Elements wie etwa eines Wärmetauschers, der dem Peltier-Element Wärme zuführt oder Wärme davon abführt, die Temperatur der Heiz-/Kühlfläche ungünstig beeinflussen. Sofern die Heiz-/Kühlfläche einen Rahmen aufweist, kann dieser von der Heiz-/Fläche thermisch isoliert sein. Da ein Rahmen häufig eine hohe Wärmekapazität hat, würde der Rand der Heiz-/Kühlfläche durch das große Wärmereservoir ungünstig beeinflusst und außerdem zumindest am Rand langsamer auf Änderungen der Wärmeabgabe bzw. -aufnahme von der Heizung/Kühlung reagieren.
  • Vorzugsweise verläuft an den geheizten/gekühlten Stellen der Heiz-/Kühlfläche eine Wärmebrücke von der Heiz-/Kühlfläche zu der Heizung/Kühlung durch die Isolierung der Heiz-/Kühlfläche, wobei die Wärmebrücke vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material wie zum Beispiel Kupfer hergestellt ist und/oder ein Wärmerohr umfasst und/oder sich vollständig über die Isolierung hinweg erstreckt.
  • Auf diese Weise es möglich, an relativ kleinen Stellen zu heizen/zu kühlen, wogegen ein relativ großer Teil der Heiz-/Kühlfläche an ihrem Nutzer abgewandten Seite isoliert sein kann. Dies ist energetisch günstiger als großflächige Zuführung von Wärme zu den Abschnitten bzw. Segmenten. Außerdem ist es so möglich, die Heizung/Kühlung der Stellen aus der Isolierung herauszuhalten und so eine Überhitzung der Heizung/Isolierung durch ihre eigene Betriebswärme zu verhindern. Die Wärmebrücke hat vorzugsweise zumindest in etwa einen Querschnitt, der einer thermischen Anschlussfläche einer Heizung/Kühlung entspricht, vorzugsweise mit einer ähnlichen oder derselben Form.
  • Die Größe und/oder Lage einer Temperaturzone, vorzugsweise einer vertikalen Temperaturzone, auf der Heiz-/Kühlfläche ist bevorzugt einstellbar, vorzugsweise durch Verwendung verschiedener Abschnitte und/oder Segmente für eine bestimmte Temperaturzone. Die Größe und/oder Lage einer Temperaturzone kann auch durch Verschieben von Teilen der Heiz-/Kühleinrichtung mechanisch verstellbar sein.
  • Auf diese Weise kann die Heiz-/Kühleinrichtung und/oder wenigstens eine vertikale Temperaturzone an einer Betriebsumgebung angepasst werden, beispielsweise an einen Tischhöhe, die Sitzflächenhöhe eines Stuhls oder eine Benutzergröße.
  • In der einfachsten Variante ist dies eine mechanische Höhen und/oder Größenverstellung einer Temperaturzone oder der gesamten Heiz-/Kühleinrichtung. Die Heiz-/Kühleinrichtung kann auch an ihre Relativposition zu einem Nutzer einstellbar sein, ohne dass die tatsächliche Position der Heiz-/Kühleinrichtung oder Teilen davon verändert werden muss. Kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn ein Nutzer vor einer als Stellwand ausgebildeten Heiz-/Kühleinrichtung sitzt oder steht. Vorzugsweise umfasst die Heiz-/Kühleinrichtung Sensorik, die die relative Position erfassen kann, oder hat Zugriff auf entsprechende Daten von einer externen Sensorik, wozu auch Bildverarbeitung und/oder Infraroterfassung eines Nutzers gehören kann.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann eine Steuerung umfassen, die Sensordaten aufnimmt, wenigstens eine Heizung/Kühlung ansteuert, insbesondere mit elektrischer Leistung, eine Benutzerschnittstelle bereitstellt, und/oder möglicherweise Daten zur externen Verwendung bereitstellt.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann einen Temperatursensor und einen Feuchtesensor, insbesondere für die unbeeinflusste Luft, in der die Heiz-/Kühleinrichtung betrieben wird, aufweisen, und dazu eingerichtet sein, eine Taupunkttemperatur zu errechnen, und weiter dazu eingerichtet sein, die Heizung/Kühlung derart anzusteuern, dass der Taupunkt nicht an der Heiz-/Kühlfläche und bevorzugt an keiner Stelle der Heiz-/Kühleinrichtung unterschritten wird und/oder die Kühlung höchstens zur Abgabe einer maximalen Kühlleistung angesteuert wird.
