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Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Plattenelement zum Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes und ein System zum modularen Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes.
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Im Stand der Technik werden z. B. im Bereich der Infrarot-Heizungen verschiedene Technologien eingesetzt, die vor allem auf der Basis unterschiedlicher Temperaturen zwischen Heizoberfläche und zu heizender Oberfläche und damit einhergehend unterschiedlicher Flächen der Heizelemente sowie stark differierenden Schalthysteresen agieren.
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Die Wärmeleitung durch das Medium ist bei allen am Markt bekannten Systemen nicht gerichtet oder definiert, sondern folgt in allen drei Dimensionen den Temperaturgradienten innerhalb des Materials.
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Die Steuerung von Wärmeleitung ist beispielsweise möglich durch:
- - Veränderung des Materialleitwertgradienten innerhalb eines ansonsten homogenen Materials durch Veränderung des Materials innerhalb der Dämmschicht;
- - Steuerung der Wärmezufuhr durch mechanischen Transport von Flüssigkeiten mit hoher Wärmespeicherfähigkeit mit Hilfe von Mess- und Regeltechnik;
- - Veränderung der Einleitpunkte von Wärme durch Steuerung der Heizschichten für konduktives, strahlungsbasiertes oder konvektives Heizen.
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Alle Optionen bedingen einen sehr hohen technischen Aufwand und stellen keine befriedigenden Lösungen dar. Vor allem vor dem Hintergrund, dass Wärmeleitung in Feststoffen nicht durch die Gravitation beeinflusst wird. Dies hat zur Folge, dass die Wärmeausbreitung mehr oder weniger unkontrolliert in zu beheizenden Räumen erfolgt.
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Der Verlust an Steuerkontrolle resultiert in einer hohen Ausleitung an Wärme aus dem zu beheizenden Raum, an Orten an denen massegebundener Energietransfer stattfindet und an Orten an denen der Temperaturgradient hohe Abweichungen in Temperaturdifferenzen zwischen Außenbereich und Heizbereich aufweist.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein modulares Plattenelement zum Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes und ein System zum modularen Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes anzugeben, welches es erlaubt, mit niedrigem Aufwand zu heizen und dabei die Verluste so gering als möglich zu halten, sowie den Wärmefluss zu kontrollieren und gleichzeitig einen hohen Strahlungsanteil zu erreichen, der optimale Verteilung von Wärme im zu beheizenden Raum erlaubt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die günstigste Technologie ist dabei stets im thermodynamischen Sinne diejenige, welche gleichzeitig eine große Fläche an den kältesten Stellen der Außenwand bis zur Raumtemperatur aufheizt, dabei besonders kurze Schaltzeiten im Sekundenbereich nutzt und gleichzeitig eine besonders gute Wärmeverteilung auf der Innenseite der Außenwand erreicht.
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Strahlungen, die bei Raumtemperatur emittiert werden, haben dabei den Vorteil, dass die niedrigst mögliche Energie der Infrarotphotonen abgegeben wird, da diese Energie im Wesentlichen von der Temperatur der emittierenden Oberfläche abhängt. Damit wird die Strahlung identisch derjenigen Strahlung, die von anderen Flächen im Raum remittiert werden, was man in der Branche als Sekundärstrahlung bezeichnet.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht vorzugsweise darin, dass in jeder Flächenheizung die Heizfläche begrenzt ist und dass deshalb die thermische Weitergabe von Wärme innerhalb einer Wand, eines Bodens und/oder einer Decke auf Bereiche neben der eigentlichen Heizfläche erweitert werden soll.
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Dabei ist es günstig, kurz zusammengefasst, ein modulares Plattenelement zu verwenden, durch das ein Trägermedium bzw. Fluid, wie Luft, einen Wärmetransport durch Konduktion und massegebundenen Energietransport zulässt, um damit ohne weiteren technischen Steueraufwand den Wärmetransport in andere Bereiche der Wand / des Bodens / der Decke zulässt und unterstützt, die höher temperiert werden sollen.
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Ferner ermöglicht das modulare Plattensystem durch Ausbildung von mindestens einer Kammer, den Wärmetransport bewusst zu richten und so auch Wärmestauungen hinter z. B. Schränken oder anderen Möbeln zu verhindern.
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Erfindungsgemäß umfasst bei der vorliegenden Erfindung ein modulares Plattenelement zum zumindest teilweise Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes:
- - ein erstes Trägerelement mit mindestens einer Kammer zur mechanischen Stabilisierung und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides, und
- - einen Heizanstrich zum Beheizen des Raumes mit Niedertemperatur-Infrarot-Technik, wobei der Heizanstrich ein elektrisch leitfähiges Stoffgemisch umfasst.
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Ein derartiges modulares Plattenelement weist in Kombination mit einem Heizanstrich, insbesondere einem nadelbasierten Heizanstrich, eine Lebensdauer auf, die um ein Vielfaches länger ist, als die der üblichen und bekannten Heizsysteme.
