DE2431940C2 - Dach- oder Wandelement zur Heizung und/oder Kühlung von Innenräumen - Google Patents

Description

von der ersten Leitungsgruppe in die zweite fördert und deren Fördervolumen pro Halbzyklus mindestens dem Hohlvolumen der Leitungsabschnitte entspricht.

Schleife oder einer Wendel in der Fördereinrichtung 25 ment mit einem Latentwärmespeicher, (6,47) münden, die das Flüssigkeitsvolumen zyklisch F i g. 6a, 6b und 6c ein Dachelement um Latentwär

mespeicher und drei Leitungsystemen in perspektivischer Teilansicht,

F i g. 7a, 7b, 7c, 7d und 7e in perspektivischen Teilansichten eine Ausfuhrungsform eines Dachelementes mit Wärmeübertragungssystemen und zwei Latentspeichermassen mit unterschiedlichen Kristallisierungstemperaturen, und in einem Übertragungssystem.

In F i g. 1 ist ein Dachelement dargestellt, bei dem die beiden Begrenzungsflächen als Dachfläche 1 und als in den Raum weisende Deckenfläche 2 ausgebildet sind. Die Dachfläche 1 und die Deckenfläche 2 sind mit Lei-

Die Erfindung betrifft ein Dach- oder Wandelement entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie es aus der DE-AS 22 45 153 bekannt ist.

Es sind an sich Wärmerohre bekannt, in denen ein Sattdampf-Wärmeträger Wärme von einer Wärmequeltungcn 3 wärmeleitend verbunden. Jede dieser Leitungen 3 ist in einem Abschnitt mit der Dachfläche und in

Ie zu einer Wärmesenke fördert, wo Kondensation statt- 40 einem jeweils darauf folgenden Abschnitt mit der Dekfindet. kenfläche verbunden. Die Leitungen 3, 3', 9 können

Bei dem Dach- oder Wandelement gemäß der DE-Ab durch zwei Plastikplattenkörper gebildet werden, wel-22 45 153 sind die Kanäle mit einer saugfähigen Schicht, ehe miteinander dicht verbunden sind und von denen einem Docht, ausgekleidet und wirken als eine Art War- einer so profiliert ist, daß er jeweils drei Seiten jeder merohr. In ihnen ist Sattdampf und eine geringe Menge 45 Leitung bildet, wogegen die vierte Seite durch die Platte Kondensat enthalten. Ebenso ist bei diesem bekannten
Element in den Leitungsabschnitten der Dachhaut Sattdampf eingefüllt.

Der Wärmestrom errechnet sich bei solchen Systemen aus der Fließgeschwindigkeit des Massenstromes, 50
der spezifischen Wärme und dem Temperaturgefälle.
Proportional mit der Fließgeschwindigkeit steigt der
Wärmestrom, während die hydraulische Umwälzleistung mit der dritten Potenz der Fließgeschwindigkeit
des Wärmeträgers zunimmt. Solche Systeme sind nicht 55 der eine latente Wärme speichernde Masse enthält. Diegeeignet, wenn der Wärmetransport bei geringen Tem- ser Latentwärmespeicher nimmt die Überschußwärme peraturunterschieden erfolgen soll. des unter ihm liegenden Raumes auf bei einer Tempera-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den tür von ca. 17°C. Die Leitungen 3, 3', 9 stehen mit die-Wärmetausch zwischen den großflächigen Elementen sem Wärmespeicher in wärmeleitendem Kontakt. Der des Dächelementes und der Zimmerdeekenfläehe oder bo Zwischenraum zwischen dem Wärmespeicher 7 und der

12 gebildet wird. Die Leitungen sind in Reihe geschaltet, so daß sie eine geschlossene Leitung bilden. Die beiden Enden 4 und 5 diese* Leitung kommunizieren mit einer oszillierenden Membranpumpe 6, deren Verdrängervolumen so bemessen ist, daß je Verdrängerhub das Volumen von einem an der Dachfläche oder Deckenfläche anliegenden waagerechten Leitungsabschnitt in den anderen Leitungsabschnitt gefördert wird. An der Dekkenfläche 2 ist ein Latentwärmespeicher 7 angeordnet,

des Wandclcments und der Innenwandfliichc zyklisch durch flüssige Wämieträgerströme durchzuführen, wodurch die wärmetauschenden Flächen auf jeder Seite in allen Bereichen wahrend des Betriebes annähernd gleiche Tenipcraiursprünge aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs in Zusammenhang mit den Merkmalen seines Oberbegriffs gelöst.

