DE202016001732U1 - Wandelement mit integrierter warmwassergestützter Beheizung als Baustoff für eine Wandflächentemperierung - Google Patents

Abstract

Bauelement (1) zum Bau von Wandheizungen, gekennzeichnet durch eine 12 mm dicke Putzträgerplatte (4), auf der Flächenheizleitungen (7) montiert sind, auf deren Rückseite eine hochglänzende Aluminiumfolie (5) aufgeklebt ist, die auf einer Unterkonstruktion aus Holzlatten (3) auf Wände (1) montiert wird. Die Montage ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Platte (4) und Wand (1) ein Luftspalt (2) in der Stärke der Holzlatten entsteht.

Description

• 1. Bisherige Technik
• Neben den bisherigen Konvektionsheizungstechniken, die dadurch gekennzeichnet sind, dass an Heizkörpern die Raumluft erwärmt wird, die sodann im Raum thermisch zirkuliert, setzen sich seit einigen Jahren auch Wandheizungstechniken durch. Diese sind dadurch gekennzeichnet, dass spezielle Heizleitungen aus Kupfer, Aluminium oder Kunststoff von Hand auf die Innenoberflächen von Außenwänden aus Mauerwerk und anderen Baustoffen verlegt und sodann eingeputzt werden. Die Heizleitungen werden von erwärmtem Wasser durchflossen.
• Das Ziel dieser Technik besteht darin, die Wandoberflächen auf eine gleichmäßige Temperatur von ca. 19°C bis 22°C zu erwärmen, die sodann Wärme durch Wärmestrahlung mit einer Leistung von ca. 380 W/m² emittieren. Mit diesen erwärmten (temperierten) Wänden stehen alle anderen raumbegrenzenden Wände, Decken und Fussböden im Strahlungsaustausch, sodass diese nach kurzer Zeit sich im gleichen Temperaturzustand wie die beheizten Wände befinden.
• Die hier geschilderte Technik geht wegen der warmwassergeführten Heizleitungen mit Heizzentralen einher, bei denen fossile Brennstoffe, also Öl, Erdgas oder Festbrennstoffe wie Stückholz, Holzpellets oder Kohle verfeuert werden. Elektrisch beheizte Wärmebereiter sind eher die Ausnahme.
• Das bisher wenig gut gelöste Problem besteht darin, dass der Wärmeübergang in die beheizte Wand verhältnismäßig groß ist und auch die üblichen Dämmschichten unbefriedigend wirken. Das liegt daran, dass die Dämmschichten sehr rasch das Temperaturniveau der beheizten Flächen erreichen und sodann aus der Grenzschicht Dämmung/Wand weiterhin Wärmeenergie in die Wand verlagert wird als wäre eine Dämmschicht gar nicht vorhanden.
• 2) Problemlösung.
• Die Problemlösung besteht ganz allgemein in der Herstellung und Montage von Wandelementen, die auf der Rückseite reflektierende Beschichtungen haben.
• Das Problem bei Wandheizungen an Außenwänden besteht in dem erhöhten Wärmeeintrag in die Außenwand, der in einzelnen Fällen zu einem erhöhten Wärmedurchgang und damit zu Heizenergieverlusten führen kann. Die hier gezeigte Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass die Platte von der Außenwand thermisch getrennt wird. Der eingeschlossene Luftspalt hat eine sehr gute Dämmwirkung. Die nach außen gerichtete Abstrahlung von Wärmeenergie wird durch eine aufgeklebte hochglänzende Aluminiumfolie um etwa 95% gemindert. Wissenschaftliche Grundlage hierfür sind das Kirchhoff'sche Gesetz und das Strahlungsgesetz von Stefan-Boltzmann. Die hier gezeigte Lösung führt dazu, dass der überwiegende Teil der aufgewendeten Energie sich in den zu beheizenden Raum verlagert, während die nach außen geleitete Wärmeenergie sehr gering ist. Der äquivalente U-Wert dieser Bauweise liegt in der Regel unter 0,200 Wm²/K, also besser, als in der Energieeinsparverordnung gefordert.
• Die Bauweise empfiehlt sich vorzugsweise bei der energetischen Sanierung von Fachwerkhäusern mit außen erhaltungswürdigem Fachwerk und für Gebäude, bei denen aus denkmalpflegerischen Gründen eine Aussendämmung vermieden werden soll.
• Von Bedeutung ist weiterhin, dass dieser Wandaufbau auch im unbeheizten Zustand eine große Dämmwirkung hat.
• Beschreibung der Wandelemente
• 2. Wandelement
• Das Wandelement besteht aus vorzugsweise 12 mm dicken, zementgebundenen Putzträgerplatten (4), auf die gemäß (7) Heizleitungen im Abstand von ca. 200 mm montiert werden. Die Größe der Platten beträgt aus montagetechnischen Gründen ca. 100 × 90 cm. Die Platten können auch raumhoch hergestellt werden. Nach der Leitungsverlegung werden die Platten in üblicher Weise verputzt.
• Die Besonderheit der Platten besteht darin, dass sie auf der Rückseite vollflächig mit einer hochglänzenden Aluminiumfolie (3) beklebt werden. Hierdurch wird die nach außen gerichtete Wärmestrahlung außerordentlich wirkungsvoll gemindert.
• Nach dem Strahlungsgesetz von Stefan-Boltzmann ergibt sich hierbei folgendes:
  Der Emissionskoeffizient (ε) für eine Putzträgerplatte beträgt 0,90. Der Emissionskoeffizient für eine hochglänzende Aluminiumfolie beträgt 0,04. Die Berechnung der unterschiedlichen Strahlungsleistungen wird nachstehend für eine Plattentemperatur von 21°C, also für 294 K (Kelvin) vorgenommen. Die Stefan-Boltzmann-Konstante beträgt 5,671.
• Die Grundformel für die Berechnung der Strahlungsleistung lautet:

  Q = 5,671·ε·(T/100)^4 in [W/m2]

• Hierbei stehen

5,61

ist die Stefan-Boltzmann-Konstante

Q

für Strahlungsleistung in [W/m²]

ε

ist der Emissionskoeffizient

T

ist die absolute Temperatur in [K]

• Für eine „nackte” Putzträgerplatte errechnet sich: Q = 5,671 × 0,90 × (294/100)⁴ = 381 W/m²
• Für die Aluminiumseite errechnet sich: Q = 5,671 × 0,04 × (194/100)⁴ = 17 W/m²
• Es zeigt sich, dass die nach außen gerichtete Strahlungsleistung auf 4% der Strahlungsleistung reduziert wird, die eine „nackte” Putzträgerplatte hätte. Der nach außen gerichtete Strahlungsverlust ist also sehr gering. Die Strahlungsleistung ist somit nach außen kaum und überwiegend in den Raum gerichtet.
• Die Platten werden auf gewöhnlichen Holzlatten (3) aufgeschraubt, die ihrerseits mit handelsüblichen Dübeln und Schrauben im Mauerwerk verankert werden. Die thermische Trennung der Platten von der Wand kann dadurch erreicht werden, dass die Latten über dämmenden Streifen aus Moosgummi mit 5 mm Stärke versetzt werden.
• Der Luftspalt (2) zwischen Platte und Mauerwerk hat eine gute dämmende Wirkung. Zu berücksichtigen ist hierbei, dass der Spalt eine Lufttemperatur annehmen wird, die einen Mittelwert zwischen Plattentemperatur und Wandtemperatur haben wird. Die erwärmte Spaltluft führt zur allmählichen Erwärmung der Wand (1) und damit zu deren Trocknung. Diese Trocknung wird dadurch unterstützt, dass die Aluminiumbeschichtung auch als Dampfsperre wirkt und somit Wasserdampf aus dem Raum, bei dem von einer relativen Luftfeuchte von mindestens 45% auszugehen ist, nicht in die Außenwand eindiffundiert. Nach Forschungsergebnisse von Cammerer in den 60er-Jahren, die später durch das Fraunhoferinstitut für Bauphysik (IBP) bestätigt worden sind, führt die Trocknung einer Wand mit einer Ausgangsfeuchte von 10 Vol.% gegen 0 Vol.% zu einer Halbierung des Wärmedurchgangskoeffizienten, dem sog. „U-Wert” in [W/m²K] und damit zu einer erheblichen Minderung des Wärmedurchgangs im stationären Zustand.
• Die hier gezeigten Wirkungen sind so geartet, dass auch Gebäude, deren Außenwände in Leichtbauweisen, z. B. in Ständerbauweise, Rahmenbauweise und anderen massearmen Konstruktionen errichtet werden, sehr gut mit Wandheizungen ausgerüstet werden können. Bisher waren Wandheizungen auf die Massivbauweisen mit Wandgewichten über 5 KN/m² beschränkt.
• 3) Sonstige konstruktive Hinweise.
• Es empfiehlt sich, einen Streifen von ca. 20 cm Höhe über dem fertigen Fussboden von Heizleitungen freizuhalten, damit hier die üblichen Elektroinstallationen ungehindert verlegt werden können. Sind die Wandheizleitungen verlegt, werden sie in üblicher Weise eingeputzt. Es muss wegen der notwendigen Leitungsüberdeckung der 16 mm dicken Leitungen von 24 mm Putzstärke ausgegangen werden.