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Die Einsatzgebiete für das erfindungsgemäße modulare Plattenelement sind beispielhaft nachfolgend aufgelistet:
- - Heizung zur Zonenheizung oder Vollheizung von Wohn- und Arbeitsumgebungen, die nach der Einrichtung zum Support nicht mehr zugänglich sind;
- - Heizung in Oberflächen, die jeweils eigenständig die Bausubstanz, also die Wand darstellen;
- - Heizung besonders gefährdeter Oberflächen, die durch Nacharbeiten bei Leistungsverlust beschädigt werden;
- - Heizung von Räumen mit komplexer Temperaturverteilung in der Sekundärstrahlung;
- - Beheizung und Temperierung von wärmestaugefährdeten Bereichen von Wänden Boden und Decke;
- - Beheizung von Räumen, die Rissbildungen begünstigen;
- - Beheizung und Temperierung zur Schimmel- und Feuchtesanierung;
- - Beheizung von Niedrigenergiehäusern auf voller Fläche ohne zu hohe Heizungsfläche;
- - Dämmen von Flächen, die beheizt oder unbeheizt sein können;
- - Klimatisierung und Kühlung von Flächen;
- - Trockenbauersatz;
- - Schalldämmung großer Flächen;
- - Mehrfachnutzen eines Wandmaterials bei Neubau, Sanierung, Brandschutz, Schallschutz und Beheizung;
- - Verwendung des Plattenelements mit gängigen Putz und Anstrichen.
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Neben dem Beheizen kann mithilfe des erfindungsgemäßen modularen Plattenelements auch ein Kühlen einer Fläche realisiert werden. Mithilfe der mindestens einen Kammer kann nämlich ein Wärmetransport in verschiedene Richtungen entlang der Ebene des Plattenelements gewährleistet werden, sodass Wärme von einem Ort mit hoher Wärme zu einem Ort mit geringerer Wärme und umgekehrt getauscht werden kann.
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Die Herstellung eines modularen Plattenelements erfolgt beispielsweise durch Ausfräsen der mindestens einen Kammer aus einer Massivplatte oder durch Verpressen in einer Pressform, die die entsprechende Kammergeometrie aufweist.
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Auch kann das modulare Plattenelement genutzt werden, um Dämm- und Isolationsputze zu ersetzen. Es dient auch als Wandersatz und erfüllt dabei die beiden Aufgaben Wärmen und Kühlen gleichermaßen.
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Günstigerweise umfasst das erste Trägerelement ein Innenelement, insbesondere ein fluidförderndes Innenelement, und ein tragendes Außenelement.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn an dem ersten Trägerelement, insbesondere an dessen Außenelement, vorzugsweise an der dem Innenelement abgewandten Seite des Außenelements, ein Verstärkungselement zur Versteifung angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist das Verstärkungselement zur Versteifung als Bienenwabenstruktur ausgebildet. Im Bereich der Anwendung als Durchleitung für ein Fluid wird vorzugsweise ein sechseckiges Bienenwabenmuster bzw. eine Bienenwabenstruktur verwendet, um die mechanische Druckfestigkeit in alle drei Raumrichtungen zu maximieren und gleichzeitig die Wandstärke zwischen aneinandergrenzenden Kammern so gering wie möglich zu halten.
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Ferner ist es günstig, wenn das erste Trägerelement eine Struktur zum Fluidaustausch aufweist und/oder die mindestens eine Kammer nicht geschlossen bzw. offen bzw. offenporig ausgebildet ist, sodass z. B. gekühltes Fluid, wie Luft, durchströmen kann. Auf diese Weise können die Kammern zur Klimatisierung und Kühlung eines Raumes eingesetzt werden. Die Klimatisierungsfunktion kann unabhängig von der Heizung eingesetzt werden.
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Zudem kann Abwärme von Transformatoren, die beispielsweise den Heizanstrich mit elektrischer Energie versorgen, in die mindestens eine Kammer geleitet werden.
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Eine weitere Funktion des modularen Plattenelements ist die Schalldämmung, die durch die mindestens eine Kammer erzeugt wird. Schall wird so z. B. von außen zu der mindestens einen Kammer bzw. dem Trägerelement geleitet, als Phonon weitergeführt und dann innerhalb der mindestens einen Kammer gebrochen. Die Schallwelle richtet sich vorzugsweise entlang der mindestens einen Kammer aus und wird dabei in ihrer Intensität geschwächt. Die Energie der Welle ist in thermische Energie umsetzbar. Zwar ist diese Energiemenge zu klein um Heizeffekte zu haben, jedoch handelt es sich nach der Absorption ausschließlich um Wärme.
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Günstigerweise ist an dem Verstärkungselement ein zweites Trägerelement angeordnet. Mithilfe des zweiten Trägerelements kann das modulare Plattenelement mechanisch verstärkt werden.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn das tragende Außenelement des ersten Trägerelements und/oder das zweite Trägerelement als Platte ausgebildet ist.
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Auch ist es günstig, wenn die mindestens eine Kammer einer beliebigen Kurve im Raum innerhalb des Plattenelements, insbesondere innerhalb des Innenelements, folgt. Somit ist eine beliebige Form der mindestens einen Kammer realisierbar.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn mindestens zwei Kammern parallel zueinander ausgerichtet sind, um ein Fluid in eine Richtung zu fördern.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Kammern in unterschiedliche Richtungen, insbesondere senkrecht zueinander, ausgerichtet sind, um ein Fluid in zwei unterschiedliche Richtungen zu fördern.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Kammern in unterschiedlichen Winkeln zueinander orientiert sind, vorzugsweise zwischen 45 Grad und 90 Grad zueinander orientiert sind.
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Mithilfe der mindestens einen Kammer ist es auch z. B. möglich elektrische Verkabelungen und/oder eine einfache Verlegung von IT-Netzwerken, Beleuchtungsstrom, Signal- und Videokabelverlegung zu realisieren.
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Bevorzugterweise weist die mindestens eine Kammer des Trägerelements im Querschnitt eine Kuppelform auf und/oder ist halbkreisförmig ausgebildet.
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Vorzugsweise weisen im Querschnitt die beiden gegenüberliegenden Enden der offenen Seite der mindestens einen Kammer einen Abstand mit wenigstens einem Millimeter und höchstens zwei Zentimeter auf.