Dachfläche I ist durch einen Isolierkörper 8 ausgefüllt. Durch Inbetriebnahme der Membranpumpe 6, die durch einen mit der Dachfläche 1 in wärmeleitendem Kontakt stehenden Thermostaten 13 gesteuert werden kann, UiBt sich die Wärme in der gewünschten Richtung transportieren, während durch Abschalung der Pumpe der Wärmetransport unterbunden wird.

F i g. 3 zeigt eine Membran-Pumpe, die mit Preßluft

oder Dampf getrieben wird. In dem aus zwei Kammern bestehenden Gehäuse 31 befindet sich in jeder Kammer ein einseitig geschlossener Balg 32 und 33, die jeweils mit den Gehäusedeckeln 34 bzw. 35 verbunden sind. In den Gehäusedeckeln befinden sich die Anschlüsse 36 bzw. 37 für den flüssigen Wärmeträger, der oszillierend gefördert werden soil. Der Balg 33 nimmt bei jedem Hub einen Steuerkolben 38 mit, der abwechselnd den Weg für das zu- und abzuführende Antriebsgas freigibt, so daß, wenn der eine Balg zusammengedrückt wird, der andere expandieren kann. Die Federn 39 und 39' sollen ein Kippen des Balges 33 verhindern.

F i g. 4 zeigt ein Dachelement mit einem Leitungssystem bei welchem die Dachfläche 4t und die Zimmerdeckenfläche 42 durch eine Leitung 43 miteinander in Wärmekontakt treten. Zwischen den Begrenzungsflächen befindet sich ein Isolierkörper, der zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Die vertikal verlaufenden Abschnitte 44 der Leitungen bestehen aus schlecht wärmeleitendem Material. Das Ende 45 der Leitung ist mit ihrem Anfang 46 über eine Pumpe 47 verbunden, die über einem Raumthermostaten 48a und einen Dachthermostaten 486 gesteuert werden kann. Sobald eine Temperaturerhöhung im Gebäudeinneren stattfinden soll und der Dachthermostat 4Sb, der oberhalb der Raumtemperatur schließt, geschlossen ist, schaltet die Pumpe automatisch ein, womit über den Wärmeträgerkreislauf und die Leitungen 43,44,49 die Zimmerdecke 42 erwärmt wird. Die Zimmerdecke ist vorzugsweise starkwandig ausgebildet, damit sie eine hinreichende Wärmekapazität hat.

Anstelle der Zimmerdecke 42 können auch Zimmerwände oder Fußböden treten. Durch eine zweite Garnitur von Thermostaten 48cund 48c/kann die Anlage auch gleichzeitig zum Kühlen der Räume Verwendung finden. Die Thermostaten werden dann so geschaltet, daß die Pumpe 47 in Betrieb ist, wenn die wärmespeichernde Zimmerdecke 42 (Decke, Wand, Fußboden oder Speicherbehälter) eine Temperatur hat, die oberhalb der Ratimtempe: nur liegt und der Thermostat 48c/ eine Temperatur hat, die unterhalb der Raumtemperatur liegt. Auch kann an die Stelle der stetig fördernden Pumpe 47 eine oszillierend fördernde Pumpe treten.

Fig.5 zeigt eine andere Anordnung der Leitungen. Jeweils vier Leitungen 50abis 5Qd sind an beiden Enden durch Sammelleitungen 51a und 5Ii miteinander verbunden. Durch Verbindungsleitungen 52a bis 52c/stehen diese Sammelleitungen mit den Sammelleitungen 53a bis 53c/ in Verbindung. Die Verbindungsleitungen 54a und 54f> in der oberen Ebene und die Verbindungsleitung 55 in der unteren Ebene verbinden jeweils benachbarte Leitmgsgruppen 56a mit 566 usw. Eine Pumpe 57 verbindet den Anfang der Sammelleitung 51a mit dem Ende der Sammelleitungen 51c und walzt den Wärmeträger um. Dieses System hat besondere Bedeutung, wo die Entfernung zwischen den oberen Sammelleitungen 53a und 54a zu den unteren Sammelleitungen 51a, 51 b sehr groß ist.

