DE2519091C2

DE2519091C2 - Vorrichtung zur Beheizung eines Raumes

Info

Publication number: DE2519091C2
Application number: DE2519091A
Authority: DE
Inventors: Roy Stanley Bracknell Berkshire 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: 1983-09-08
Also published as: ZA752452B; IL47132A0; BE828415A; DE2519091A1; IE41412B1; NO140573C; AU8041475A; SE424367B; ES437492A1; JPS50152538A; IE41412L; NO751466L; CA1011314A; NO140573B; SE7505076L; GB1448073A; CH585880A5; IL47132A; FR2270529B1; IT1037880B

Description

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üie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung eines Raumes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I.

Aus der US 24 86 160 ist ein Heizsystem mit einer geschlossenen Rohrleitungsschleife bekannt, bei der die eigentlichen Rohrleitungen lediglich für die Zuführung des von einem Ofen erzeugten Heißgases zu mehreren in der Rohrleitungsschleife angeordneten Radiatoren bestimmt sind, d. h. es handelt sich hierbei nicht — wie bei der vorliegenden Erfindung vorausgesetzt — um durch Wärmestrahlung direkt wirkende Rohrleitungen, sondern um ein ganz übliches Radiatoren-Heizkörpersystem. Bei dieser bekannten Ausführungsform muß das Heißgas mit erheblichem Aufwand durch einen gesondert aufgestellten Heizofen und ein umständliches, aufwendiges Leitungssystem erzeugt bzw. gefördert werden. Weitere Nachteile stellen hierbei die aufwendigen Radiatoren-Heizkörper sowie der verhältnismäßig schlechte Wirkungsgrad dar.

Es ist ferner auch bereits vorgeschlagen worden (US 29 17 240), eine Rohrleitungsschleife in είκεΐη Fußboden als Fußbodenheizung zu installieren und iait einem Gemisch aus Luft und Verbrennungsgasen zu beheizen. Bei dieser bekannten Ausführungsform muß die Heißgaserzeugung irgendwo außerhalb der Robrlejtungsschleife ganz offensichtlich mit einer Art Heizkessel als Heißgaserzeuger erfolgen, wobei zahlreiche Abschalt- und Drosselventile, die zu einem brauchbaren Betrieb des Heizsystems erforderlich sind, den durch den gesonderten Heißgaserzeuger bedingten erheblichen Aufwand noch erhöhen. Ganz abgesehen von den zuvorgenannten Nachteilen ist bei diesem aus der US 29 17 240 bekannten Heizungssystem grundsätzlich festzustellen, daS eine in einem Fußboden installierte Rohrleitungsschleife in keinem Falle durch direkte Wärmestrahlung einen Raum heizen kann, sondern daß hier zunächst der Fußboden selbst erwärmt werden muß, der seinerseits erst zur Beheizung eines Raumes beiträgt, was also vollkommen ander; ist als bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein zusätzlicher Nachteil ist schließlich auch in dem erheblichen Aufwand zur installation der Rohrleitungsschleife innerhalb des Fußbodens, im schlechten Wirkungsgrad sowie in der nicht ohne weiteres durchführbaren Wartung zu sehen.

Eine Beheizungsvorrichtung der eingangs vorausgesetzten Art ist dagegen aus der GB 13 15 685 bekannt Hier arbeitet ein Brenner in eine offene Rohrleitung, und die Rauchgase werden demgemäß nach Durchströmen dieser Rohrleitung über einen Kamin abgeführt Die Beheizung erfolgt somit direkt lediglich durch Verbrennungsgase, während das ^?nze Gas dann aus der Leitung in die Atmosphäre ausströmt, so daß sich insgesamt ein verhältnismäßig schlechter Wirkungsgrad ergibt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art in der Weise zu verbessern, daß sie sich bei verhältnismäßig einfachem Aufbau und relativ niedrigem Installationsaufwand durch einen besonders hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gelöst.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist somit oberhalb des zu beheizenden Raumes wenigstens eine geschlossene Rohrleitungsschleife vorgesehen, die im wesentlichen auf ihrer ganzen Länge durch Wärmeabstrahlung wirkt. Das gasförmige Heizmedium wird hierbei durch die geschlossene Rohrieitungsschleife mit Hilfe des Förderventilators in Umlauf gebracht. Bei dieser Heizmedium-Zirkulation wird praktisch Luft als Wärmetransportmedium benutzt und die Gasflamme wirkt gewissermaßen als direkter Gas-zu-Gas-Wärmetauscher, wobei das Verhältnis der Verbrennungsprodukte zu Luft äußerst klein und der durch die Abgasleitung abführbare Teilstrorn in entsprechender Weise klein ist. Wenn hierbei die Verbrennungsprodukte vom Brenner direkt in die geschlossene Rohrleitungss.chleife eingeführt werden, dann kann die Lufttempera-