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Auch ist es von bevorzugt, dass die mindestens eine Kammer des Trägerelements von einem Seitenrand des Plattenelements zu einem anderen Seitenrand des Plattenelements erstreckt.
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Vorteilhafterweise erstreckt sich die mindestens eine Kammer des Trägerelements über die gesamte Breite und/oder Höhe und/oder Länge des Plattenelements.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass an dem ersten Trägerelement, insbesondere an dessen Außenelement, ein Stützelement angeordnet ist. Mithilfe des Stützelements kann das Plattenelement weiter verstärkt werden, um zum Beispiel als Wandersatz zu dienen.
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Vorzugsweise ist das Stützelement an der dem Außenelement abgewandten Seite des Innenelements angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist es von Vorteil, wenn das Stützelement auf der einen Seite des Innenelements und das Außenelement auf der anderen Seite des Innenelements angeordnet ist.
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Günstigerweise ist das Stützelement als Platte ausgebildet.
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Stützelement den Heizanstrich zum Beheizen des Raumes und zum indirekten Beheizen von Fluid innerhalb des Innenelements umfasst.
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Auch ist es von Vorteil, wenn das Stützelement einen Träger umfasst, auf dem ein leitfähiges Material in Bahnen, vorzugsweise Kupferstreifen, aufgebracht bzw. aufgeklebt ist.
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Bevorzugterweise umfasst das Stützelement den Heizanstrich, bei vorzugsweise der Heizanstrich auf dem leitfähigen Material angeordnet ist, insbesondere flächig auf dem Stützelement aufgetragen ist.
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Auch ist bevorzugt, dass das Stützelement eine Grundierung umfasst, die insbesondere auf dem Heizanstrich angeordnet ist.
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Vorzugsweise umfasst das Stützelement ein Gewebe, das insbesondere auf der Grundierung angeordnet ist.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das Stützelement ein Putzmaterial, insbesondere einen Wandputz, umfasst, das insbesondere auf dem Gewebe angeordnet ist.
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn auf der Heizschicht eine brandhemmende Schicht angeordnet ist. Eine weitere Eigenschaft des Plattenelements ist vorzugsweise seine Beschichtung mit einer feuerhemmenden Substanz, die die Verbreitung von Feuer maßgeblich hemmt.
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Günstigerweise umfasst das Plattenelement ein Reflexionselement zur Reflektion von Infrarotstrahlung, wobei vorzugsweise das Reflexionselement zwischen dem Innenelement und dem Außenelement angeordnet ist, um Strahlung zu reflektieren.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Plattenelement mindestens eine elektrische Leitung umfasst, wobei vorzugsweise die mindestens eine elektrische Leitung aus leitfähigem Material ausgebildet ist.
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Bevorzugterweise ist die mindestens eine elektrische Leitung innerhalb der mindestens einen Kammer angeordnet.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die mindestens eine elektrische Leitung als Kupferstreifen ausgebildet ist, der vorzugsweise flach innerhalb des Plattenelements verlegt ist.
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Ferner ist es günstig, wenn das Plattenelement mindestens ein Fluidverbindungselement zur Verbindung zweier Kammern zweier Plattenelemente und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides umfasst. Mithilfe des Fluidverbindungselements können alle Funktionen des Plattenelements um z. B. eine Kante herum weiter zu führen, ohne dass eine Funktionseinschränkung zu erwarten ist.
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Vorzugsweise umfasst das Plattenelement mindestens ein Elektrosteckelement, das der elektrischen Verbindung zweier Plattenelemente dient.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Plattenelement eine Kontaktierungseinrichtung umfasst, wobei vorzugsweise die Kontaktierungseinrichtung wenigstens zwei elektrisch leitfähige Streifen mehrerer Plattenelemente durch ein Stecksystem elektrisch leitend miteinander verbindet.
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Günstigerweise umfasst die Kontaktierungseinrichtung ein Feder- und Nut-System oder steckbare Verbinder. Vorzugsweise ist die Kontaktierungseinrichtung in einem Plattenelement konisch ausgebildet, um mit einem hohen Anpressdruck eine Verbindung erzeugen zu können, wodurch die Übertragung eines Stroms ermöglicht wird.
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Mithilfe des Elektrosteckelements können alle Funktionen des Plattenelements um z. B. eine Kante herum weiter zu führen, ohne dass eine Funktionseinschränkung zu erwarten ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System zum zumindest teilweise modularen Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes.
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Dieses System umfasst vorzugsweise ein modulares Plattenelement mit einem ersten Trägerelement nach dem oben ausgeführten Aspekt, wobei vorzugsweise das erste Trägerelement ein Innenelement, insbesondere ein fluidförderndes Innenelement, und ein tragendes Außenelement umfasst.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Merkmale des modularen Plattenelements, wie sie unter dem ersten Aspekt erwähnt werden, einzeln oder miteinander kombinierbar bei dem System Anwendung finden können.
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Anders ausgedrückt, die unter dem obigen Aspekt der Erfindung genannten Merkmale betreffend das modulare Plattenelement können auch hier unter dem weiteren Aspekt der Erfindung mit weiteren Merkmalen kombiniert werden.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das System ein weiteres modulares Plattenelement umfasst. Dieses weist günstigerweise auf:
- - ein weiteres erstes Trägerelement mit mindestens einer Kammer zur mechanischen Stabilisierung und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides,
- - wobei das weitere erste Trägerelement ebenfalls ein Innenelement, insbesondere ein fluidförderndes Innenelement, und ein tragendes Außenelement umfasst.
