DE2519091A1

DE2519091A1 - Raumheizungseinrichtung

Info

Publication number: DE2519091A1
Application number: DE19752519091
Authority: DE
Inventors: Roy Stanley Brixton
Original assignee: Radiant Tube Systems Ltd
Current assignee: Radiant Tube Systems Ltd
Priority date: 1974-05-08
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1975-11-20
Also published as: BE828415A; IL47132A0; NO140573B; SE424367B; IL47132A; AU8041475A; IE41412B1; ZA752452B; ES437492A1; IT1037880B; IE41412L; CH585880A5; GB1448073A; JPS50152538A; FR2270529B1; FR2270529A1; SE7505076L; JPS5825937B2; NO140573C; CA1011314A

Description

Pu 3211 Radiant Tube Systems Ltd., Sutton, Surrey / England

Raumheizungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Raumheizungseinrichtung bzw. -Installation, enthaltend eine geschlossene Schleife eines oberhalb des zu heizenden Raumes angeordneten Rohrleitungssystems sowie einen für die Zirkulation eines Heizmediums durch die geschlossene Schleife betreibbaren Lüfter , damit der Raum hauptsächlich durch die Strahlungsabgabe von der Schleife heizbar ist, wobei die Schleife »ei im wesentlichen parallele Rohrleitungslängen enthält, durch die das Heizmedium in entgegengesetzten Richtungen strömt und wobei diese Anordnung derart ist, daß die ausgestrahlten Wärmestrahlen dieser parallelen Rohrleitungslängen sich oberhalb des Boden-Niveaus des Raumes überlappen.

Es ist eine Raumheizungseinrichtung bzw. -Installation bekannt, die eine geschlossene Schleife eines Rohrleitungssysteme enthält, das unterhalb des Daches oder der Decke eines Gebäudes aufgehängt ist und in dem Luft als Heizmedium zirkuliert, wobei der Heizeffekt vollkommen durch Strahlung von der Oberfläche des Rohrleitungssystems erzielt wird. Zu diesem Zweck werden Ablenkbleche oder dgl. vorgesehen, um den Konvektionsstrom der umgebenden Atmosphäre um das Leitungssystem zu verhindern oder zumindest auf ein Minimum herabzusetzen, und eine Isolation wird oberhalb des Leitungssystems angebracht, um Strahlungs-

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Wärmeverluste vom Leitungssystem nach oben zu verhindern. Der erreichte Heizungseffekt ist proportional zur Oberflächentemperatur des Rohrleitungssystems, .und falls die Luft über einen einzigen in der Schleife angeordneten Wärmetauscher erhitzt wird, dann wird ein viel größerer Heizungseffekt unmittelbar abströmseitig des Wärmetauschers als an einer gleichartigen Stelle unmittelbar an der Zuströmseite des Wärmetauschers erreicht. Durch eine Anordnung des Leitungssystems , bei dem die Schleife parallele Abschnitte, in denen das Heizmedium in entgegengesetzten Richtungen wandert, aufweist, und durch ein örtliches Anbringen des Leitungssystems in einer solchen Höhe oberhalb des Boden-Niveaus und bei einem solchen Abstand relativ zu den Abmessungen des zu heizenden Bereiches, daß die Strahlen der Strahlungswärme am Boden-Niveau überlappen, kann jedoch ein im wesentlichen gleichförmiger Heizeffekt erreicht werden.

Installationen der genannten Art besitzen beträchtliche Vorteile im Vergleich zu Einrichtungen, die beispielsweise heißes Wasser oder heißen Dampf als Heizmedium benutzen, da vergleichsweise leichtgewichtige Leitungssysteme verwendet werden können (wegen der Herabsetzung der Gefahr im Falle einer Leckströmung von den Leitungen), was dann eine Verringerung der Halterungen zur Folge hat, die für die Aufhängung des Rohrleitungssystems erforderlich sind. Irgendein zweckmäßiger Brennstoff kann für die Erhitzung des Mediums bzw. Fluidums über einen Wärmetauscher verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Raumheizungseinrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.

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Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß ein Brenner derart angeordnet ist, daß seine Verbrennungsprodukte direkt in die erwähnte
geschlossene Schleife strömen, so daß das Heizmedium durch diese Verbrennungsprodukte gebildet wird.

