DE1902688A1 - Grossflaechenheizung - Google Patents

Description

• 1 Großflächenheizung Die Erfindung betrifft eine Großflächenheizunga insbesondere FuBS boden-, Wand- und Deckenheizungt die aus mehreren in eine den zu beheizenden Raum umgebenden Baukörperschicht verlegten, einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf bildenden Rohren besteht, die von einem in einem Heizkessel erwärmten Heizmedium.durchströmt werden0 Es sind Großflächenheizungen obiger Art für Fußböden bekanntt die aus mehreren in bestimmten Abständen zu einer Rohrharfe bzw zu einer Rohrschlange zusammengesetzten Rohren bestehen, die in eine unter dem Fußbadenbelag befindliche Estrichschicht verlegt sind. Dabei ist zwischen der Estrichschicht und dem tragenden Betonuntergrung gewöhn licli noch eine aus Pappe oder Aluminiumfolie bestehende Dampfdiffusionssperre sowie eine Schicht aus Kunststoff Mineralwolle oder Asche zur Tri rttschall- u. Wäruieisolation angeordnet. In den Vorlaufteil der Rohschlange wird während des Heizungsbetriebs aus einem 01- oder Koks-beheizten Kessel Wasser von relativ hoher Vorlauftemperatur geschickt das sich beim Durchlauf unter Wärmeabgabe an die Estrichs schicht abkühlt und mit entsprechend geringerer Rücklauftemperatur die Rohrschlange am Rücklaufteil verläßt, 'Derartige Großflächenheizungen haben jedoch den Nachteils daß sie infolge der relativ hohen jedoch zur Abgabe der notwendigen Wärmemenge erforderlichen Temperaturdifferenz zwischen ihres kontinuierlich ineinanderübergehendeun Vorlauf und Rücklaufteiles in der Estrich schicht ein Wärmefeld von recht unterschiedlichem Temperaturniveau aufbauen, das einerseits den Behaglichkeitegrad der sich über einer solchen Fußbodenheizung aufhaltenden Personen stark be@inträchtigt und andererseits nicht unerhebliche Wärmespannungen in der betreffenden Baukörperschicht bewirkt Besonders der schlechte Behaglich keitsgrad hat dazu geführt, das derartige Großflächenheizungen biso lang in nur recht bescheidenem Umfang henutzt werden Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Großflächenheizung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen welche die vorerwähnt ten Nachteile nicht aufweißt, vielmehr mit einiachen und kostensparenden baulichen Mitteln durch das Heizmedium ein Fel von nahezu gleichen Temperaturniveau in der Baukörperschicht aufbaut und somit eine über die gesamte äußere Fläche dieser Baukörperschicht gleichmäßige Wärmeabgabe gewährleistet.
• Diese Ausgabe wird erfintsgemäß dadurch gelöst*-daß die Vorlauf und Rücklaufleitung in entgegengesetzten Richtungen von dem Heizmedium durchströmt werden und in unmittelbarer Nahe sowie parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. lurch diese unmittelbare, haut enge Nähe der vor- und Rücklaufleitung entsteht zwischen letzteren im Gegenstrom ein Wärmeaustausch, wobei einerseits stets der heißeste Teil der Vorlaufleitung unmittelbar neben dem kältesten Teil der Rücklaufleitung liegt und andererseits die in ihren Temperaturen nur gering voneinander abweichenden Teile ebenfalls direkt nebeneinander angeordnet sind.
• Auf diese Weise wird durch Überlagerung der Wärmefelder zweier Gegen ströme der als Gegenstrom"Wärmeaustauscher sowie vorzugsweise mit Wasser betriebenen Großflächenheizung ein über die gesamte Oberfläche der Baukörperschicht ### nahezu konstantes mittleres Temperaturfeld auf- gebaut.
• Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung besteht der Heizkessel aus einem mittels elektrischem Strom betriebenen Wasser Wärmespeicher der über Zuführungsleitungen mit den Vor- und Rücklauf leitungen verbunden ist und dessen Speicherwasser von hohem Temperatur niveau über ein von einem temperaturgesteuerten Vorlauftermostaten geregeltes Misehventil dem kalten Rücklaufwasser beizumischen ist Hierdurch ist es möglich, mittels eines Speichervolumes von nur wenigen m³ Wasser ein komplettes Wohnhaus allein mit verbilligten Strom zu beheizen. Dies ist besonders dort vorteilhaft, wo aus technischen baulichen, oder sonstigen Erwägungen ein konventioneller Koks-, Kohlen oder Öl~beheizten Kessel für den Heizungsbetrieb nicht anzuwendeii ist Dabei besteht der Wärmespeicher aus einem Behälter, der an seiner den Zuführungsleitungen gegenüberliegenden Seite über Stegleitungen mit einem ein elektrisches Heizelement enthaltenden Parallelgefäß verbunden ist. wobei in einer oder in mehreren stufenweise untereinander angeordneten Stegleitungen eine von einem Temperaturfühler gesteuerte Drosseleinrichtung geschaltet ist. Dadurch werden einerseits zwei einfach herzustellende und zufrerbindende Baueinheiten ( Behälter und Parallelgefäß ) geschaffen, die den gegebenen baulichen Umständen angepaßt werden können und andererseits wird mittels der oder dei Drosseleinrichtungen die gewünschte Schichtdicke des heißen Speicherwasser kontinuidlich geregelt.
• Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung werden die Vorlaufs und Rücklaufleitungen von Kanälen gebildet die in einem einzigen Rohr angeordnet sind Durch diese Rohrausbildung braucht in kostensparenderweise lediglich ein zusammenhängendes in der Baukörperschicht verlegt werden das zudem mit einem ausgezeichneten Wärmeaustausch zwischen Vor- und Rücklaufkanal sicher stellt Besonders preiswert und allen Erfordernissen genügend lassen sich derartige Rohre in zahlreichen Varianten aus warmfestem Kunststoff herstellen.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
• Dabei Zeigen: Fif.1: Ein vollständiges Schaltschema der erfindungsgemäßen Großflächenheizung als Fußbodenheizung, Fig.2: Ein Rohr- Verlegungsschema in Form einer Spirale.
• Fig.3: Einen Schnitt nach der Linie III - III von Figur 1 in vergrößerter Darstellung.
• Fig04: Einen Querschnitt durch ein den Vorlauf- und Rücklaufkanal zugleich enthaltendes Heizrohr.
• Fig03: Einen Schnitt nach der Linie V o V von Figur 4 mit Uml enkungsve rs chluß.
• Fig.6: Einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Heizrohres.
• Die erfindungsgemäße Großflächenheizung von Figur 1 besteht im wesentliden chen aus den Heizungsvorlauf 1' und den Heizungsrücklauf 11 '' bildenden Rohren 1, den Zuführungsleitungen 2> dem Wärmespeicher 3 und dem den elektrischen Heizstab 4 enthalt nden Parallelgefäß 5. In die Vorlauf-Zuführungsleitung 2' ist die Pumpe 6 sowie das Mischventil 7 geschaltet, wovon letzteres über eine Mischleitung 8 mit der Rücklauf- Zuführungsleitung 2tt verbundeh ist. An zwei gegenüberliegenden Seiten des Wärmespei sehers 3 sind Stegleitungen 3', 3tt, 3''', 31V angebracht, von denen die einen beiden 3t, 3IV an die Zuführunrsleitungen 2t, 2'' und die anderen beiden 3t1> 3''' an das Parallelgefäß 5 angeschlossen sind0 Die Rohre 1 sind in Form einer Rohrschlange in der Baukörperschicht 9 verlegte die im wesentlichen aus der tragenden Betonschicht 9t, der Trittschall- und Wärmeisolationsschicht 9't, der Dampfdiffusionssperre 9''' und der Estrichschicht 9IV besteht. In dem dargestellten Beispiel sind die Rohre in der Estrichschicht 9IV auf der Dampfdiffusionssperre 9''' angeordnet, wobei es jedoch ebenso gut möglich ist. sie bespielsweise für eine Deckenbeizung auch einer anderen Schicht,z.B. in der Betonschicht 9',anzubringen.
• Mittels verbilligtem Strom wird das im Parallelgefäß vorhandene Wasser durch den Heizstab 4 aufgeheizt, wodurch es infolge natürlicher Konvektion durch die Stegleitung 3''', den Wärmespeicher 3,die Stegleitung 3'' und das Parallelgefäß 5 zu zirkulieren beginnt Line gleichmäßige Zirkulation hätte dabei jedoch zur Folge, daß sich der gesamte Wärmespeicherinhalt ähnlich dem einer Schwerkraftheizung langsam und kontinuierlich erwämmt, wobei jedoch nicht die gewünschte Schichtung von relativ heißem und kaltem Wasser als vielmehr nur eine Vermischung von Warmem und weniger warmem Wasser erfolgen kann4 Aus diesem Grunde muß die Strömungsintensität des