DE19750548A1 - Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume mit Datenbus - Google Patents
Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume mit DatenbusInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische, für Innenräume geeignete Widerstandsheizung, die
mindestens eine die raumumschließenden Innenflächen ganz oder teilweise flächenförmig
bedeckende elektrisch leitfähige Heizschicht mit Stromzuführungselektroden aufweist, die
mittels Anschlußleitungen mit einer Schutzkleinspannung führenden Spannungsquelle
verbunden sind.
Elektrisch leitfähige Heizschichten mit eingelagerten metallischen oder leitfähigen Partikeln aus
Kohlenstoff oder Heizfolien mit streifenförmigen Heizleitern sind beispielsweise in der DE
Offenlegungsschrift 20 18 823 sowie der DE Offenlegungsschrift 195 38 686 beschrieben.
Elektrisch leitfähige Heizschichten können besonders kostengünstig durch einen
Verbundwerkstoff dargestellt werden, der die dispersen elektrisch leitfähigen Partikel in Form
von Kohlenstoff, Leitruß oder Graphit, eingebettet in ein aushärtbares Bindemittel enthält. In
Abhängigkeit von der gewählten Verarbeitungstechnologie, den Abmessungen und der
Volumenkonzentration der dispersen Partikel in dem Bindemittel ändert sich der spezifische
elektrische Widerstand in der Heizschicht. Mit der Zunahme der Volumenkonzentration von
beispielsweise leitfähigen Kohlenstoffteilchen vergrößert sich die Leitfähigkeit, aber dabei
vermindert sich die mechanische Festigkeit des Werkstoffes. Der elektrische Widerstand der
Heizschicht ist auf diese Weise nicht beliebig auswählbar und auf die gegebenen Bedingungen
von Innenräumen schwer einstellbar.
Beim Verkleiden von großen und kleinen Innenräumen oder bei Verwendung einer
vorgefertigten, konfektionierten elektrisch leitfähigen Heizschicht, beispielsweise in Form einer
Heiztapete, werden deshalb mehrere Stromzuführungselektroden benötigt, deren
Anschlußleitungen zu einem zentral angeordneten Verteiler geführt werden müssen. Darüber
hinaus müssen die elektrisch leitfähigen Heizschichten aus Gründen der elektrischen Sicherheit
mit Schutzkleinspannung betrieben werden, was einen wesentlich größeren Leitungsquerschnitt
zum Zuführen der elektrischen Energie erforderlich macht. Jede Heizschicht mußte bislang
über separate Anschlußleitungen von einem zentralen Verteiler aus mit Schutzkleinspannung
versorgt werden, was einen großen Installationsaufwand zur Folge hat. Wenn die
Anschlußleitungen unter Putz verlegt werden müssen, sind nachträgliche Änderungen an der
Raumheizung nicht oder nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand und einer
kostenintensiven Nachinstallation möglich.
Die Erfindung bezweckt die Herstellung der elektrischen Widerstandsheizung zu vereinfachen
und die Anschlußkosten durch Verringerung des Schaltungsaufwands zu senken.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine dezentrale Spannungsversorgung gelöst, die für
jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht eine Stromzuführung mit 230 V Wechselstrom
vorsieht, wobei jeder Heizschicht ein Schutzkleinspannung abgebendes Leistungsteil
zugeordnet ist, das sekundärseitig auf der Verbraucherseite mit den Schutzkleinspannung
führenden Anschlußleitungen und primärseitig auf der Versorgungsseite über Energieleitungen
mit einem zentralen Verteiler für 230 Volt verbunden ist. Auf diese Weise kann der
Installationsaufwand erheblich verringert werden. Außerdem kann im Rahmen der Erfindung
das Leistungsteil als Busendgerät mit einem Aktor zum Schalten oder Steuern der Last
ausgebildet werden, wobei auf der Versorgungsseite eine Schnittstelle für einen Busankoppler
vorgesehen ist, der an einen Installationsbus angeschlossen und mit einem Anwendermodul an
der Busleitung verbunden ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Anwendermodul
ein Tastsensor, ein Thermostat, ein Raumtemperaturregler oder ein LCD Display
eingeschlossen ist.
Außerdem ist der Installationsbus über Busankoppler und Anwenderschnittstelle mit einer
seriellen Schnittstelle für einen Computer oder einer Heizungsteuerung verbunden, welche zum
Steuern der Heizung und zum Erfassen und Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume
programmierbar ist. Die Busanwendung bei einer Widerstandsheizung für Innenräume mit einer
elektrisch leitfähigen Heizschicht führt in der Weise zu einer gravierenden Reduzierung der
gesamten elektrischen Anschlußleistung. Die weiteren Vorteile der Erfindung und
Ausgestaltungen ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel und den Zeichnungen, mit deren
Hilfe die Erfindung näher erläutert werden soll.