Die erfindungsgemäße Raumheizungseinrichtung bzw. -Installation umfaßt somit die geschlossene Schleife des oberhalb des zu heizenden. Raumes angeordneten
Rohrleitungssystems, den Brenner , der seine Verbrennungsprodukte direkt in die geschlossene Schleife abführt, sowie den Lüfter, durch den die gasförmigen Verbrennungsprodukte durch die geschlossene Schleife in Zirkulation gebracht werden, so daß der Raum
- wie bereits eingangs erwähnt - hauptsächlich durch die Abstrahlung von der Schleife geheizt wird, in deren beiden parallelen Rohrleitungslängen die gasförmigen Verbrennungsprodukte in entgegengesetzten Richtungen strömen.

Der verwendete Brennstoff ist vorzugsweise Erdgas, da dieses ohne Erzeugung bedeutender Mengen giftiger Gase oder ähnlicher Verbrennungsprodukte vollkommen, verbrannt werden.kann, obwohl auch andere Brennstoffe verwendet werden können, wie z.B. Stadtgas, flüssiges Erdölgas und öl.

Da die Verwendung eines Wärmetauschers vermieden wird, kann die maximale Temperatur in dem System beträchtlich erhöht werden. Abgesehen von der Ausführung aus teueren Wärmewiderstandsmaterialien wird beispielsweise ein konventioneller Wärmetauscher eine Warmeströmungstemperatur

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von etwa 232 C (450 P) innerhalb der geschlossenen Schleife erzeugen.

Wenn erfindungsgemäß die Verbrennungsprodukte vom Brenner direkt in die geschlossene Schleife abgeführt werden, dann kann die LuftStromtemperatur bis zur Größenordnung von etwa 371°C (700⁰P) oder sogar höher erhöht werden. Ferner werden die höheren Temperaturen mit einem größeren thermischen Wirkungsgrad und einem größeren Gesamtwirkungsgrad erreicht, und die Installationskosten können ganz beträchtlich reduziert werden. Die Verwendung eines Brenners, der seine Verbrennungsprodukte direkt in die geschlossene Leitung abführt, gestattet ferner ein schnelleres Ansprechen auf eine thermostatische Steuerung und eine kürzere Aufheizzeit (bei einem kalten Einschalten) als es möglich ist, wenn ein Wärmetauscher verwendet wird, um Luft in der geschlossenen Schleife aufzuheizen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Luft für Verbrennungszwecke mit dem Brennstoff dem Brenner zugeführt, und ein Abströmauslaß ist in der geschlossenen Schleife vorgesehen, vorzugsweise mit einem Steuerventil, um das Abströmen von Luft und Verbrennungsprodukte aus dem System auf einen vorbestimmten Anteil zu begrenzen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Es zeigen

Fig. 1 einen Grundriß eines Gebäudes, das mit einer Form einer erfindungsgemäßen Raumheizungseinrichtung versehen ist, wobei das Dach der Deutlichkeit halber weggelassen worden ist;

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Pig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Pig. I;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Einrichtung der Fig. 1;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Modifikation der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4;

Fig. 6 und 7 Grundrisse von Gebäuden (Dach weggelassen) , die mit anderen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Raumheizungseinrichtungen ausgestattet sind.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 umfaßt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine im wesentlichen rechteckige geschlossene Schleife eines Rohrleitungssystems, das am Dach eines Gebäudes durch nicht veranschaulichte Mittel aufgehängt ist, so daß sie sich oberhalb des ,,Raumes befindet, der erwärmt werden soll. Die geschlossene Schleife umfaßt zwei parallele Rohrleitungslängen 10, 11, die sich in Längsrichtung des Gebäudes erstrecken, sowie zwei Querverbindungsleitungen 12, 13. Eine Länge des Rohrleitungssystems bzw. der Rohrleitung 10 enthält einen gasbeheizten Brenner 14 (vgl. Fig. 4), der innerhalb eines rechtwinkligen Abschnittes 15 des Leitungswerkes angeordnet ist, und ein Lüfter l6, z.B. ein Zentrifugallüfter, ist an der Verbindung zwischen der Querverbindungsleitung 12 und der Rohrleitung 10 vorgesehen und dazu angeordnet, daß er eine Zirkulation der vom Brenner 14 ausgestoßenen, gasförmigen Verbrennungsprodukte entlang der geschlossenen

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Schleife in einer Richtung erzeugt, die durch Pfeile in Fig. 4 angezeigt ist.