heißen, aus der Stegleitung 3t' austretenden Wassers auf ein Minimum gedrosselt werden, so daß der instationäre Strömungsvorgang in einen stationären übergeht, der sich am erstrebenswertesten einem statischen Strömungszustand mit der Strömungsgeschwindigkeit v=O allnähert, das heißt, das eine von der Behälteroberseite gleichmäßig nach unten anwachsende Schichtung von Wasser mit hohem Temperaturniveau von statten geht. ruf diese Weise ist es möglich, auch den in einigen Stromversorgungsnetzen während mehrerer Tageszeitabschnitte nur kurzzeitig zur Verfügung stehenden verbilligten Strom, z.B. nachmittags in der eit von 13 - 15 Uhr, für eine zwar geringere, aber sehr heiße Speicherschicht auszunutzen. Zu diesem Zweck wird in der Stegleitung 3''' eine Drosseleinrichtung 5' angebracht, die von einem Temperaturfühler 5'' so geregelt wird, daß einerseits eine Zirkulation stark gedrosselt und andererseits das Temperaturniveau in der sich bildenden Speicherschicht aufrecht erhalten wird Sebald in dem Wärmepseicher 3 die gew@nchte Speichertemperatur des @assers von z.B. 90°C bei größtmöglicher Aufladung erreicht worden ist, wird der Heizstab 4 iiber die thermische Steuereinrichtung 4' vori der Stromzufuhr abgeschaltet.Während der gesamten Aufheizzeit fließt jiber die Stegleitung 3IV gerade so viel warmes Wasser aus dem Wärmespeicher in das Mischventil 7, in dem es mit einem über die Míischleitung 8 heranströmeijden Teil des kalten Rücklaufwassers zu warmem Vorlaufwasser gemischt wird, wie zur Erzielung von Heizwasser mit der gevonschten Vorlauftemperatur von beispielsweise 35 0C gerade notwendig ist. Dabei wird das Öffnen bezieljungsweise Schließen des Mischventils 7 von einem in die Vorlauf- Zuführungsleitunng 2' geschalteten Vorlaufthermostaten 10 bewirkt, während eine dazu parallelgeschaltete Sicherheitseinrichtung 11 dafiir sorgt, daß das beispielsweise mit einer Federrücklaufsicherung 11' versehene Mischventil 7 augenblicklich geschlossen wird, falls das Vorlaufwasser eine Übertemperatur erreicht oder der Steuerstrom ausf4.llt0 Dieses aus dem Mischventil 7 austretende warme Vorlaufwasser wird von der Pumpe 6 durch die Vorlauf Zuführungsleitung 2' in die Vorlaufleitung 1' der Rohrschlange 1 gedrückt, bis zur Umlenkstelle 1''' auf beispielsweise 28-30° C abgekühlt und von hier durch die Rückaufleitung 1'' der Rohrschlange 1 gepumpt, Das Rücklaufwasser läuft sodann durch die gesamte Rücklaufleitung itt in entgegengesetzter Richtung zur unmittelbar neben parallel zu letzterer 1'' verlegten Vorlaufleitung 1', wodurch die mittlere Umgebungstemperatur der Vorlauf und Rücklaufleitung über die gesamte Oberfläche der Baukörperschicht bei Erreichung eines statio#nären Wärmevorganges nahezu konstant ist und somit die bei herkömmlichen Großflächenheizungen der eingangs erwähnten Gattung nachteiligen relativ starken Temperaturdifferenzen zwischen Vorlauf und Rücklaufteil nicht auftreten können. Das beim Verlassen der Rücklaufleitung weiter auf 250C abgekühlte Rücklaufwasser fließt danach durch die Rücklauf- Zuführungsleitung 2tt in den Wärmespeicher 3 bzw. ein Teil davon in das Mischventil 7 zurück, wo der Kreislauf von neuem beginnt.
• Während der gesamten, nicht verbilligten Stromlieferungszeit wird dem Wärmespeicher 3 laufend heißes Wasser von beispielsweise 900C ntnommmen und mit einem Teil des kalten Räcklaufwassers von beispielsweise 25°C zu warmem Vorlaufwasser von z.B. 35°C gemischt, ohne daß während dieser Zeit vom Heizstab 4 Wärme zugeführt werden muß, Dabei istes wesentlich, den Inhalt des gut wärmeisolierten Speichers 3 in AbhänZ gigkeit von derSpeichertemperatur, der Wärmeabgabemenge, und der Wärme abgabezeit so auszulgen, daß das Speichervolumen selbst bei konstanter Heizvollast vollkommen ausreicht* den Wärmebedarf auch während der nicht verbilligten Stromlieferungszeit zu decken. Der besondere Vorteil dieser Anlage gegenüber bekannten mit einer hohen VorlauitempeXatur