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Bevorzugterweise sind die fluidfördernden Innenelemente der beiden Trägerelemente aufeinanderliegend, insbesondere unmittelbar aufeinanderliegend, angeordnet. Somit können modulare Plattenelemente miteinander kombiniert werden. Sie können z. B. in der Kombination an oder in oder als Wand auch in kombinierter Montage unterschiedliche Funktionen ausüben.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Kammern der ersten Trägerelemente der beiden modularen Plattenelemente bei Verklebung oder Verbindung in unterschiedlichen Winkeln zueinander orientiert sind, vorzugsweise zwischen 45 Grad und 90 Grad zueinander orientiert sind.
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Ferner ist es bevorzugt, dass am Schnittpunkt zweier Kammern der Plattenelemente Durchlasspunkte gebildet werden, die Fluid von der einen Kamer in die andere Kammer strömen lassen.
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Günstigerweise weist das System zur Montage ein Verbindungssystem auf, welches vorzugsweise aus Clips, Schienen und Bügeln aufgebaut ist, und welches die Plattenelemente hinsichtlich Fluid und Elektrizität verbindbar ausbildet.
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Die leichte Demontage bei Schienen und Bügeln erlaubt auch einen einfachen Austausch oder eine Reparatur eines modularen Plattenelements, falls eine mechanische Außeneinwirkung das Plattenelement beschädigt hat.
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Des Weiteren ist ergänzend oder alternativ bevorzugt, dass das System Schienen zur Befestigung an einer Wand und/oder einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes umfasst, um an den Schienen ein modulares Plattenelement zu befestigen.
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Auch ist es ergänzend oder alternativ von Vorteil, wenn das System eine Klebeschicht zur Befestigung an einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes umfasst, um an der Klebeschicht ein modulares Plattenelement zu befestigen.
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Ferner ist es möglich, dass mindestens zwei Plattenelemente flächig nebeneinander anordenbar sind, vorzugsweise nahtlos aneinander anschließen. Somit können modulare Plattenelemente miteinander kombiniert werden. Sie können z. B. in der Kombination an oder in oder als Wand auch in kombinierter Montage unterschiedliche Funktionen ausüben.
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Vorzugsweise sind mindestens zwei Plattenelemente aufeinander anordenbar, vorzugsweise schließen diese nahtlos aneinander an.
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Abschließend seien noch die Materialien der vorgenannten Bestandteile des modularen Plattenelements genannt.
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So ist es günstig, wenn das erste Trägerelement, insbesondere dessen Außenelement, nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination umfasst:
- - Hanf Verbundstoff
- - Glasfaser
- - Flachs
- - Carbon
- - Kunststoffgewebe
- - Hanf
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Ferner ist es von Vorteil, wenn das zweite Trägerelement nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination umfasst:
- - Hanf Verbundstoff
- - Glasfaser
- - Flachs
- - Carbon
- - Kunststoffgewebe
- - Hanf
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Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das erste Trägerelement, insbesondere dessen Innenelement, nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination umfasst:
- - Hanf mit zementärem Verbundstoff
- - Putz zum Verputzen von Wänden, Decken und/oder Böden
- - Aluverbundwerkstoff
- - Glasschaum
- - Flachs
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Auch ist es günstig, wenn das Verstärkungselement nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination umfasst:
- - Aerogel
- - Kunststoff(e)
- - Glasschaum
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Bevorzugterweise umfasst der Träger nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination:
- - Hanfverbundstoff
- - Glasfaser
- - Flachs
- - Carbon
- - Kunststoffgewebe
- - Hanf
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Vorteilhafterweise umfasst das Reflexionselement nachstehende Werkstoffe einzeln oder in Kombination:
- - Aluminiumfolie gelocht oder geschlitzt
- - Glasgranulat
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Nachfolgend wird der oben dargestellte Erfindungsgedanke ergänzend mit anderen Worten ausgedrückt.
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Dieser Gedanke betrifft vorzugsweise - vereinfacht dargestellt - ein modulares Plattenelement zum zumindest teilweise Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes mit einem Trägerelement (vorzugsweise einem ersten Trägerelement) mit mindestens einer Kammer zur mechanischen Stabilisierung und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides zu versehen. Um Wärme zu erzeugen ist vorzugsweise ein Heizanstrich zum Beheizen des Raumes mit Niedertemperatur-Infrarot-Technik vorgesehen, wobei der Heizanstrich ein elektrisch leitfähiges Stoffgemisch umfasst.
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Nochmals von einer anderen Seite betrachtet, gab es in der Vergangenheit Heizmatten und Heizanstriche, um die oben genannte Aufgabe Problem zu lösen. Dabei bestand in der Lebensdauer zwischen den beiden Heizvarianten ein eklatanter Unterschied, da der Verbau von Ruß als Leitermaterial in Matten, die Lebensdauer dramatisch verringert. Die Leistungsdaten, die rechnerisch einem nadelbasierten Heizanstrich zu Grunde liegen, lassen eine rechnerische Haltbarkeit von mehreren tausend Jahren vermuten.
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Aus diesem Grund wird vorteilhafterweise zur Heiztechnik in einem erfindungsgemäßen modularen Plattenelement ein Heizanstrich dieser nadelbasierten Bauart verwendet.
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Wärme wird generell nur dann transportiert, wenn an zwei Punkten im Raum unterschiedliche Temperaturen vorliegen. Sie fließt von der wärmeren Stelle zur kälteren Stelle entsprechend des Temperaturgradienten.
