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Die Erfindung betrifft ein Heizsystem zum Verhindern und/oder Beseitigen von Schimmelbildung an Innenwandflächen von Gebäuden mit mindestens einer eine flächige, flexible Heizschicht aufweisenden Flächenheizvorrichtung und einer Steuereinrichtung.
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Die Problematik der Schimmelbildung durch Feuchtigkeit an Gebäudeaußenwänden hat insbesondere im Zuge von Energieeinsparmaßnahmen in den letzten Jahren zugenommen. So werden Bestandsgebäude bei einer Sanierung beispielsweise durch den Einbau neuer Fenster zunehmend abgedichtet, häufig ohne zugleich eine ausreichende Belüftung zu gewährleisten. Dies sorgt für erhöhte Feuchtigkeit in der Raumluft, die sich an Wänden, Decken oder Fußböden niederschlagen kann. Vor allem an der Innenseite von Gebäudeaußenwänden und/oder im Bereich von Wärmebrücken geschieht dies bevorzugt, da hier meist niedrigere Wandtemperaturen als an Innenwänden vorliegen. Gesundheitsschädliche Schimmelbildung an den feuchten Stellen ist oft die Folge.
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Für die Schimmelsanierung werden häufig sekundäre Maßnahmen wie Anti-Schimmel-Farben oder Kalziumsilikat-Platten eingesetzt. Diese beseitigen jedoch nicht die Ursache des Problems und wirken daher meist nicht langfristig. Bildet sich Schimmel im Bereich der Außenwände, können diese von außen gedämmt werden, um die Wandtemperatur auf einem weniger niedrigen Niveau zu halten. Diese Maßnahme ist allerdings sehr aufwändig und kostenintensiv.
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Daher sind aus dem Stand der Technik bauphysikalische Lösungen bekannt, welche die Schimmelbildung lokal an kritischen Stellen verhindern. So gibt die D 37 07 002 C1 ein Verfahren zur Verhinderung von Tauwasserabscheidungen auf kondensationsgefährdeten Innenoberflächen an Außenbauteilen von Gebäuden, insbesondere im Bereich von Ecken und Wärmebrücken an. Auf die kondensationsgefährdeten Innenoberflächenbereiche wird ein elektrischer Flächenheizleiter aufgebracht, welcher zumindest dann eingeschaltet wird, wenn die Temperatur der Innenoberfläche auf unter 12°C abfällt und die Luftfeuchtigkeit 35% oder mehr beträgt. Die Ein- und Ausschaltung ist dabei automatisch überwachbar, so dass sie mit elektronischen Mess- und Schaltgeräten erfolgen kann.
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In der
DE 299 22 901 U1 ist eine Vorrichtung zum Beseitigen und/oder Verhindern von Feuchtigkeit an Wänden und/oder Decken, insbesondere an der Innenseite von Außenwänden von Gebäuden genannt. Hierbei weist eine Heizfolie mit elektrischen Leiterbahnen Perforationen o. ä. zwischen den Leiterbahnen auf, durch welche Wasserdampf durch die Heizfolie hindurch und durch die Wand nach außen diffundieren kann. In einer Variante ist ein elektrischer Anschluss für eine Kleinspannung von beispielsweise 24 Volt vorgesehen. Zudem kann die Vorrichtung wenigstens einen Temperaturfühler und eine Steuerung zum Einschalten der Heizfolie bei einem Mindestwert der Temperatur aufweisen. Beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur ist sie wieder ausschaltbar. Die Heizfolie mit Leiterbahnen kann zu ungleichmäßigen Temperaturverteilungen führen, insbesondere bei Beschädigungen, oder eine ungenügende Diffusion ergeben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässig und mit hoher Effizienz arbeitendes Heizsystem zur Verhinderung und/oder Beseitigung von Schimmelbildung aufgrund von Feuchtigkeit an Innenwandflächen von Gebäuden bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die flächige Heizschicht elektrisch leitende Fasern in einer diffusionsoffenen, flexiblen Trägerschicht aufweist und zwischen zwei seitlichen, metallisch leitenden Elektroden stromführend angeordnet ist. Die elektrisch leitenden Fasern können dabei chaotisch, auch als Kurzschnittfasern, oder in einer Art Fasergewirk, wie einer Gewebestruktur, Flechtwerk oder Kräuselstruktur, angeordnet sein. Eine solche Ausgestaltung bietet den Vorteil einer sehr gleichmäßigen Temperaturverteilung und, in Verbindung mit einer geeigneten Trägerschicht, Durchlässigkeit für Diffusionsvorgänge. Auch bei, flächenmäßig begrenzten, Beschädigungen der Heizschicht, beispielsweise durch Bohrungen, leidet die Funktion der Flächenheizvorrichtung nicht. Durch die diffusionsoffene Trägerschicht kann die Feuchtigkeit von der Wand entweichen und abtransportiert werden. Die hohe Flexibilität der Trägerschicht ergibt eine genaue Anpassung an Unebenheiten an der Innenwandfläche. Bei hoher Flexibilität und entsprechender Ausführung der Heizschicht ist auch eine Installation über die Eckkrümmung hinweg möglich, wobei ein entsprechender Krümmungsradius der Heizschicht zu beachten ist. Die beiden seitlichen, metallisch leitenden Elektroden gewährleisten eine gleichmäßige Spannungsversorgung der gesamten Heizschicht, was ebenfalls zu einer konstanten Temperaturverteilung beiträgt.