von z.B. 950C und einer entsprechenden Rücklauftemperatur von zB, 7500 mit Radiatoren bzw. Konvektoren oderdgl. betriebenen Speichert heizungen beruht auf dem erheblich geringeren Behältervolumen der erfindungsgemäß@Großflächenheizung bei gleicher Heizleiitung sowie auf der zuzüglichen Speicherkapazität der beheizten Estrichschicht Zur Regelung der erfindungsgemäßen Großflächenheizung ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Einmal ist es möglich den Durchfluß des warmen Vorlaufwassers für jeden beheizen Raum gesondert durch ein von einem temperaturgesteuerten Raumfühler 12 geregeltes Drosselventil 13 bestimmen zu lassen und zum anderen kann die gesamte Anlage durch eine in die Vorlauf- Zuführungsleitung 2t geschaltete thermische Regelt einrichtung 14 gesteuert werden die einerseits mit dem liscllventil 7 und andererseits mit einem Außenthermostaten 15 regeitechnisch verbunden ist.
• Zur Vermeidung der Luftpolsterbildung im Kopf des Wärmespeichers 3 ist die Anbringung eines Expansionsgefäßes unerläßlich, das über die Leitungen 16'' einerseits mit dem höchsten Punkt des Speichers 3 und andererseits mit der Stegleitung 3t verbunden ist. Bevorzugt man hingegen eine geschlossene Ausdehnungseinrichtung, so kann diese entsprechnnd den einschlägigen Sicherheitsvorschriften anstelle des dargestellten offenen Gefäßes i6 eingebaut werden, wodurch eine Speichherschichttemperatur bis 110°C ermöglicht werden kann.
• In Fig.2 ist eine in Form einer Spirale in die Baukörperschicht 9 zu verlegende Rohrschlange 1 dargestelltt wozu beispielsweise ein vorzugsweise aus Kunststoff hergestelltes Rohr gemäß den Figuren 4 und 6 sehr geeignet ist Dabei kann das Rohr der Figur an der Umlenhstelle 1''' beispielsweise wie in Fig.5 dargestellt mit einem entsprechend verstärkten Umlenkungsverschluß beschaffen sein. Zur Vermeidung von Drucksprüngen und der damit zusammenhängenden Kavitationsgefahr ist es wesentlich, daß der VorlauSkanal lt und der Rücklaufkanal itt zur Beibehaltung des Gesamtdruckes in Vor- und Rücklauf möglichst stets gleiche Querschnitte aufweisen, worauf besondels an der Ubergangsstelle 1''' der Rohrleitung 1 geachtet werden muß. Je besser dabei der Wärmedurchgang zwischen dem Vorlauf lt - und dem Rücklaufkanal it' ist, umso gleichmäßiger ist das in der umgebenden Baukörperschicht aufgebaute Temperaturfeld, woraus eine nahezu konstante Heiz- Oberflächen-temperatur resultiert.
• Es versteht sicht daß die dargestellte Großflächenheizung zahlreiche Variationen zuläßt. So ist ebenso möglich, die Fig.1 dargestellte Rohrschlange mit Heizwasser aus einem herkömmlichen Koks-1 Kohle- oder 01- befeueeten Kessel zu betreiben, wobei die Heizrohre 1 nicht nur in Wandflächen, sondern ebenso gut in anderen Baukörpern wie z.B. in Säulen angeordnet sein können, Weiterhin kann die erfindungsgemäße Heizungsanlage z. B. auch zur Erwärmung von Fluglnndepisten, Sportplätzen oder sonstigen, schnee- und eisfrei zu haltenden Großflächen Verwendung finden. Schließlich ist es auch möglich, den Heizstab 4 durch eine oder mehrere Heizpatronen zu ersetzen, die in verschiedenen Höhen des Parallelgefäßes 5 oder unter Fortlassung des Parallelgefäßes 5 direkt im Wärmespeicher 3 eingesetzt werden und wahlweise einzeln oder gemeinsam zu- bzw. abgeschaltet werden können.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Großflächenheizung, insbesondere Fußboden-, Wand- und Deckenheizung, die -;% mehreren in eine den zu beheizenden Raum umgebenden Baukörperschicht verlegten, einen Heizungsvorlauf und einen Heizungsrücklauf bildenden Rohren besteht die von einem in einem Heizkessel erwärmten Heizmedium durchströmt werden, d a d u r ii h g g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorlauf-und die Rücklaufleitung (if, itt) in entgegengesetzten Richtungen von dem Heizmedium durchströmt werden und in unmittelbarer Nähe sowie parallel zueinanderverlaufend angeordnet sind.