In Fig. 4 sind mit den Bezugszeichen 17 und 18 die Zuführleitungen für gasförmigen Brennstoff bzw. Verbrennungsluft zum Brenner bezeichnet. Ein Lüfter 19 ist vorgesehen, um Verbrennungsluft zum Brenner zuzuführen. Es ist so zu verstehen, daß geeignete Steuerventile und Sicherheitseinrichtungen der Zuführleitung 17 zugeordnet sind, um die Zuführung von Brennstoff zu regulieren. An einer Stelle zwischen dem Lüfter 16 und dem Brenner ist eine Gruppe von motorgetriebenen Drosselklappen 20 im Leitungsabschnitt 15 vorgesehen, wodurch wahlweise der Zirkulations - bzw. Umlaufweg durch die geschlossene Schleife geöffnet oder geschlossen wird. Eine Abführleitung 21, die durch ein Ventil gesteuert werden kann, ist zwischen dem Ventilator 16 und den Drosselklappen 20 angeordnet und dient dazu, einen Anteil der Verbrennungsprodukte aus der geschlossenen Schleife abzuführen, um die Verbrennungsluft, die durch den Ventilator 19 in die geschlossene Schleife eingeführt wird, zu kompensieren.

Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, enthalten die Rohrleitungslängen 10, 11 sowie die Querverbindungsleitungen 12, 13 je eine Reihe bzw. einen Satz von Rohren 22 (drei in der Ausführungsform der Fig. 3 und 4), die sich längsseits nebeneinander mit parallelen-Achsen und in einer gemeinsamen Ebene erstrecken, die parallel zum Boden-Niveau des Gebäudes liegt. Jede Reihe der Rohre ist an jeder Seite durch Deflektorplatten 23, zur Unterdrückung von Konvektionsströmen, begrenzt und durch eine

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darüber angeordnete Decke bzw. einen darüber angeordneten Streifen 24 zur thermischen Isolation abgedeckt. Die Deflektorplatten 23 und der Isolationsstreifen 24 reduzieren somit eine aufwärtsgerichtete Strahlung und Konvektions-Wärmeströmung von der Oberseite der Rohre.

Der Raum zwischen den beiden Längen der Rohrleitungen 10 und 11 relativ zur Höhe der Schleife oberhalb des Boden-Niveaus und zur Querschnittsform der strahlungsabgebenden Oberflächen der Rohre 22 ist derart, daß die Strahlen der Wärmeausstrahlung, ausgehend von den beiden Längen der Rohrleitungen 10 und 11, sich oberhalb des Boden-Niveaus überlappen.

Während des Betriebes werden die Drosselklappen 20 zunächßt geschlossen und Verbrennungsluft wird entlang der geschlossenen Schleife in Umlauf gebracht und durch die Abführleitung 21 ausgestoßen, so daß jegliches Gas entfernt wird, das in die Schleife eingesickert sein könnte, während die Installation bzw. Einrichtung nicht in Betrieb war. Die Drosselklappen 20 werden dann geöffnet, es wird Gas dem Brenner 14 zusammen mit Verbrenn.ungs luft zugeführt, und der Brenner 14 wird beispielsweise mit Hilfe eines Punkenzünders gezündet. Eine Mischung von Luft und Verbrennungsprodukten wird dann entlang der geschlossenen Schleife durch den Lüfter 16 in Umlauf gebracht. Die Mischung heizt bis zu der ausgelegten Betriebstemperatur der Installation rasch auf, wodurch die Temperatur der Rohre 22 ansteigt. Wärme strömt aus zum Innern des Gebäudes, und zwar in erster Linie durch Ausstrahlung (Radiation), jedoch mit einem kleinen Anteil der Aufheizung durch Wärmeleitung (Konvektion). Wenn die Einrichtung abgeschaltet werden soll, werden der Lüfter

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und der Brenner 14 abgeschaltet und die Drosselklappen 20 geschlossen. Der Lüfter 19 für die Verbrennungsluft kann jedoch noch eine vorbestimmte Zeit weiterlaufen, um die Verbrennungsprodukte aus der geschlossenen Schleife hinauszufordern. Eines der Verbrennungsprodukte ist Wasserdampf, und somit wird durch das Weiterlaufenlassen des Verbrennungsluft-Lüfters 19 sichergestellt, daß keine Kondensation in den Rohren auftritt, wenn sie abkühlen.