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Wenn die Trägerschicht durch eine Gewirkstruktur, Perforationen und/oder Lochungen diffusionsoffen ausgebildet ist, können diverse Materialien in unterschiedlichen Verarbeitungsformen zum Einsatz kommen, ohne dass die Trägerschicht als solche bereits diffusionsoffen sein muss. Beispielsweise kann eine kompakte PET-Folie, u. U. mit Füllstoffen, als Trägerschicht dienen, in welche die leitenden Fasern eingebracht sind.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die Trägerschicht als Gewirk, wie eine Gewebestruktur, Flechtwerk oder Kräuselstruktur, aus isolierendem Fadenmaterial ausgebildet. Denkbar ist beispielsweise PET-basiertes Fadenmaterial, oder andere Kunstfasern oder ein Gemisch aus unterschiedlichen Fasertypen. Die elektrisch leitenden Faser sind vorzugsweise in das Gewirk zusätzlich zu dem isolierenden Fadenmaterial mit eingearbeitet. Auf diese Weise kann die flächige Heizschicht als solche bereits in ihrer Mikrostruktur diffusionsoffen ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Diffusionsoffenheit können zudem Perforationen o. ä. eingebracht werden.
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Besonders günstige Eigenschaften, z. B. hinsichtlich Gewicht und Verarbeitung sowie Funktion, ergeben sich, wenn die elektrisch leitenden Fasern Carbonfasern sind.
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Vorteilhaft für die Temperaturerzeugung mittels der Flächenheizvorrichtung ist es, wenn die flächige Heizschicht einen Flächenwiderstand zwischen 1 und 2000 Ω/m2 aufweist. So wirkt die Flächenheizvorrichtung als Widerstandsheizung unter Erzeugung von Stromwärme.
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Ferner sind vorzugsweise die Elektroden aus einem elektrisch hochleitfähigen Metall, insbesondere Kupfer, ausgebildet. Auf diese Weise tritt über die Länge der Elektroden praktisch kein Spannungsabfall auf und die zwischen den Elektroden liegende flächige Heizschicht wird auf ihrer gesamten Länge mit einer gleichen Spannung versorgt. Dies wiederum trägt zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über die Heizschicht, in Bereichen zwischen den Elektroden bei.
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Besonders gute Verarbeitungseigenschaften für die Installation der Flächenheizvorrichtung ergeben sich, wenn die flächige Heizschicht eine Dicke von höchstens zwei Millimetern, bevorzugt von höchstens einem Millimeter, besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6 mm aufweist und/oder ein Gewicht von weniger als 200 g/m2 aufweist und/oder eine spezifische Heizleistung zwischen 40 und 400 Watt/m2 erbringt und/oder vlieskaschiert ist. Durch die geringe Dicke ist die Flächenheizvorrichtung unter einer Wandverkleidung wie beispielsweise einer Tapete (eingespachtelt, geklebt und überspachtelt) anbringbar und kann überputzt, überstrichen oder auch überfliest werden. Bevorzugt werden dabei möglichst diffusionsoffene Materialien verwendet. Die Vlieskaschierung oder auch Gewebekaschierung verbessert dabei die Hafteigenschaften einer aufgebrachten Wandverkleidung. Durch unterschiedliche spezifische Heizleistungen kann die Flächenheizvorrichtung auf unterschiedliche Anforderungen abgestimmt werden.