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tür bis auf etwa 371 "C und z.T. sogar höher erhöht werden. Die im Vergleich zu bekannten Ausführungen höheren Temperaturen werden mit einem größeren thermischen Wirkungsgrad und einem größeren Gesamtwirkungsgrad erreicht wobei gleichzeitig die Installationskosten ganz beträchtlich reduziert werden können. Ferner gestattet der erfindungsgemäße Aufbau der Vorrichtung ein besonders schnelles Ansprechen auf eine thermostatische Steuerung sowie eine besonders kurze Aufheizzeit

Der verwendete Brennstoff ist vorzugsweise Erdgas, da dieses keine wesentlichen Mengen giftiger Gase oder ähnlicher Verbrennungsprodukte erzeugt und praktisch vollkommen verbrannt werden kann. Selbstverständlich können auch andere Brennstoffe \ erwendet werden, z. B. Stadtgas, Flüssiggas und ÖL

Um einen vorbestimmten Anteil des zirkulierenden Heiztnediums über die Abgasleitung aus der Rohrleitungsschleife abführen zu können, ist es zweckmäßig, wenn in der Abgasleitung ein den Anteil des abzuführenden Teilstromes steuerndes Ventil vorgesehen ist

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

F i g. 1 einen Grundriß eines Gebäudes, in dem eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung installiert ist wobei das Dach der Deutlichkeit halber weggelassen worden ist;

Fig.2 eine Schnittansicht entlang derjMnie 2-2 in Fig. 1;

Fig.3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie3-3in Fig. 1;

Fig.4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß F i g. 1;

Fig.5 eine schematische Darstellung von einer Modifikation der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis 4;

F i g. 6 und 7 Grundrisse von Gebäuden (ohne Dach) mit weiteren Ausführungsformen installierter Heizungsvorrichtungen.

Das ir. den F i g. 1 bis 4 veranschaulichte erste Ausführungsbeispiel der Raumbeheizungsvorrichtung enthält eine im wesentlichen rechteckige, geschlossene Rohrleitungsschleife, die am Dach eines Gebäudes durch nicht veranschaulichte Mittel aufgehängt ist. so daß sie sich oberhalb des Raumes befindet, der beheizt werden soll. Die geschlossene. Rohrleitungsschleife enthält zwei sich in Längsrichtung des Gebäudes erstreckende, parallele Rohrleitungslängen 10,11 sowie zwei Querverbindungsleitungen 12, 13. Ein Teii der Rohrleitungslänge IG enthält innerhalb eines rechtwinkligen Abschnittes 15 einen gasbeheizten Brenner 14 (vgl. F i g. 4). Ein zur Förderung des gasförmigen Heizmediums durch die Rohrleitungsschieife dienender Ventilator 16 ist an der Verbindung zwischen der Querverbindungsleitung 12 und der Rohrleitungslänge 10 vorgesehen und so angeordnet daß er eine Zirkulation der vom Brenner 14 ausgestoßenen, gasförmigen Verbrennungsprodukte entlang der geschlossenen Rohrleitungsschleife in einer Richtung erzeugt, die durch Pfeile in F i g. 4 angezeigt ist.

In Fig.4 sind mit den Bezugszeichen 17 und 18 die Zuführleitungen für gasförmigen Brennstoff bzw. Primärluft zum Brenner bezeichnet. Ein Ventilator 19 ist vorgesehen, um die Primärluft als Verbrennungsluft dem Brenner 14 zuzuführen. Es ist so zu verstehen, daß geeignete Steuerventile und Sicherheitseinrichtungen der Zuführleitung 17 .zugeordnet sind, um die Zuführung

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65 von Brennstoff zu regulieren. An einer Stelle zwischen dem Ventilator 16 und dem Brenner 14 ist eine Gruppe von motorgetriebenen Drosselklappen 20 im Leitungsabschnitt 15 vorgesehen, wodurch der Zirkulationrweg durch die geschlossene Rohrleitungsschleife wahlweise geöffnet oder geschlossen wird. Eine Abgasleitung 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 Rohrleitungsschleife abzuführen, um die Verbrennungsluft, die durch den Ventilator 19 in die geschlossene Schleife eingeführt wird, zu kompensieren.