In den dazugehörenden Zeichnungen zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schaltplan einer elektrischen Widerstandsheizung,
die mit einem Installationsbus verwirklicht ist.
Die elektrische Widerstandsheizung zum Beheizen eines ersten Raumes 1 und eines zweiten
Raumes 2 weist eine elektrisch leitfähige, jeweils eine Innenfläche bedeckende Heizschicht 3
mit den elektrisch leitfähigen Partikeln auf, die vorzugsweise in Höhe der Deckenkante und der
Fußbodenleiste mit parallel verlaufenden Stromzuführungselektroden 4 versehen ist. Von den
Stromzuführungselektroden 4 führen Anschlußleitungen 5 zu einem Leistungsteil 6, das mit
Stromleitungen 7 zum Zuführen der elektrischen Energie mit einem zentralen Verteiler 8
verbunden ist. Die Stromleitungen 7 übertragen 230 V Wechselstrom.
Die Heizschicht 3 ist im Ausführungsbeispiel mit je zwei Stromzuführungselektroden 4
versehen. Die Stromzuführungselektroden 4 können aus einem Kupferband gebildet werden,
das mit einem elektrisch leitfähigen Kleber auf der Oberfläche der elektrisch leitfähigen
Heizschicht 3, zum Beispiel einer Heiztapete, befestigt und mit den Anschlußleitungen 5
kontaktiert wird. Die Anschlußleitungen 5 werden auf kurzem Wege zu dem Leistungsteil 6
gebracht, das sich gegebenenfalls in Höhe einer Steckdose befindet, die desgleichen mit
elektrischer Energie versorgt werden muß. Dadurch benötigt die Widerstandsheizung keine
zusätzlichen Stromleitungen 7. Die Heizschicht 3 wird mit einer ungefährlichen
Schutzkleinspannung betrieben, durch die eine zu hohe Berührungsspannung vermieden
werden kann. Als Stromquelle für die Schutzkleinspannung kann ein Sicherheitstransformator
9 mit einer besonderen Isolation zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung mit
größeren Kriechstromstrecken und höherer Durchschlagfestigkeit zum Einsatz gebracht
werden, der kurzschlußfest ist oder durch eine angepaßte Schutzeinrichtung beziehungsweise
eine Gerätesicherung auf der Primärseite gesichert werden kann.
Die Widerstandsheizung weist ferner, neben der konventionellen Elektroinstallation mit den
Stromleitungen 7 für 230 V Wechselstrom, ein zusätzliches Leitungssystem zur
Datenübertragung auf, das im nachfolgenden als Installationsbus 11 bezeichnet werden soll.
Hierzu gehört ein Anwendermodul, das ein Tastsensor 14, ein Thermostat 15, ein
Raumtemperaturregler 16 für das Erfassen der Temperatur in dem zu beheizenden Raum oder
ein LCD-Display 17 sein kann, auf dem der augenblickliche Zustand der Heizeinrichtung
angezeigt wird. Der Busankoppler 13 ist gewöhnlich als Unterputzgerät ausgebildet und mit
Schraubbefestigung in einer entsprechenden Unterputzdose montierbar. Mit dem Busankoppler
13 wird die physikalische Adresse programmiert. Die mit einem Installationsbus 11 aufgebaute
Schaltung kann nachträglich ohne weiteres geändert werden, so daß eine spätere Modifikation
der Raumheizung ohne großen Aufwand möglich ist.
Bei Betätigung des Tastsensors 14 sendet das Anwendermodul ein längeres Datentelegramm
auf den Installationsbus 11, das unter anderem Informationen über die Quelladresse und die
Zieladresse mit den Schaltinformationen enthält. Die Anwendermodule und die Sensoren sind
so codiert, daß durch Verwendung von gleichen oder unterschiedlichen Gruppenadressen
sowohl einzelne Heizschichten 3 selektiv oder mehrere Heizschichten 3 gemeinsam angesteuert
und in Betrieb genommen werden.
Im Gegensatz zu einer konventionellen Steuerung über vieladrige oder mehrere
Steuerleitungen reicht beim Installationsbus 11 für die digitale Datenübertragung eine
zweiadrige verdrillte und abgeschirmte MSR-Leitung aus. Der Installationsbus 11 kann
parallel zu der vorhandenen Elektroinstallation in verschiedene Räume einer zu beheizenden
Wohnung oder eines Gebäudes verlegt werden. An jeder beliebigen Stelle können die
Busendgeräte oder die Aktoren parallel an den Installationsbus 11 angeschlossen werden.