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Für eine lange Haltbarkeit des Heizsystems ist es vorteilhaft, wenn die Flächenheizvorrichtung von der Steuereinrichtung unter Einbeziehung einer Mindestabschaltdauer gesteuert wird. Dies bedeutet, dass die Flächenheizvorrichtung nach einem Abschaltvorgang innerhalb der definierten Mindestabschaltdauer nicht mehr eingeschaltet wird, wobei die Mindestabschaltdauer flexibel definierbar sein kann. Sie liegt bevorzugt zwischen 500 und 3600 s, besonders bevorzugt zwischen 800 und 1200 s, kann aber auch einen anderen Wert aufweisen. So erlaubt sie z. B. die Begrenzung auf eine gewisse Anzahl von Einschaltvorgängen pro Tag. Auf diese Weise verhindert die Mindestabschaltdauer ein übermäßig häufiges Ein- und Ausschalten der Flächenheizvorrichtung, was sich verlängernd auf die Lebensdauer des Heizsystems auswirkt. Denn einige Schaltkomponenten wie etwa Relais sind auf eine gewisse Anzahl von Schaltzyklen ausgelegt. In diesem Zusammenhang ist auch eine Mindesteinschaltdauer denkbar, welche nach Einschalten eine gewisse Heizdauer gewährleistet. Diese kann beispielsweise nach Kenntnis einer Wandtrocknungszeit geeignet eingestellt werden.
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In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Heizsystems ist es vorgesehen, dass die Flächenheizvorrichtung von der Steuereinrichtung mittels eines, der Steuereinrichtung zugeordneten, Temperaturreglers in Abhängigkeit einer über einen Temperatursensor gemessenen und dem Temperaturregler zugeführten Wandtemperatur gesteuert bzw. geregelt wird. Der Temperatursensor ist dabei beispielsweise ein Widerstandssensor, aber auch ein Thermoelement oder ein anderer Sensor ist denkbar. Dieser misst die Temperatur bevorzugt an der Innenwandoberfläche bzw. innerhalb der Wand, z. B. in einer Tiefe von ca. 5 mm, unter oder in der Nähe der Flächenheizung, um eine relevante Wandtemperatur zu erhalten, welche an den Temperaturregler übertragen wird. Bei Unterschreiten eines unteren Schwellwerts wird die Flächenheizvorrichtung eingeschaltet, sofern, bei Einbeziehung der Mindestabschaltdauer, der Zeitpunkt nicht innerhalb der Mindestabschaltdauer liegt. Dabei kann der Schwellwert manuell vorgegeben werden, etwa in Kenntnis einer ungefähren Taupunkttemperatur, oder z. B. in Abhängigkeit einer, unter Einbeziehung einer aktuellen (insbesondere mittels eines gesonderten Feuchtesensors gemessenen) Luftfeuchtigkeit, ermittelten Taupunkttemperatur, oder einer Wandfeuchte. Diese Maßnahme erlaubt eine energieoptimierte Anwendung des erfindungsgemäßen Systems bzw. des damit durchgeführten Verfahrens, da die Heizvorrichtung nur bei Bedarf eingeschaltet wird.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Flächenheizvorrichtung unter Einbeziehung einer auf Basis der Wandtemperatur oder einer Taupunkttemperatur vorgegebenen Temperaturhysterese gesteuert wird. Denkbar ist auch die Einbeziehung der Taupunkttemperatur, die sich aus der relativen Luftfeuchte und der Raumtemperatur errechnen lässt. So kann auf Basis der Temperaturhysterese auch die Abschaltung der Flächenheizvorrichtung energieoptimiert bei Erreichen eines bestimmten oberen Schwellwertes der Temperatur erfolgen. Aufgrund der Hysterese liegt dieser obere Schwellwert oberhalb des unteren Schwellwerts, sodass gewährleistet ist, dass die Wand über z. B. mehrere Kelvin aufgewärmt wird und an der Oberfläche Kondensatbildung verhindert wird. Um, falls erforderlich, die Trocknung weiter zu verbessern, wäre beispielsweise eine Einbeziehung der Mindesteinschaltdauer in der Weise denkbar, dass der obere Schwellwert über die Zeitdauer der Mindesteinschaltdauer überschritten wird, bevor die Abschaltung erfolgt.