  • So kann verhindert werden, dass beim Betrieb Kondenswasser an der Heiz-/Kühlfläche bzw. in der Heiz-/Kühleinrichtung anfällt.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass eine externe Energieversorgung, insbesondere eine Strom- und/oder Wärmeversorgung, der Heiz-/Kühleinrichtung und/oder des Wärmespeichers und/oder das Aufladen eines Akkumulators stattfindet, wenn Energie kostengünstig verfügbar ist, insbesondere zu Zeiten stärkerer Windaktivität und/oder Sonneneinstrahlung und/oder höheren und/oder niedrigeren Umgebungstemperaturen als die Durchschnittstemperatur beim Betrieb.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, nachts eine Abkühlung des Wärmespeichers durchzuführen. Durch die geringeren Temperaturen in der Nacht steigt die Effizienz bei der Abkühlung des Wärmespeichers. Auf diese Weise kann die Energieeffizienz der Heiz-/Kühleinrichtung insgesamt verbessert werden.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, zu erkennen, ob sommerähnliche oder winterähnliche Verhältnisse vorliegen und eine Energieoptimierungsstrategie daran anzupassen. Während es im Winter eher zu erwarten ist, dass ein Nutzer gewärmt wird, ist im Sommer eher zu erwarten, dass ein Nutzer gekühlt wird. Daher kann es sinnvoll sein, den Temperaturspeicher in Zeiten, in denen er außer Betrieb ist, durch zusätzliche Energie zu regenerieren. Die Regeneration ist im Sommer tendenziell eher ein Abkühlen, da zu Betriebszeiten eher Kälte gebraucht wird, während es im Winter eher ein Aufwärmen ist, weil analog zu Betriebszeiten eher Wärme gebraucht wird. Wenn dem System bekannt ist, dass sommerliche oder winterliche Verhältnisse vorliegen, kann es eine angemessene Regeneration des Temperaturspeichers durchführen.
  • In anderen Betriebszuständen kann es vorkommen, keine oder nur geringe Regeneration des Wärmespeichers erforderlich ist. Dies kann zum Beispiel bei der Verwendung rund um die Uhr der Fall sein, wobei tagsüber ein Nutzer gekühlt und nachts ein Nutzer gewärmt wird.
  • Eine Temperaturvorgabe für eine Temperaturzone kann in Abhängigkeit von einer Temperaturempfindlichkeit bestimmter Körperzonen eines zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers einstellbar sein.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass in Abhängigkeit von einer Körperhaltung eines zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers die Temperatur einer Temperaturzone erzeugt wird und/oder die Lage und/oder Größe einer Temperaturzone an die Körperhaltung angepasst wird. Auf diese Weise kann die Heiz-/Kühleinrichtung Bewegungen des Nutzers, insbesondere einer Person, folgen. Dazu können vorhandene Temperaturzonen, vor denen sich nun ein anderes Körperteil befindet, eine daran angepasste Temperatur erzeugen. Es ist jedoch auch denkbar, eine Temperaturzone mit der Verlagerung des Körpers des Nutzers zu bewegen und auf diese Weise die Temperierung eines Körperteils beizubehalten. Die beiden In diesem Absatz vorgeschlagenen Methoden können kombiniert werden.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass eine Temperatur des zu temperierenden Nutzers an zumindest einer Stelle zu messen und die Temperatur der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche auf einer feste Temperaturdifferenz der Temperatur des Nutzers zu regeln. Unabhängig von dieser Regelung kann die Heizung/Kühlung ganz allgemein in Betriebszuständen, in denen zum Beispiel beim Vorliegen von erwünschten Temperaturverhältnissen keine Heizung oder Kühlung erforderlich ist, auch inaktiv sein. Die Heiz-/Kühleinrichtung kann wenigstens eine Nutzertemperatureinrichtung aufweisen. Beispielsweise weist jeder Temperaturzone und/oder jeder Abschnitt der Heiz-/Kühlfläche und/oder jedes Segment eine Nutzertemperatureinrichtung auf. Es ist auch denkbar, dass externe Daten über die Temperatur des Nutzers zur Verfügung gestellt werden, z.B. von einem Infrarotthermometer oder einer Wärmebildkamera.