2. Großflächenheizung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, dazu der Heizkessel aus einem mittels elektrischem Strom betriebenen Wasser- Wärmespeicher ( 3 ) besteht, der über Zuführungsleitungen ( 2', 2'' ) mit dem Vorlauf- und Rücklaufleitungen (lt, i1t> verbunden ist und dessen Speicherwasser von hohem Temperaturniveau über ein von einem temperaturgesteuerten Vorlaufthermostaten ( 10 ) geregeltes Mischventil ( 7 ) dem kalten Rücklaufwasser beizumischen ist

3, Großflächenheizung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e tX daß die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen ( 1', t) von Kanälen gebildet werden, die in einem einzigen Rohr angeordnet R nd.

4. Großflächenheizung nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorlauf und die Rücklaufkanäle ( 1', 1'' ) aus warmfestem Kunststoff bestehen

5. Großflächenheizung nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das die Kanäle ( 1', 1'' ) enthaltende Rohr in der Baukörperschicht des zubeheizenden Raumes in Form einer Spirale verlegt ist.

6. Großflächenheizung nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t, daß der Wärmespeicher aus einem Behälter ( 7 ) besteht, der an seiner den Zuführungsleitungen ( 2', 2'') gegenüberliegenden Seite über Stegleitungen ( 3'', mit ) mit einem ein elektrisches Heizelement ( 4 ) enthaltenden Parallelgefäß ( 5 ) verbunden iste

7. Großflächenheizung nach den Ansprüchen 1 bis 6,d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ih einer oder mehreren mit dem Parallelgefäß ( 5 ) verbundenen Stegleitungen ( 3'', 3tft ) eine von einem Temperaturfühler ( 5'' ) gesteuerte Drosseleinrichtung ( St ) geschaltet ist.

L e e r s e i t e