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Für einen flexiblen Einsatz des erfindungsgemäßen Heizsystems ist es zweckmäßig, wenn bei Vorhandensein mehrerer Flächenheizvorrichtungen diese individuell bzw. separat dezentral oder zentral oder aber abhängig voneinander oder gemeinsam (und dabei auch zentral oder dezentral) steuerbar sind. Dies erlaubt eine bedarfsangepasste Installation. Wenn lediglich eine Steuereinrichtung mit einer Spannungsversorgung vorhanden ist, sind an diese die mehreren Flächenheizvorrichtungen parallel angeschlossen. Dabei können sie über einen elektrischen Schalter, beispielsweise ein Relais, gemeinsam zentral geschaltet werden. Es ist bei Vorhandensein von lediglich einer Spannungsversorgung jedoch auch denkbar, dass die Steuereinrichtung mehrere elektrische Schalter aufweist, sowie ggf. mehrere Regler (zur Einbeziehung unterschiedlicher Temperaturregelungen, Mindestabschaltdauer etc.), sodass mit einer Steuereinrichtung eine separate Regelung bzw. Ein-/Ausschaltung einzelner Flächenheizvorrichtungen möglich ist. Dabei kann ein separater Anschlusskasten z. B. unter Putz angebracht werden. Auch mehrere Transformatoren können verwendet werden. Denkbar ist ferner, dass die Steuereinrichtung zumindest teilweise in den zentralen Schalt- oder Sicherungskasten einer Wohneinheit integriert ist, falls in diesem ein entsprechender Einbauraum vorgesehen ist. Auch hierbei ist es jedoch von Vorteil oder ggf. notwendig, dass eine separate Zugänglichkeit, die eventuell nur berechtigten Personen vorbehalten ist, vorgesehen ist.
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Von Vorteil ist es, wenn die Steuereinrichtung einen eigens zugeordneten Stromzähler für die separate Erfassung des Stromverbrauchs des Heizsystems aufweist, was eine Trennung von dem übrigen Stromverbrauch des Hauses bzw. der Wohnung ermöglicht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in einem Mietverhältnis die Stromkosten des Heizsystems separat von dem Vermieter beglichen werden. Denkbar wäre auch eine Berücksichtigung des Stromverbrauchs etwa bei einer Mindestabschaltdauer oder durch sonstige Regelparameter, welche bei einem übermäßig hohen Stromverbrauch des Heizsystems auf einen reduzierten Energieverbrauch abgestimmt werden könnten.
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Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es sinnvoll, wenn zur Energieversorgung der Flächenheizvorrichtung eine Spannungsversorgungseinheit für eine Kleinspannung von höchstens 48 V, vorzugsweise höchstens 36 V, insbesondere 24 V, vorhanden ist. Dies ist auch für eine Installation der Flächenheizvorrichtung in einem Nassbereich von Vorteil, wie etwa in einem Badezimmer.
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Für eine unkomplizierte Spannungsversorgung ist es dabei von Vorteil, wenn die Kleinspannung über einen an die Netzspannung angeschlossenen Transformator der Steuereinrichtung bereitstellbar ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Transformator ein Ringkerntrafo ist, da dieser gut Energiespareigenschaften aufweist.
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Um übermäßige Belastungen durch hohe Ströme zu vermeiden, weist die Steuereinrichtung vorzugsweise einen (primärseitigen) vor dem Transformator angeordneten Einschaltstromvermeider auf, welcher insbesondere ein Trafoschaltrelais (TSRL) ist. Auch ein sekundär angeordneter Einschaltstromvermeider ist denkbar.
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Eine kompakte Anordnung der Steuereinrichtung wird dadurch erhalten, dass die Steuereinrichtung zumindest teilweise in einem insbesondere abschließbaren Gehäuse angeordnet ist, welches insbesondere auch den separaten Stromzähler beinhaltet. Ist das Gehäuse abschließbar, können so z. B. Manipulationen unberechtigter Personen unterbunden werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Heizsystem, bei dem zwei Flächenheizvorrichtungen im Bereich einer durch zwei Wände gebildeten Ecke angeordnet sind, in schematischer Darstellung und
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2 ein Gehäuse mit Komponenten einer Steuereinrichtung des Heizsystems.