Die Fig. 6a—6c zeigen in drei Ansichten eine weitere Ausführungsform mit drei Leitungssystemen 63, 64 und 66, von denen je eines in einer Figur dargestellt ist. Die Dachfläche 60 steht mit der Zimmerdeckenfläche 61 und dem darauf befindlichen Latentspeicher 62 durch die Leitung 64 in Verbindung, die die Dachfläche 60 mit verschiedenen, innerhalb der Isolation angeordneten Speicherkörpern 65 und 65' thermisch verbindet. Die Speicherkörper 65 und 05' haben beispielsweise eine Kristallisationstemperatur von 48°C, wogegen der Latentspeicher 62 eine Kirstallisationstempcratur von beispielsweise 17°C aufweist. Ein weiteres Leitungssystem 66 bildet die thermische Verbindung zwischen den Speicherkörpern 65, 65' und der Zimmerdeckenflächc 61. An die Stelle der Zimmerdecke 61 können auch Raunheizelemente, wie Radiatoren oder Konvektoren treten. Durch geeignete Anordnung der in Fig.4 beschriebenen Thermosiaten wird der Latentspeicher 62 automatisch entladen, sobald die Dachfläche 60 unter ίο die Speiebertemperatur absinkt, wogegen die Speicherkörper 65, 65' automatisch geladen werden, wenn die Temperatur der Dachfläche 60 oberhalb von 48° C liegt. Die Zimmerdeckenfläche 61 wird mit den Speicherkörpern 65, 65' wärmeleitend verbunden, wenn die Raumtemperatur unter einen vorgegebenen Wert abfällt und der Raumthermostat damit die Förderung des Wärmeträgers im Leitungssystem 66 in die Wege leitet.

Die F i g. 7a bis 7e zeigen eine Ausführungsform, die ebenfalls zwei Speicher mit unterschiedlichen Kristallisationstemperaturen aufweist. Zur besseren Erläuterung ist diese Ausführungsform wiederum in Einzeldarstellungen aufgeteilt.

Fig.7a zeigt eine schematische Gesamtübersicht. Fig.7b zeigt eine erste Leitungsschleife 74, die die Dachfläche 70 mit dem Latentspeicher 72 für die Gebäudekü".;!ung (Kristallisationstemperatur beispielsweise 17° C) in thermischen Kontakt bringt, sobald die Temperatur der Dachfläche 70 unter die Kristallisationstemperatur auf 17° C abfällt, wogegen in F i g. 7c eine zweite Leitungsschleife 75 gezeigt ist, die den thermischen Kontakt zwischen dem Latentspeicher 72 und der Zimmerdeckenfläche 71 herstellt, sobald im darunterliegenden Raum die Temperatur eine unzulässige Höhe angenommen hat. Fig.7d zeigt eine dritte Leitungsschleife 76, die einen Speicherkörper 73 für die Gebäudeheizung (Kristallisationstemperatur beispielsweise 48°C) mit der Dachfläche 70 in thermischen Kontakt btingt, sobald deren Temperatur oberhalb von 48°C liegt, wogegen F i g. 7e darstellt, wie durch eine weitere Leitungsschleife 77 die Zinimerdeckenfläche 71 mit dem Speicherkörper 73 in thermischen Kontakt gebracht ist. sofern die Raumtemperatur eine Erhöhung erfahren soll.

Bei Latentspeichern, die bei Erreichen der Kristallisationstemperatur schmelzen, wird die Anordnung der Leitungsschleife so gewählt, daß jeweils die Oberseite der Speicherkörper mit der wärmeabgebenden und die Unterseite mit der wärmeaufnehmenden Begrenzungsfläche 70 bzw. 7t in thermische Kommunikation treten. In jedem Speicherkörper verläuft ein sekundäres Temperaturübertragungs-System 78. welches mit einer Pumpe 79 betrieben wird und die Wärme aus den rohrabgewandten Bereichen gemäß den Pfeilen 80a und 806 in die benachbarten Leitungsabschnitte 77 transportiert. Die einzelnen Leitungen können in Reihe geschaltet sein, wobei jeweils ein Abschnitt jeder Schleife, der mit der Dachfläche verbunden ist, auf einen Abschnitt, der mit der Zimmerdeckenfläche verbunden ist, in dem Wärmeleitungssystem, das hierbei aus einer wendelförmig verlaufenden Rohrleitung besteht, folgt. Die Förbo dcreinrichtt'ng befindet sich dabei in dieser Rohrleitung, die kontinuierlich oder auch oszillierend fördert. Siehe Fig. 1.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Lcitungsschleifen parallel geschaltet, wobei jede h5 der einzelnen Leitungen mit beiden Enden mit der Fördereinrichtung in Verbindung steht. Auch hier kann die Pumpe den Wärmeträger kontinuierlich oder oszillierend durch dus Leitungssystem fördern. Siehe F i g. 5.