Desgleichen kann an einer beliebigen Anwenderschnittstelle mit einem Busankoppler 13 eine
serielle Schnittstelle für einen Computer 18 vorgesehen werden, der zum Erfassen und
Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume programmierbar ist.
Die elektrische Beheizung von Innenräumen in Wohnungen und Gebäuden mit leitfähigen
Heizschichten 3 kann auf diese Weise bei einem geringen Installationsaufwand kostengünstig
und bei hoher Wirtschaftlichkeit unter Ausnutzung der Vorteile von Strahlungswärme
vorgenommen werden. Mit einer an den Installationsbus 11 angeschlossenen
Heizungssteuerung kann die Wärmeerzeugung optimiert werden. Eine dezentrale
raumbezogene Heizungssteuerung kann für eine individuelle Wärme in jedem Raum Sorge
tragen. Thermostaten oder Temperaturfühler können die Einhaltung der vorgewählten
Raumtemperatur überwachen. Über Zeitsignale, die über den Installationsbus 11 eingespeist
werden, kann die Temperatursteuerung auch zeitabhängig oder in Form eines Zeit-
Temperatur-Profils 19 für bestimmte Räume vorgenommen werden. Der beim Einsatz der
Bustechnik reduzierte Aufwand, insbesondere der Installationsaufwand bei den
Schutzkleinspannung führenden Anschlußleitungen 5, die einen großen Leiterquerschnitt
aufweisen müssen, führt gegenüber einer herkömmlichen Installation zu wesentlich niedrigeren
Investitionskosten und zu einer Einsparung von Kupfer von mehr als 30%. Die Busanwendung
ermöglicht zusammen mit der Anwendung von Stahlungswärme eine erhebliche Reduzierung
der gesamten elektrischen Anschlußleistung und gewährleistet einen optimalen Einsatz von
Energie.
Claims (8)
1. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume, die mindestens eine die
raumumschließenden Innenflächen ganz oder teilweise flächenförmig bedeckende elektrisch
leitfähige Heizschicht mit Stromzuführungselektroden aufweist, die durch
Anschlußleitungen mit einer, Schutzkleinspannung führenden Spannungsquelle verbunden
sind, gekennzeichnet durch eine dezentrale Spannungsversorgung mit 230 V Wechselstrom,
die für jede einzelne elektrisch leitfähige Heizschicht (3) eine Stromleitung (7) mit 230 V
Wechselstrom vorsieht, wobei jeder Heizschicht (3) ein Schutzkleinspannung erzeugendes
Leistungsteil (6) zugeordnet ist, das sekundärseitig auf der Verbraucherseite mit den
Schutzkleinspannung führenden Anschlußleitungen (5) und primärseitig auf der
Versorgungsseite über die Stromleitungen (7) mit einem zentralen Verteiler (8) für 230 Volt
verbunden ist.
2. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Leistungsteil (6) einen kurzschlußfesten oder durch angepaßte
Sicherheitsmaßnahmen gesicherten Sicherheitstransformator (9) aufweist.
3. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach Anspruch 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sicherheitstransformator (9) und/oder das Leistungsteil (6) unter
Putz angeordnet sind.
4. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sicherheitstransformator (9) und das Leistungsteil (6) in
Unterputzdosen eingebaut sind.
5. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach Anspruch 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Leistungsteil (6) schaltbar ausgebildet ist.
6. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsteil (6) als Busendgerät mit einem Schalt-
Aktor (12) zum Schalten oder einem Aktor zum Steuern der Last ausgebildet und auf der
Versorgungsseite mit einer Schnittstelle für einen Busankoppler (13) ausgerüstet sowie mit
diesem an einen Installationsbus (11) angeschlossen und mit einem Anwendermodul am
Installationsbus (11) verbunden ist.
7. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anwendermodul ein Tastsensor (14), ein
Thermostat (15), ein Raumtemperaturregler (16), ein LCD-Display (17) oder ein Zeit-
Temperatur-Profil (19) aufweist.
8. Elektrische Widerstandsheizung für Innenräume nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, das der Installationsbus (11) über eine Anwenderschnittstelle
und eine serielle Schnittstelle mit einem Computer (18) verbunden ist, welcher zum Erfassen
und Auswerten der Daten beim Beheizen der Räume (1, 2) programmierbar ist.
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