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1 zeigt zwei Innenwandflächen 31, 32 eines Raumes 30, welche in einer Ecke zusammenlaufen. Im Eckbereich, im unteren Bereich der Wände in Fußbodennähe, sind zwei Flächenheizvorrichtungen 10 eines Heizsystems 1 derart flächig an die Innenwandflächen 31, 32 angebracht, dass sie über ihre Flächen Bereiche beider Innenwandflächen abdeckt und dabei praktisch vollständig in Kontakt zu den von ihnen abgedeckten Bereichen der Innenwandflächen 31, 32 stehen. Dabei grenzen sie an die Ecke an, ohne sich gegenseitig zu berühren. Die Flächenheizvorrichtungen 10 weisen je eine Heizschicht 11 auf. Die Heizschichten 11 sind perforiert ausgeführt und bestehen aus je einer PET-Folie mit Carbonfasern sowie Füllstoffen. Die Heizschichten 11 sind vlieskaschiert oder gewebekaschiert und weisen eine Dicke von 0,5 mm bei einem Gewicht von 100 g/m2 auf. An zwei voneinander beabstandeten Randbereichen der Heizschichten 11, welche jeweils entlang der am nächsten der Ecke liegenden Seite bzw. der dieser gegenüberliegenden Seite verlaufen, sind jeweils über die gesamte Länge des Randbereiches eine Elektrode 12, 13 angeordnet. Die Elektroden 12, 13 bestehen in dem vorliegenden Beispiel aus Kupfer. In vorliegendem Beispiel ist die linke der beiden Flächenheizvorrichtungen 10 in ihrem Anschluss an eine Steuereinrichtung 20 dargestellt. Hierbei sind die Elektroden 12, 13 über eine Verkabelung 14 mit mehreren Leitern, von welchen jeweils einer an eine der Elektroden 12, 13 angeschlossen ist, mit der in einem Gehäuse 28 befindlichen Steuereinrichtung 20 verbunden. Unter der linken Flächenheizvorrichtung 10 ist ein Temperatursensor 22 dargestellt, der mit einem Temperaturmesselement ca. 5 mm in die Wand eingelassen ist, um dort die Wandtemperatur zu messen. Der Temperatursensor 22 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 20 verbunden. Bei dem Heizsystem 1 wird auch die rechte Flächenheizvorrichtung 10 entsprechend an die Steuereinrichtung 20 angeschlossen.
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In 2 ist die Steuereinrichtung 20 des Heizsystems 1 schematisch dargestellt. Die Figur zeigt wesentliche Komponenten für die Steuerung der Flächenheizvorrichtung 10, wobei zusätzliche (nicht dargestellte) Komponenten vorhanden sein können. Die Verkabelung ist nicht gezeigt.
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Die Steuereinrichtung 20 ist z. B. in einem eigenen Gehäuse 28 angeordnet. Sie weist einen Transformator 25 in Ausführung eines Ringkerntrafos auf, welcher primär an die 230 V Netzspannung angeschlossen ist und sekundär eine Wechselspannung (50–60 Hz) von 24 V bereitstellt. Der Transformator 25 dient zur Spannungsversorgung der installierten Flächenheizvorrichtung 10. Dem Transformator 25 netzseitig vorgeschaltet ist ein Einschaltstromvermeider 26 (Trafoschaltrelais TSRL). Ferner weist die Steuereinrichtung 20 einen Temperaturregler 21 auf, welcher mit dem Temperatursensor 22 verbunden ist. Der Temperatursensor 22 übermittelt die aktuell gemessene Wandtemperatur an den Temperaturregler 21, welcher sie mit einem unteren Schwellwert, der im Bereich von 12–20°C liegt, vergleicht Bei Unterschreitung dieses Schwellwertes gibt der Temperaturregler 21 ein Signal aus, wodurch über einen der elektrischen Schalter 27 die Flächenheizvorrichtung 10 eingeschaltet wird. Da mehrere elektrische Schalter 27 vorgesehen sind, könnten mehrere Flächenheizvorrichtungen 10 separat eingeschaltet werden. Aufgrund einer eingestellten Hysterese vergleicht der Temperaturregler nun die übermittelte Wandtemperatur mit einem oberen Schwellwert, in vorliegendem Beispiel 23°C. Bei Überschreitung des oberen Schwellwertes gibt der Temperaturregler erneut ein Signal aus, aufgrund dessen die Flächenheizvorrichtung 10 ausgeschaltet wird. Die elektrischen Schalter 27 sind derart voreingestellt, dass die Flächenheizvorrichtung 10 nach dem letzten Ausschaltvorgang für eine eingestellte Mindestabschaltdauer von z. B. 999 s nicht mehr eingeschaltet wird, selbst wenn die Wandtemperatur innerhalb dieses Zeitraums den unteren Schwellwert unterschreitet. Der gesamte Stromverbrauch der angeschlossenen Flächenheizvorrichtung wird durch einen Stromzähler 23 erfasst. Ist die Mindestabschaltdauer abgelaufen, schaltet die Steuereinrichtung 20 die Flächenheizvorrichtung 10 wieder ein, wenn die Wandtemperatur den unteren Schwellwert unterschreitet.
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Das beschriebene Heizsystem 1 ermöglicht aufgrund seiner erfindungsgemäß ausgestalteten Flächenheizvorrichtung 10 sowie der steuerungstechnischen Maßnahmen eine zuverlässige und effiziente Möglichkeit, Schimmelbildung durch Feuchtigkeit an Gebäudeinnenwänden bauphysikalisch zu unterbinden. Dabei ist insbesondere auch die Kombination mit der eingangs beschriebenen Heizschicht 11 von wesentlichem Vorteil.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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