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Alte Heizsysteme, wie Konvektionsheizungen oder Infrarotheizpaneele benötigen zur Wärmeübertragung dabei extrem hohe Delta-T, also Abweichungen zwischen zwei Temperaturbereichen, die Energie austauschen sollen, mit dem Ziel die kälteren Flächen zu beheizen.
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Diese Unterschiede sind bauartbedingt bei den Systemen nötig, da ihnen allen gemein ist, dass mit kleinen Flächen an Heizung große Flächen in Räumen beheizt werden sollten.
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Diese Vorgehensweise hat die technische Folge, dass die Verteilung der Wärme niemals homogen werden kann. An Stellen mit hohen Temperaturdifferenzen fließen deshalb zu hohe Wärmemengen ab.
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Diese Energie ist zum Heizen eines Hauses verloren und entweicht in die Umgebung und Atmosphäre.
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Zudem ist allen moderneren bereits großflächig agierenden Heizsystemen, die auf Wänden verbaut werden gemein, dass sie nicht die gesamte Wand bedecken können. Die Systeme arbeiten mit klaren und nicht veränderbaren Leistungsdichten zum Erhalt eines Wärmestroms, die von der Bauart der Heizung und deren Flächenwiderstand abhängig sind. Würden diese Systeme die gesamte Wand bedecken, wären erstens die Heizmedienkosten zu hoch und zweitens der Montageaufwand zu hoch und drittens die Zuleitungselektrik komplexer.
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Hinzu kommt ein Effekt, der vor allem im modernen Neubau zum Tragen kommt. Je besser die Wärmedämmwerte von Häusern werden, desto weniger wird die Verteilung von Abstrahlwärme ideal verteilt werden können.
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Dies liegt vor allem daran, dass auch Strahlung, wenngleich eine sehr leichte, aber eben auch eine Übertemperatur benötigt, damit ein Ungleichgewicht zwischen Primär- und Sekundärstrahlung entsteht.
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Ohne das Ungleichgewicht, welches die Heizung erzeugen muss, findet kein Energietransport statt.
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Dieses Ungleichgewicht wird bei Strahlungsheizungen ausgeglichen indem mehr und energiereichere Infrarotphotonen von der warmen Wand, in der die Heizung verbaut ist, emittiert werden, als von den kalten Wänden, die Sekundärstrahlung niedrigerer Energie abgeben. So funktioniert bei Strahlungsheizungen der Energietransport.
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Solange bei einer Wandflächenheizung dieser Art die Wärme von der Heizfläche abgegeben wird, erwärmt sich die gesamte Heizfläche der Heizung um einen Bereich von einem bis zwei Grad und gibt während die Übertemperatur besteht, Energie als Infrarotstrahlung ab. Die Infrarot-Heizung benötigt nun diesen Temperaturunterschied um Wärme zu transportieren, gleichzeitig jedoch soll die Hysterese bei nur einem Zehntelgrad erhalten bleiben.
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Um keinen falschen Eindruck zu erwecken, muss betont werden, dass flächenbasierte Carbonheizungen als Anstrich die am Markt zurzeit besten technischen Lösungen sind, da sie neben günstigen Kosten, schnellem Verbau und extremer Lebensdauer nur einen sehr niedrigen Verbrauch haben, der alle anderen Heizsysteme systembedingt schlägt. Der qualitative physikalische Vergleich zeigt dies sofort und sehr eindeutig.
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Je weniger Energie nun eine solche Heizung benötigt, desto weniger Elektrizität wird eingeleitet, um die Abstrahloberflächentemperatur zu erhalten. Die Schaltzeiten werden so kurz, dass eine bestmögliche Verteilung nicht mehr gewährleistet ist.
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Wäre es möglich, die Fläche zu erhöhen, dabei die reine Heizenergiezuführung nicht zu vergrößern und gleichzeitig eine gute Dämmung und Reflexion zu erreichen, die in der Wand gerichtet ist, wären die Voraussetzungen für thermodynamisch günstigstes Heizen erfüllt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Flächenheizung bzw. bei einem modularen Plattenelement entsteht deshalb nun die technische Herausforderung zur weiteren Verbesserung der Systeme, für solche Anwendungsfälle. Wenn das beschriebene technische Problem der Verteilung gelöst wäre, geht damit als Ergebnis eine Heizung hervor, die auch in allen anderen Anwendungsgebieten verbesserte Werte liefert und Energie einspart.
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Die hier vorgestellte technische Lösung zielt darauf ab, die Heizenergie innerhalb einer Wand, Decke und/oder einem Boden so zu verteilen, dass sie die geometrischen Außengrenzen der Heizung zur Seite und nach oben und unten überwindet, um auch an Stellen ohne Heizung Wärme zu verteilen, die an der Wandoberfläche als Strahlung abgegeben werden soll.
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Diese Lösung ist zudem interessant in Bereichen der Bodenverlegung bei der es zu Zonen hoher Wärmedichte und damit hoher Temperatur kommen kann, die zum Beispiel unter Teppichen nicht adäquat abgeleitet werden kann. Ein System, welches Übermengen an Wärme an Wärmestaupunkten zur Seite ableiten kann, verändert damit auch die Durchleitung durch die Wand, die durch ein niedriger werdendes Delta-T abnimmt. Die nicht verloren gegangene Wärme wird nun wieder der Heizung des Raumes zugeführt.
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In Wänden darf gleichzeitig zum vertikalen und horizontalen Energietransport jedoch die Dämmeigenschaft in Richtung der Durchdringung der Wand nicht nur nicht verschlechtert werden, sondern sollte sich im günstigsten Fall auch verbessern.