Bei durchgeführten Untersuchungen lagen die Gaseingänge zwischen 58 464 kcal/h (232 000 BTU/h) und 104 832 kcal/h (4l6 000 BTU/h), was Temperaturen innerhalb der Schleife ergab, die zwischen einem Maximum von etwa 223⁰C (434°P) bis zu einem Minimum von etwa 103⁰C (218⁰P) schwankten. Der beste Gesamtwirkungsgrad (Verhältnis Wärmeausgang zu Energieeingang), der erreicht wurde, lag bei 94$, wobei 41 der Verbrennungsgas-/Luft-Mischung aus der Schleife abgeführt wurden.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 wird ein überdruck (im Verhältnis zum atmosphärischen Druck) auf der Abströmseite des Lüfters 16 erzeugt, der ausreicht, um einen Anteil der Verbrennungsprodukte aus der geschlossenen Schleife riurch die Ab führ leitung 21 auszustoßen. Dies bedeutet jedoch, daß das Gas, das über die Leitung 17 zugeführt wird, einen in geeigneter Weise größeren Druck aufweisen muß und daß der Verbrennungsluft-Ventilator 19 einen ausreichend größeren Druck als innerhalb der geschlossenen Schleife entwickeln muß, damit das Gas und die Verbrennungsluft in den Brenner 14 gedrückt werden. Fig. 5 veranschaulicht in ganz schematischer Weise eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. 1 bis 4, in der ein Unterdruck (im Verhältnis zum atmosphärischen Druck)

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in dem Brennerleitungsabschnitt auf der Zuströmseite des Lüfters 16 erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Gaszuführdruck für einen gegebenen Wärmeausgang geringer sein, und es ist möglich, einen kleinen Verbrennungsluft-Lüfter 19 oder sogar überhaupt keinen Lüfter zu verwenden, um die Verbrennungsluft einzuführen. Bei dieser Ausführungsform ist die Abführleitung abströmseitig vom Lüfter 16 angeordnet. Außerdem kann ein zusätzliches System von Drosselklappen oder dgl. erforderlich sein, damit die geschlossene Schleife von Gasen geleert werden kann, bevor der Brenner entzündet und nachdem der Brenner abgeschaltet wird.

In der oben angeführten Ausfuhrungsform enthält das Rohrleitungssystem Reihen bzw. Sätze von drei Rohren mit Kreis-Querschnitt. Es sind jedoch alternative Ausführungen bzw. Anordnungen von Rohrleitungssystemen möglich; beispielsweise können die Rohre eine rechteckige, dreieckige oder ovale Form besitzen, und anstelle der Reihen mit drei Rohren kann jede Leitungslänge durch ein, zwei oder mehrere Rohre gebildet sein.

Fig. 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die geschlossene Schleife eine verhältnismäßig große Leitung 30 umfaßt, in deren eines Ende Verbrennungsprodukte von einem gasbefeuerten Brenner 31 abgegeben werden. Das andere Ende der Rohrleitung 30 ist mit einem Querverbindungsstück 32 verbunden, das die Verbrennungsgase zwischen zwei Rückleitungen 33 aufteilt, die die Seiten der Rohrleitung 30 flankieren und in einem Querverbindungsstück 37 enden, das mit der Saugseite eines Lüfters 34 verbunden ist, dessen Abströmseite mit dem Leitungswerk, in dem der Brenner 31 untergebracht ist, in Verbindung steht. Eine Abführleitung 35 ist vorgesehen,

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um einen Anteil des Gases aus der Schleife abzuführen, und es sind außerdem Drosselklappen 36, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4, vorhanden. Die Leitungsschleife ist wiederum innerhalb eines Gebäudes über dem zu beheizenden Raum aufgehängt, wobei die Anordnung der Leitungen 30, 33 derart ist, daß die Strahlen der Wärmeausstrahlung,, die davon abströmen, sich oberhalb des Boden-Niveaus überlappen. Eine Aufwärtsstrahlung sowie Konvektionsströme werden mit Hilfe eines thermischen Isolationsstreifens (nicht dargestellt), der über den Leitungen 30, 33 angeordnet ist, sowie durch Ableit- bzw. Deflektorplatten (nicht dargestellt) verhindert, die entlang der Außenseitencfer Leitungen 33 vorgesehen sind.