• 4) Gewerbliche Verwertung.
• Die Produktion der Bauelemente kann ohne besonderen Investitionsaufwand in Werken der Plattenindustrie durchgeführt werden. Ebenso einfach ist es, nach Verlegeplänen, die bei den Gebäudeplanern erstellt werden, Sonderformate herzustellen. In der Regel erfolgt die Plattenproduktion vollautomatisch und digitalgesteuert. Es kann daher von günstigen Materialkosten ausgegangen werden.
• Die Ausrüstung der Wandplattenelemente mit Heizleitungen kann sowohl industriell als auch handwerklich ausgeführt werden.
• Eine erhebliche Kostenersparnis entsteht durch die sehr einfache Montage der Platten im Bau, die sich nahezu in nichts von der bekannten Montage von Wandbauplatten aus Gips oder Gipskarton unterscheidet.
• Diese Vorteile werden dazu führen, dass sich diese neuartige Heiztechnik sehr rasch am Markt etablieren wird.
• Beabsichtigt ist, eine Kooperation mit den Herstellern von Wandbauplatten herbeizuführen.

Claims (6)

1. Bauelement (1) zum Bau von Wandheizungen, gekennzeichnet durch eine 12 mm dicke Putzträgerplatte (4), auf der Flächenheizleitungen (7) montiert sind, auf deren Rückseite eine hochglänzende Aluminiumfolie (5) aufgeklebt ist, die auf einer Unterkonstruktion aus Holzlatten (3) auf Wände (1) montiert wird. Die Montage ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Platte (4) und Wand (1) ein Luftspalt (2) in der Stärke der Holzlatten entsteht.
2. Bauelemente wie 1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus anderen Plattenmaterialien bestehen, z. B. Holzspanplatten, Platten aus Kunststoffen oder aus Holzwolleleichtbauplatten.
3. Bauelemente wie 1), dadurch gekennzeichnet, dass sie auf anderen Unterkonstruktionen montiert werden, z. B. Kunststoffprofilschienen, Aluminiumschienen, auch mit punktweiser Montage mittels Klettbandtechnik oder mit geeigneten Abstandshaltern unter Verzicht auf eine Unterkonstruktion aus Latten und dergleichen. Hierbei soll die Mindeststärke des Luftspalts vorzugsweise mindestens 15 mm betragen.
4. Bauelemente wie 1), dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Beschichtung aufgedampft wird. Hierbei kann die Bedampfung auch aus Gold hergestellt werden.
5. Bauelement wie 1), bei dem die reflektierende Folie nicht aufgeklebt sondern auf den Latten gespannt und mit Tackertechnik befestigt wird.
6. Bauelement wie 1) jedoch ohne Wandheizleitungen und ohne Verputz, statt dessen gespachtelt und gestrichen oder tapeziert als Innendämmung.

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