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Es ist also das Ziel durch Veränderungen der Bauart einer Heizung in einer großen Fläche einer Wand, den Wärmefluss so zu steuern, dass er der gewünschten Flussrichtig entlang der Wand oder des Bodens folgt, jedoch weder Wand noch Boden bevorzugt durchdringt.
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Die Heizung bzw. das modulare Plattenelement muss in der Lage sein, im gleichen Medium in einer Raumausrichtung Wärme besonders gut zu leiten und in einer anderen Ausrichtung desselben Raumelementes den Wärmefluss besonders gut einzudämmen.
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Vor diesem Hintergrund ist vorzugsweise vorgesehen, ein modulares Plattenelement bzw. eine Verbundmaterialplatte, bestehend aus einem mehrschichtigen Aufbau, der sich wiederholen kann, wenn das Plattenelement in höherer Schichtstärke erstellt wird, um zum Beispiel eine höhere Vertikallast oder Flächenlast zu tragen.
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Die Platte wird vorzugsweise in einer Bauform entlang ihrer längeren Seite mittig und großflächig mit Heizanstrich beschichtet oder in einer anderen Bauform rechtwinklig zur Laufrichtung mit mehreren parallel geschalteten Heizbahnen beschichtet.
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Auch weist das Plattenelement günstigerweise ein Reflexionselement auf, die gelocht ausgebildet sein kann oder ein geometrisches Durchschussmuster besitzen kann, um Diffusionsoffenheit zu garantieren. Das Durchschussmuster überlappt sich vorzugsweise nicht mit einem in dem Plattenelement eingebauten Bienenwabenstruktur oder der mindestens einen Kammer, um keinen massegebundenen Energietransport wie bei einem Wärmetauscher zu verursachen.
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Vorzugsweise besitzt das Plattenelement nach der mindestens einen Kammer eine Reflexionsfolie bzw. ein Reflexionselement und in der Folge darauf eine vorzugsweise aus Hanf aufgebaute Stabilitätslage. Außerdem ist das Material günstigerweise diffusionsoffen.
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Die nächste Schicht besteht vorzugsweise aus einer Doppellage von Kammern, die über den Heizanstrich hinausragen und die günstigerweise über ihre gesamte Länge offen verbindbar sind. So entstehen entlang der Längsrichtung des Plattenelements Kammern, die die gesamte Länge des Plattenelements bedecken. Dabei können in anderen Bauformen die Kammern auch in schrägen Winkeln über das Plattenelement laufen. In einer weiteren Bauform sind die Kammern mit weiteren Kammern auf anschließenden Plattenelement verbindbar.
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Diese Kammern bzw. die mindestens eine Kammer liegt vorzugsweise in einer der beiden Schichten in einem beliebigen Winkel, zum Beispiel, vertikal in dem Plattenelement und in der kombinierten Schicht horizontal oder in einem anderen Winkel versetzt. Ein Plattenelement ist vorzugsweise in einer Form gefasst oder gepresst, sodass bei Überlagerung im Material Durchgänge zwischen den Kammern bzw. Kammersystemen der beiden Ausrichtungen entstehen.
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In jeder am Ende geschlossenen Kammer, die zum Beispiel horizontal oder vertikal in der Wand liegen, befindet sich vorzugsweise Luft. Das Fluid ermöglicht eine langsame Wärmewanderung innerhalb des Plattenelements, aber vor allem über die technische Grenze des Auftrags des Heizanstrichs hinaus. Dabei kann an den geometrischen Übergängen der Ausfräsungen oder Pressformen Wärme ausgetauscht werden.
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In einer weiteren Bauform werden vorzugsweise Schichten eines Plattenelements nicht verbunden und lassen jeweils unabhängig voneinander eine gerichtete Wärmewanderung zu.
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Das verwendete Material sorgt dabei jedoch dafür, dass die Wärme in Richtung normal zur Wand, also durch die Wand hindurch nicht oder nur wenig per Konduktion transportiert werden kann.
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Innerhalb des Plattenelements können gerichtete Teflonplättchen verbaut werden, die vorzugsweise im mikroskopischen Maßstab, eigenständig eine Ausrichtung parallel zur Erdoberfläche einnehmen, während sie in die Plattenelemente eingebracht werden. Damit leiten sie die Wärme zwar in die Breite, aber nicht in die Tiefe der Wand. Der Effekt entsteht, da die Zahl der Phasengrenzen in Richtung der aufeinanderliegenden Plättchen hoch und in Querrichtung klein ist.
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Der Heizanstrich wird vorzugsweise direkt oder mit einer thermischen Übertragerschicht aufgetragen. Der Heizanstrich wird bevorzugterweise als elektrischer Widerstand von Strom durchflossen und erwärmt sich deshalb gleichmäßig auf der gesamten Fläche.
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Die Elektroden zum vereinfachten Elektrizitätstransport werden vorzugsweise zur Erstellung eines Stecksystems wahlweise in den Kammern verpresst oder es werden Kammern geschaffen, die vom thermischen System unabhängig Kabel beherbergen.
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Elektroden in der verpressten Version erlauben vorzugsweise durch einfache Steckverbindungen, den Übergang von Strom zwischen mehreren Plattenelementen. Dabei kann vor allem auch dem Problem vorgebeugt werden, dass zu hohe Ströme durch schlechte Verbindungen fließen.
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Die Plattenelemente beinhalten günstigerweise als letzte Schicht eine Kombination aus Dämmung und Reflexion in Form zweier Materialschichten, die einzeln oder in Kombination aufgebracht werden können.
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Die Dämmschicht dient dem Zweck gleichzeitig den Wärme- und den Schalldurchgang zu minimieren.