  • Auf diese Weise wird ausgenutzt, dass zumindest eine menschliche Person ein Unterschied zu der Umgebungstemperatur häufig schon als merklich angenehmer empfindet. Das Regeln auf eine feste Temperatur kostet deutlich mehr Energie und verbessert den Komfort nicht in dem Ausmaß, in dem schon eine vergleichsweise geringere Temperaturdifferenz einen Komfortgewinn erzielt. Es lässt sich daher bei immer noch vorhandenem Komfortgewinn Energie einsparen. Vorzugsweise ist die Heiz-/Kühleinrichtung mit einer Einstelleinrichtung für die Temperaturdifferenz versehen. Diese ermöglicht insbesondere auch, zwischen Heizen und Kühlen zu wählen. Es kann berücksichtigt werden, dass Körperregionen des Nutzers unterschiedlich empfindlich auf Temperierung reagieren. Diese Berücksichtigung kann automatisch stattfinden. Für empfindliche Körperbereiche kann die Temperaturdifferenz verringert werden. Zur Temperaturregelung kann die Temperatur an einer oder mehreren betreffenden Körperregion gemessen werden. Die Regelung und/oder die Berücksichtigung unterschiedlicher Temperaturempfindlichkeit kann für mehrere Körperregionen stattfinden, insbesondere zugleich.
  • Die geheizten/gekühlten Stellen verschiedene Temperaturzonen können wenigstens näherungsweise thermisch voneinander unabhängig sein und ohne Berücksichtigung von Verknüpfungen in einer Steuerung unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Vorzugsweise hat jede Temperaturzone eine ihr zugeordnete, eigene Temperaturregelung. Eine Vorgabe für die Temperaturregelung kann beispielsweise aus einer Steuerung heraus erfolgen.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem eine der vorstehend beschriebenen Heiz-/Kühleinrichtungen verwendet wird. Durch Anwendung des Verfahrens werden Vorteile der Erfindung realisiert.
  • Die Figuren im Anhang beschreiben, nur als Beispiel, Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Heiz-/Kühleinrichtung mit Blick auf die Heiz-/Kühlfläche,
  • 2 einen schematischen Querschnitt durch die Heiz-/Kühleinrichtung, die in 1 gezeigt ist, sowie eine damit temperierte Person, und
  • 3 eine schematische Ansicht einer Heiz-/Kühleinrichtung in einer weiteren Ausführungsform mit Blick auf die Heiz-/Kühlfläche.
  • 1 zeigt schematisch eine Ansicht einer Heiz-/Kühleinrichtung 1 mit Blick auf eine Heiz-/Kühlfläche 10. Die Heiz-/Kühlfläche 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel durchgehend und ohne Segmente ausgeführt. Sie weist zwölf separat ansteuerbare Abschnitte 11 auf, von denen jeweils vier in einer Gruppe 12 horizontal nebeneinander angeordnet sind. Jede der Gruppen 12 bildet eine Temperaturzone 13. Auf der Heiz-/Kühlfläche 10 sind die drei Temperaturzonen vertikal übereinander angeordnet. Die ansteuerbaren Abschnitte 11 Werden in diesem Ausführungsbeispiel gleichartig angesteuert bzw. geregelt, so dass sich in einer Temperaturzone 13 ähnliche Temperaturverhältnisse ergeben. Die Temperaturverhältnisse von verschiedenen Temperaturzonen 13 können voneinander abweichen.