Die Amplitude des Verdrängerhubes einer oszillierenden Pumpe wird bei heißem Wärmeträger so groß gewählt, daß der von dem wärmeren Element erwärmte Wärmeträger in den Teil der Leitungsschleifen verdrängt wird, welcher in gut wärmeleitender Verbindung mit dem kälteren Element steht.

Als Wärmeträger eignen sich alle im vorgesehenen Temperaturbereich stabilen Flüssigkeiten, wie Wasser, organische Flüssigkeiten, z. B. Alkohole oder sogenannte Kältesolen.

Zur Vermeidung von unerwünschter Wärmeleitung sollen die z. B. zwischen der Dachfläche und der Zimmerdeckenfläche verlaufenden Abschnitte der Leitungsschleifen ei.it schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. Dies ist erzielbar durch Einbau faltenbalgähnlicher Kör- is per, durch geeignete Materialwahl, beispielsweise durch Verwendung dünnwandiger Edelstahlrohre oder aber auch durch Verwendung von Schläuchen aus nichtmetallischen Werkstoffen, z. B. Gummi- oder Kunststoffschläuche. Die Durchmesser der Leilungsschleifen-Rohre sollen so eng bemessen sein, daß sich keine freie Konvektion innerhalb des ein/einen Rohres einstellt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die lichte Weite gering gewählt wird oder daß Flachrohre Verwendung finden oder daß im Inneren des Rohres Wände eingebaut sind, durch welche die Ausbildung der freien Konvektion verhindert wird.

Zur guten Wärmeverteilung an der Dachhaut bzw. der Zimmerdeckenfläche sind vorteilhaft großflächige Leitungsschleifensysteme vorgesehen. Auch hier eignet jo sich das Prinzip der Durchströmung von in Reihe geschalteten Gruppen parallel geschalteter Rohre.

Hierzu )2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dach- oder Wandelement, welches gleichzeitig der Heizung und/oder der Kühlung von Innenräumen dient und das eine Wärmedämmschicht aufweist, die die dem Innenraum zugewandte Zimmerdeckenfläche oder Innenwandfläche von der nach außen weisenden Dachfläche oder Außenwandfläche trennt und welches Wärmeträger führende Lei- ι ο tungen enthält, von denen jeweils eine erste Gruppe von Leitungsabschnitten mit der Zimmerdeckenfläche und eine zweite Gruppe von Leitungsabschnitten mit der Dachfläche gut wärmeleitend verbunden ist, wobei eine Pumpe für die Rückförderung des Wärmeträgers von der ersten zur zweiten Gruppe eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (9, 50a. 51, 52, 53, 54, 43) mit einem flüssigen Wärmeträger gefüllt sind und schleifen- oder vendelförmig so verlaufen, daß die Leitungsabschnitte der Zimmerdeckenfläche oder Innenwandfläche das gleiche Hohlvolumen aufweisen wie die Leitungsabschnitte der Dachfläche oder Außenwandfläche und daß die Enden (4,5,45,46) einer Der Vorteil des erfindungsgemäßen Dach- oder Wandelementes besteht darin, daß es nur aus einer einzigen Leitungsschlange oder aus Registern aus parallelen LeitungsschJeifen besteht, wobei jede einzelne Schleife die Wärmeübertragung zwischen den Flächen unterschiedlicher Temperatur also z. B. zwischen der Dachfläche und der Zimmerdeckenfläche vornimmt, während hydraulisch alle Windungen in Reihe oder parallel geschaltet sind, so daß an einer einzigen Stelle die Einbindung einer Fördervorrichtung genügt, um den Wärmeträger in sämtlichen Schleifen gleichzeitig zum Umlauf oder zur Oszillation zu bringen.

   Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert Es zeigt

   Fig. i in perspektivischer Ansicht eine Heiz- oder Kühleinrichtung mit zwischen zwei Platten angeordnetem Wärmeübertragungssystem,

   Fig.2 in einem Fließ-Schema die Anordnung des Wärmeleitungssystems nach F i g. 1,

   F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine als Membranpumpe ausgebildete Verdrängerpumpe,

   Fig.4 ein Dachelement mit einem Wärmeübertragungssystem in perspektivischer Teilansicht, F i g. 5 in ähnlicher Ansicht wie F i g. 4 ein Dachele-