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Die Isolations- und Reflexionsschicht dient dem Zweck, in der Wand erzeugte InfrarotStrahlung direkt zurück zu reflektieren. Reflektierte Photonen dieser Schicht werden absorbiert und auf der Heizseite als Phonon durch das Material in die mindestens eine Kammer geleitet.
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Zum Aufbau eines Plattenelements werden vorzugsweise Klebermaterialien mit niedrigen Wärmedurchlasskoeffizienten verwendet, um die Konduktion in Normalrichtung der Wand einzudämmen. Fliesenkleber mit hohen Wärmedurchlasskoeffizienten sorgen für gute Abgabe der Wärme in den Innenraum, um die Abstrahlflächen optimal mit Wärme zu versorgen.
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Die Plattenelemente, welche die mindestens eine Kammer bzw. die Kammern beherbergen, sind vorzugsweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Dabei kommen zum Verpressen Holz-Carbon-Mischmaterialien zum Einsatz, Glasfaser, Leinen, Hanf, Naturfasern, Zementfasermischungen, PE, PP, Acryl mit angepassten Dehnungskoeffizienten in Abhängigkeit des Temperaturverlaufs zum Einsatz, um thermische Spannungen innerhalb des Materials und des Plattenelements gering zu halten.
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In der Montage mehrerer Plattenelemente auf bzw. an z. B. einer Wand werden vorzugsweise die folgenden drei Verbindungsoptionen eingesetzt. Clips für ständige Verbindung, Schienen und Nutsteine und/oder Bügelsysteme für mehrfache Montage und Demontage sowie Klebetechnik zur dauerhaften Einbringung in eine Wand / Decke / Boden.
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Die physikalische Stabilität eines Plattenelements wird vorzugsweise durch eine Bienenwabenstruktur oder eine andere geometrische Kammerstruktur mit hoher Druck- und Biegesteifigkeit und/oder durch die mindestens eine Kammer extrem erhöht. Sie kann auf diese Weise nicht nur in z. B. die Wand eingebaut werden oder die Wand beschichten, sondern sie kann die Wand im Verbundsystem ersetzen. Somit wird es möglich, ein ganzes Haus aus Heizwänden, Decken und Böden zu bauen.
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Dabei ist in einer anderen Bauform vorzugsweise vorgesehen, dass das Plattenelement nicht beheizt ist, sondern neben den beheizbaren Elementen die Option schafft nur als Dämm- und Baumaterial verwendet zu werden.
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Das modulare Plattenelement und z. B. seine auf der Wand oder z. B. in der Wand sorgen dafür, dass innerhalb der Platte keine thermischen Dehnungen entstehen, die Rissbildungen verursachen könnten, wie es bei der Aufbringung von Heizsystemen direkt auf eine Wand nicht ermöglicht. Die Systeme zur Rissüberbrückung sind im Stand der Technik Armierungen mit Gewebe oder das Verbauen der Heizungen auf Rigips oder Holzplatten, mit dem Nachteil, auf diesen Untergründen keine perfekte thermische Verteilung zu haben.
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Eine weitere Option der Anwendung ist eine in der Industrie einsetzbare Platte, die die Eigenschaften umkehrt und eine Wärmeleitung durch eine Wand verbessert und gleichzeitig die Wärmeverteilung entlang der Platte verschlechtert, um auf Distanz Wärme gerichtet durch massive Materialien zu leiten und gleichzeitig die Umgebung so wenig wie möglich aufzuheizen. In dieser Bauform werden die Kammern bzw. die mindestens einen Kammer normal zur Heizung eingebracht und verbinden die einzelnen Schichten der Platte in deren Normalrichtung.
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Ein modulares Plattenelement besteht vorzugsweise aus den folgenden Materialien und Mischungen aus den genannten Materialien.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 eine 3-dimensionale Ansicht eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements;
- 2 eine weitere 3-dimensionale Ansicht des Aufbaus des modularen Plattenelements aus 1;
- 3 eine weitere 3-dimensionale Ansicht des Aufbaus des modularen Plattenelements aus 1;
- 4 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements an einer Wand;
- 5 einen weiteren Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements an einer Wand; und
- 6 einen alternativen Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements an einer Wand.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Gegenstände verwendet.
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1 zeigt eine 3-dimensionale Ansicht eines Aufbaus eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements 1, wobei die 2 und 3 dasselbe modulare Plattenelement 1 zeigen, jedoch aus leicht anderen Perspektiven.
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Im Nachfolgenden werden 1 bis 3 gemeinsam beschrieben.
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Genauer dargestellt zeigen 1 bis 3 ein modulares Plattenelement 1 zum zumindest teilweise Erstellen einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes.
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Das Plattenelement 1 hat dabei ein erstes Trägerelement 2 mit mehreren Kammern 3 zur mechanischen Stabilisierung und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides sowie einen Heizanstrich 4 zum Beheizen des Raumes mit Niedertemperatur-Infrarot-Technik. Der Heizanstrich 4 umfasst ein elektrisch leitfähiges Stoffgemisch zur Erzeugung von Infrarotstrahlung.
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Konkretisiert zeigen 1 bis 3, dass das erste Trägerelement 2 ein fluidförderndes Innenelement 5 und ein tragendes Außenelement 6 umfasst, wobei an dem Außenelement 6 des ersten Trägerelements 2 ein Verstärkungselement 7 zur Versteifung angeordnet ist.
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Ferner umfasst das Plattenelement 1 ein Reflexionselement 9 zur Reflektion von Infrarotstrahlung, die von dem Heizanstrich 4 erzeugt wird, wobei das Reflexionselement 9 zwischen dem Innenelement 5 und dem Außenelement 6 angeordnet ist.