  • Jeder Abschnitt weist eine wenigstens näherungsweise gleichmäßig temperierte Kernzone 14 auf. Auf diese Kernzone 14 wird von der Rückseite der Heiz-/Kühlfläche 10 die Heizung/Kühlung ein. Um die Kernzone 14 herum verlaufen exemplarisch kreisförmige Linien gleicher Temperatur 15 und 16, Die anzeigen, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur innerhalb einer Zone nicht ganz gleichmäßig ist. Die Linien gleicher Temperatur 15 und 16 können eine höhere oder eine niedrigere Temperatur als die Kernzone 14 bedeuten. Wenn in der Kernzone 14 geheizt Wird, nimmt die Temperatur von der Kernzone weg ab. Wenn in der Kernzone 14 gekühlt wird, nimmt die Temperatur von der Kernzone weg zu.
  • Die Heiz-/Kühlfläche 10 ist in einem Rahmen 20 gehalten. Zwischen dem Rahmen und der Heiz-/Kühlfläche 10 befindet sich eine Halteeinrichtung 21, welche die Heiz-/Kühlfläche 10 von dem Rahmen 20 thermisch isoliert. Der Rahmen 20 auf Rahmenhaltern 23 aufgeständert, welche jeweils einen Fuß 24 aufweisen. Die Füße können mit Rollen versehen sein, um eine gute Mobilität der Heiz-/Kühleinrichtung zum Beispiel in einem Büroraum zu ermöglichen.
  • Die Heiz-/Kühleinrichtung 1 weist eine Sensoreinheit 40 auf, welche einen Temperatursensor für die umgebende Raumluft sowie einen feuchten Sensor ebenfalls für die umgebende Raumluft aufweist. Mittels dieser Informationen kann eine Ermittlung des Taupunktes durchgeführt werden, Auf Basis des Taupunktes kann eine Steuerung oder Regelung der Heizung/Kühlung so erfolgen, dass sich kein Tauwasser bildet.
  • 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch die Heiz-/Kühleinrichtung 1 und einen menschlichen Nutzer 2, der mittels der Heiz-/Kühleinrichtung temperiert wird. Im Gegensatz zu der 1 sind in dem Ausführungsbeispiel der 2 die Rahmenhalter 23 nicht vorhanden.
  • Eine Heiz-/Kühlfläche 10 wird über eine Halteeinrichtung 21 in einem Rahmen 20 gehalten. Der Rahmen 20 ist auf einem Fuß 24 befestigt. Auf der der Person 2 abgewandten Seite der Heiz-/Kühlfläche 10 eine Isolierplatte 17 angeordnet, welche die Heiz-/Kühlfläche 10 von ihrer Rückseite aus isoliert. Die Isolierung ist zum Beheizen bzw. Kühlen jedes Abschnitts der Heiz-/Kühlfläche von jeweils einer Wärmebrücke 31 aus einem gut wärmeleitfähigen Material durchbrochen. Jede Wärmebrücke 31 ist mit je einer Heizung/Kühlung 30 verbunden, welche beispielsweise als Peltier-Element ausgeführt ist. Mit der der Wärmebrücke 31 abgewandten Oberfläche jeder Heizung/Kühlung 30 ist je ein Wärmespeicher 32 thermisch verbunden. Dieser ermöglicht, zum Beispiel zu bestimmten Tageszeiten aufgenommene Wärme zu anderen Tageszeiten wieder abzugeben.