Bei einer Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 6 kann die Rohrleitung 30 durch zwei oder mehr Rohre gebildet sein, in bzw. an denen der Brenner so angeordnet ist, daß er daihineinarbeitet.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, die für die Erwärmung einer großen Fläche geeignet ist, kann die Einrichtung eine Anzahl geschlossener Schleifen umfassen, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzen die geschlossenen Schleifen MO, 41, 42 und 43 gemeinsame Querverbindungsleitungen 44 und 45 an ihrem einen Ende. Ein Brenner 46 ist so angeordnet, daß er in die Querverbindungsleitung 44 arbeitet und ein Lüfter 48 dient dazu, die Verbrennungsgas-/Luftmischung von der Querverbindungsleitung 45 abzusaugen und sie zwecks Zirkulation am Brenner vorbei in die Querverbindungsleitung 44 und somit in die geschlossenen Schleifen 40 bis 43 zu führen. Eine Abführleitung 4? ist

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für ein kontrolliertes Abziehen eines Anteiles der zirkulierenden Gas-/Luftmischung vorgesehen, und eine Gruppe von Drosselklappen 49 ist für denselben Zweck vorhanden, wie er im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Pig. 1 bis H beschrieben ist. Die geschlossenen Schleifen ^O bis 43 sind so angeordnet, daß die Strahlen der Wärmeausstrahlung, die durch die parallelen Stränge abgegeben werden, sich oberhalb des Boden-Niveaus überlappen und daß außerdem die Wärmeausstrahlung, die von jeder Schleife ausströmt, noch die Ausstrahlung oberhalb des Boden-Niveaus überlappt, die von der benachbarten Schleife oder von den benachbarten Schleifen ausgeht.

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Claims

Patentansprüche

( 1.jRaumheizungseinrichtung, enthaltend eine geschlossene

Schleife eines oberhalb des zu heizenden Raumes angeordneten Rohrleitungssystems sowie einen für die Zirkulation eines Heizmediums durch die geschlossene Schleife betreibbaren Lüfter, damit der Raum hauptsächlich durch die Strahlungsabgabe von der Schleife heizbar ist, wobei die Schleife zwei im wesentlichen parallele Rohrleitungslängen enthält, durch die das Heizmedium in entgegengesetzten Richtungen strömt und wobei diese Anordnung derart ist, daß die ausgestrahlten Wärmestrahlen dieser parallelen Rohrleitungs-

län,gen sich oberhalb des Bodenniveaus des Raumes überlappen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner derart angeordnet ist, daß seine Verbrennungsprodukte direkt in die erwähnte geschlossene Schleife strömen, so daß das Heizmedium durch diese Verbrennungsprodukte gebildet wird.

2. Raumheizungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Schleife mit einem Auslaß versehen ist, durch den ein Anteil der durch die Schleife zirkulierenden Verbrennungsgase abführbar ist.

3. Raumheizungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß mit Einrichtungen zur

• Regulierung des Anteiles versehen ist, mit dem Verbrennungsgase aus der geschlossenen Schleife abgeführt werden.

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¹J. Raumheizungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen für die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum Brenner vorgesehen sind.

5. Raumheizungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuführung von Verbrennungsluft zum Brenner ein weiterer Lüfter vorgesehen ist, der außerhalb der geschlossenen Schleife angeordnet ist.

6. Raumheizungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner derart angeordnet 1st, daß seine Verbrennungsprodukte in derselben Richtung abgeführt werden, in der die Gase in der Schleife durch den Lüfter strömen.

7. Raumheizungseinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerauslaß innerhalb einer der parallelen Rohrleitungslängen angeordnet ist.

8. Raumheizungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter für die Zirkulation der Verbrennungsprodukte zuströmseitig vom Brenner angeordnet ist.

9. Raumheizungseinrichtung nach Anspruch 8 sowie nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmauslaß in einer Lage zwischen dem Brenner und dem Lüfter für die Zirkulation der Verbrennungsprodukte angeordnet 1st.

10« RauBiheiZungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis J₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter für die Zirkulation der Verbrennungsproöukte abströmseitig vom Brenner angeordnet ist.

11. Raumheizungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner durch Gas beheizt ist.

5Ö9S47/Ö3G8