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Das Verstärkungselement 7 befindet sich dabei an der dem Innenelement 5 abgewandten Seite des Außenelements 6, wobei das Verstärkungselement 7 als Bienenwabenstruktur ausgebildet ist.
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Auch zeigen 1 bis 3, dass an dem Verstärkungselement 7 ein zweites Trägerelement 8 angeordnet ist, wobei das zweite Trägerelement 8 an der einen Seite des Verstärkungselements 7 angeordnet ist und das Außenelement 6 an der anderen gegenüberliegenden Seite.
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Im hier beschriebenen Beispiel ist sowohl das tragende Außenelement 6 des ersten Trägerelements 2 als auch das zweite Trägerelement 8 als Platte ausgebildet.
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Insbesondere in 1 und 3 zu erkennen, sind innerhalb des Innenelements 5 diverse Kammern 3 parallel in horizontaler Richtung H zueinander ausgerichtet.
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Ferner sind ebenfalls diverse Kammern 3 in vertikaler Richtung V ausgerichtet sind.
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Somit kann ein Fluid innerhalb der Kammern 3 sowohl vertikal als auch horizontal strömen.
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Jede Kammer 3 des Trägerelements 2 ist im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet, wobei im Querschnitt die beiden freien gegenüberliegenden Enden der offenen Seite jeder Kammer 3 einen Abstand mit beispielsweise 1,5 Zentimeter aufweist.
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Die kann man 3 des Trägerelements 2 erstrecken sich von einem Seitenrand des Plattenelements 1 zu einem anderen Seitenrand des Plattenelements 1.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, erstrecken sich die Kammern 3 des Trägerelements 2 über die gesamte Breite und Höhe des Plattenelements 1.
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Des Weiteren zeigen 1 bis 3, dass an dem Innenelement 5 des ersten Trägerelements 2 ein Stützelement 10 angeordnet ist, das an der dem Außenelement 6 abgewandten Seite des Innenelements 5 angeordnet ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist auf der einen Seite des Innenelements 5 das Außenelement 6 angeordnet und auf der anderen Seite der Stützelement 10.
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Das Stützelement 10 ist, ähnlich wie die Trägerelemente 6, 8, als Platte ausgebildet.
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Hierbei umfasst das Stützelement 10 einen Träger 11, den Heizanstrich 4, eine Grundierung 12, ein Gewebe 13 und ein Putzmaterial 14.
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Auf dem Träger 11 ist ein leitfähiges Material L in Bahnen, ausgebildet als Kupferstreifen, aufgeklebt, wobei der Heizanstrich 4 auf dem leitfähigen Material L und über das gesamte Stützelement 10 angeordnet ist.
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Auf dem Heizanstrich 4 wiederum ist die Grundierung 12 angeordnet, auf der das Gewebe 13 aufgebracht ist.
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Auf dem Gewebe 13 ist noch ein Putzmaterial 14 angeordnet.
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Zusätzlich kann auf dem Heizanstrich 4 noch eine brandhemmende Schicht angeordnet sein.
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In den Figuren nicht dargestellt, jedoch weist das modulare Plattenelement 1 elektrische Leitungen aus leitfähigem Material L auf, die innerhalb der Kammern 3 angeordnet sind.
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Hierbei sind die elektrischen Leitungen als Kupferstreifen ausgebildet, die flach innerhalb des Plattenelements 1 verlegt sind.
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Um mehrere Plattenelemente miteinander zu verbinden, weist das Plattenelement 1 ein oder mehrere Fluidverbindungselemente zur Verbindung zweier Kammern 3 zweier Plattenelemente 1 und zum Transport von Wärme mithilfe eines Fluides auf.
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Auch hat das Plattenelement 1 in den 1 bis 3 diverse Elektrosteckelemente umfasst, die der elektrischen Verbindung zweier Plattenelemente 1 dienen.
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4 zeigt einen Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements 1 an einer Wand W, wobei 5 einen weiteren Aufbau und 6 einen alternativen Aufbau eines erfindungsgemäßen modularen Plattenelements 1 an einer Wand W zeigt.
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Hierbei wird in 4 eine Klebeschicht K zur Befestigung an einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes verwendet, um an der Klebeschicht K ein modulares Plattenelement 1 zu befestigen.
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In 5 hingegen werden Schienen zur Befestigung an einer Wand, einer Decke und/oder eines Bodens eines Raumes verwendet, um an den Schienen S ein modulares Plattenelement 1 zu befestigen.
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Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass das modulare Plattenelement 1 derart ausgestaltet ist, dass diverse Plattenelemente flächig nebeneinander und aufeinander anordenbar sind.
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Betreffend die 1 bis 6 sei abschließend noch erwähnt, dass das zweite Trägerelement 8 Carbon, das Verstärkungselement 7 Kunststoffe, das Außenelement 6 Carbon, das Reflexionselement 9 Glasgranulat, das Innenelement 5 einen Aluverbundwerkstoff und der Träger 11 Carbon als Materialien aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- modulares Plattenelement
- 2
- erstes Trägerelement
- 3
- Kammer
- 4
- Heizanstrich
- 5
- Innenelement
- 6
- Außenelement
- 7
- Verstärkungselement
- 8
- zweites Trägerelement
- 9
- Reflexionselement
- 10
- Stützelement
- 11
- Träger
- 12
- Grundierung
- 13
- Gewebe
- 14
- Putzmaterial
- H
- horizontale Richtung
- V
- vertikaler Richtung
- L
- leitfähiges Material
- S
- Schiene
- W
- Wand