  • 3 zeigt in einer schematischen Ansicht eine weitere Ausführungsform der Heiz-/Kühleinrichtung, bei welcher die Heiz-/Kühlfläche 10 in Segmente 18 unterteilt ist. Die Segmente sind voneinander durch thermisch isolierende Zwischenbereiche 19 voneinander getrennt. Jedem Segment ist eine eigene Heizung/Kühlung zugeordnet. Vorzugsweise ist jede Heizung/Kühlung separat an steuerbar. Dann ist es möglich, Temperaturzonen durch gleichartige thermische Steuerung von benachbarten Segmenten 18 flexibel einzustellen. Es ist jedoch auch denkbar, zum Beispiel Temperaturgradienten über mehrere Segmente 18 hinweg einzustellen. So kann zum Beispiel eine kontinuierliche vertikale Temperaturabnahme von unten nach oben eingestellt werden. Dies bedient Einen Komfort-Wärmebedarf einer Person, der im Allgemeinen im untersten Körperbereich höher als weiter oben und am Kopf am geringsten ist.
  • Im unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Heiz-/Kühleinrichtung im Rahmen 20 Gelenke 25 auf, welche mit den vertikalen Zwischenbereichen 19 zwischen den Segmenten 18 fluchten. Die Halteeinrichtung 21 kann ebenfalls in der Flucht der Achsen der Gelenke 25 unterteilt sein. Die vertikalen Zwischenbereiche 19 können elastisch ausgeführt sein, um die Winkelrelativbewegung zwischen den Segmenten 18 zu ermöglichen. Auf diese Weise Ist es möglich, die den Relativwinkel benachbarter Segmente 18 zueinander zu verstellen. Die Heiz-/Kühleinrichtung kann dann zum Beispiel eine Person beispielsweise in einem Viertelkreis umgeben, was den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung zwischen den Segmenten 18 und der Person erhöht und somit insgesamt die Energieeffizienz der Heiz-/Kühleinrichtung 1 steigert. Vorzugsweise ist die Heiz-/Kühleinrichtung auf Rollen beweglich, was auch die Winkelverstellung erleichtert.
  • 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 10354355 A1 [0002]
    • DE 102010005543 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Heiz-/Kühleinrichtung (1) zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers (2) durch Wärmestrahlungsaustausch zwischen der Heiz-/Kühleinrichtung (1) und dem Nutzer (2), wobei die Heiz-/Kühleinrichtung (1) wenigstens eine Heiz-/Kühlfläche (10) aufweist, die eine wärmestrahlungsaktiven Oberfläche aufweist, die für den Wärmestrahlungsaustausch zu dem Nutzer (2) eingerichtet ist, wobei die Heiz-/Kühlfläche (1) mit einer aktiven Heizung/Kühlung (30) zum Einbringen und/oder Entziehen von Wärme thermisch verbunden ist, und wobei in die Heiz-/Kühlfläche (10) eingebrachte bzw. dieser entzogene Wärme mittels der aktiven Heizung/Kühlung (30) aus einem Wärmespeicher (32) entnehmbar bzw. in einen Wärmespeicher (32) einbringbar ist.
  2. Heiz-/Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühleinrichtung als stationäre oder mobile Wand, insbesondere als Stellwand zum Aufstellen auf den Boden, als Tischoberfläche, als Bodenabschnitt oder als Bodenauflage, oder als Deckenelement oder von der Decke abgehängtes Element oder als Tischgerät zum Aufstellen auf eine erhöhte Aufstellfläche, insbesondere auf einen Tisch, oder als Stuhlbestandteil ausgebildet ist.
  3. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (32) von der Heiz-/Kühlfläche (1) entfernt angeordnet und mit der Heiz-/Kühlfläche (10) über einen thermischen Pfad verbunden ist, entlang dem Wärme von der Heiz-/Kühlfläche (10) zu dem Wärmespeicher (32) oder zurück aktiv transportierbar ist.
  4. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühlfläche (10) eben, konkav gebogen oder biegbar oder vertikal in Segmente (18) unterteilt mit der Möglichkeit relativer Winkelpositionsänderungen von benachbarten Segmenten (18) zueinander, vorzugsweise mittels biegbaren Zwischenbereichen (19) oder Gelenken, ausgeführt ist.
  5. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühlfläche (10) an ihrer zu dem Nutzer gerichteten wärmestrahlungsaktiven Oberfläche eine Konvektionsbehinderungsstruktur aufweist, welche eine thermische Konvektion von Luft entlang der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche behindert, wobei die Konvektionsbehinderungsstruktur vorzugsweise ein aus der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche hervorstehendes Gitter, das zum Beispiel ein Waben-, Rechteck- oder ein anderes flächenfüllendes Muster aufweist, oder andere hervorstehen Elemente umfasst, die vorzugsweise langgestreckt ausgebildet und quer zu einer erwartenden Konvektionsrichtung angeordnet sind.
  6. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühlfläche (10) an mehreren separaten Stellen, insbesondere Abschnitten (11) und/oder Segmenten (18), heizbar/kühlbar ist, wobei die heizbaren/ kühlbaren Stellen vorzugsweise als vertikal übereinander angeordnete und separat betreibbare Temperaturzonen (13) ausgebildet sind, deren Heiz-/Kühlwirkung bevorzugt unterschiedlich einstellbar ist.
  7. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühlfläche (10) auf der im vorgesehenen Betrieb von dem Nutzer abgewandten Seite mit einer thermischen Isolierung (17) versehen ist, wobei vorzugsweise an wenigstens einer geheizten/gekühlten Stelle der Heiz-/Kühlfläche (10) eine Wärmebrücke (31) von der Heiz-/Kühlfläche (10) zu der Heizung/Kühlung (30) durch die Isolierung (17) der Heiz-/Kühlfläche (10) verläuft, wobei die Wärmebrücke (31) vorzugsweise aus gut wärmeleitendem Material wie zum Beispiel Kupfer hergestellt ist und/oder ein Wärmerohr umfasst und/oder sich vollständig über die Isolierung (17) hinweg erstreckt.
  8. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder Lage einer Temperaturzone (13), bevorzugt von vertikal übereinander angeordneten Temperaturzonen (13), auf der Heiz-/Kühlfläche (10) einstellbar ist, vorzugsweise durch Ansteuerung bestimmter Abschnitte (11) und/oder Segmente (18) als Teil einer bestimmten Temperaturzone (13), wobei zur Ausbildung einer veränderten Größe und/oder Lage einer Temperaturzone (13) andere Abschnitte (11) und/oder Segmente (18) als Teil der Temperaturzone (13) ansteuerbar sind, und/oder vorzugsweise durch mechanisches Verschieben von Teilen der Heiz-/Kühleinrichtung (1) oder der Heiz-/Kühleinrichtung (1) selbst.
  9. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühleinrichtung (1) einen Temperatursensor und einen Feuchtesensor aufweist, und dazu eingerichtet ist, eine Taupunkttemperatur oder ein Äquivalent dazu zu bestimmen, und weiter dazu eingerichtet ist, die Heizung/Kühlung (30) derart anzusteuern, dass die Taupunkttemperatur an der Heiz-/Kühlfläche (10) nicht unterschritten wird und bevorzugt an keiner Stelle der Heiz-/Kühleinrichtung (1) unterschritten wird und/oder die Abgabe von Kühlleistung aus der Heizung/Kühlung (30) auf ein Maximum begrenzt wird.
  10. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühleinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, dass eine Temperaturvorgabe für eine Temperaturzone (13) in Abhängigkeit von einer Temperaturempfindlichkeit bestimmter Körperzonen eines zu wärmenden oder zu kühlenden Nutzers (2) eingestellt wird.
  11. Heiz-/Kühleinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz-/Kühleinrichtung (1) dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des zu temperierenden Nutzers (2) an zumindest einer Stelle zu messen und die Temperatur der wärmestrahlungsaktiven Oberfläche auf eine feste Temperaturdifferenz zu der Temperatur des Nutzers (2) zu regeln.
  12. Verfahren zum Wärmen und/oder Kühlen eines Nutzers (2), dadurch gekennzeichnet, dass eine der vorangehend beschriebenen Heiz-/Kühleinrichtungen verwendet wird.
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