Wie in den F i g. 1 bis 3 dargestellt ist, enthalten die Rohrleitungslängen 10,11 sowie die Querverbindungsleitungen 12,13 je eine Reihe von Rohren 22 (drei in der Ausführungsform der F i g. 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 /Z ist an jeder Seite durch Deflektorplatten 23, zur Unterdrückung von Konvek-onsströmen, begrenzt und durch eine darüber angeordnete Decke bzw. einen darüber angeordneten Streifen 24 zur thermischen Isolation abgedeckt Die Defelktorplatten 23 und der Isolationsstreifen 24 reduzieren somit eine aufwärtsgeriduote Strahlung und Konvektions-Wärmeströmung von der Oberseite der Rohre.

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

Während des Betriebes werden die Drosselklappen 20 zunächst geschlossen und Verbrennungsluft wird entlang der geschlossenen Rohrleitungsschleife in Umlauf gebracht und durch die Abgasleitung 21 ausgestoßen, so daß jegliches Gas entfernt wird, das in die Schleife eingesickert sein könnte, während die Vorrichtung außer Betrieb war. Die Drosselklappen 20 werden dann geöffnet, es wird Gas dem Brenner 14 zusammen mit Primärluft zugeführt, und der Brenner 14 wird beispielsweise mit Hilfe eines Funkenzünder gezündet Eine Mischung von Luft und Verbrennungsprodukten wird dann entlang der geschlossenen Schleife durch den Ventilator 16 in Umlauf gebracht Die Mischung heizt bis zu der ausgelegten Betriebstemperatur der Vorrichtung rasch auf, wodurch die Temperatur der Rohre 22 ansteigt Wärme strömt aus zum Innern des Gebäudes, und zwar in erster Linie durch Absirahlung (Radiation), jedoch mit einem kleinen Anteil der Aufheizung durch Wärmeleitung (Konvektion). Wenn die Einrichtung abgeschaltet werden soll, werden der Ventilator 16 und der Bremer 14 abgeschaltet und die Drosselklappen 20 geschlossen. Der Ventilator 19 für die Primärluft kann jedoch noch eine vorbestimmte Zeit weiterlaufen, um die Verbrennungsprodukte aus der geschlossenen Rohrleitungsschieife hinauszufördern. Eines der Verbrennungsprodukte ist Wasserdampf, und somit wird durch das Weiterlaufenlassen des Primärluft-Ventilators ^sichergestellt, daß keine Kondensation in den Rohren auftritt, wenn sie abkühlen.

Bei durchgeführten Untersuchungen lagen die Gaseingänge zwischen 58 464 kcal/h und 104 832 kcal/h, was Temperaturen innerhalb der Schleife ergab, die

zwischen einem Maximum von etwa 223°C bis zu einem Minimum von etwa 103⁰C schwankten. Der beste Gesamtwirkungsgrad (Verhältnis Wärmeausgang zu Energieeingang), der erreicht wurde, lag bei 94%, wobei 4% der VerbrennungsgaS'/Luft-Mischung aus der Schleife abgeführt wurden.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 4 wird ein Überdruck (im Verhältnis zum atmosphärichen Druck) auf der Abströmseite des Ventilators 16 erzeugt, der ausreicht, um einen Anteil des Heizmediums aus der geschlossenen Schleife durch die Abgasleitung 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 Primärluft· Ventilator 19 einen ausreichend größeren Druck als innerhalb der geschlossenen Schleife entwikkeln muß, damit das Gas und die Verbrennungsluft in den Brenner 14 gedruckt werden.

Fig.5 veranschaulicht in ganz schematischer Weise eine Modifikation der Ausführungsform der Fig. I bis 4, in der ein Unterdruck (im Verhältnis zum atmosphärischen Druck) in dem Brennerleitungsabschnitt auf der Zuströmseite des Ventilators 16 erzeugt wird. Auf diese Weise kann der Gaszuführdruck für einen gegebenen Wärmeausgang geringer sein, und es ist möglich, einen kleinen Primärluft-Ventilator 19 oder sogar überhaupt keinen Ventilator zu verwenden, um die Verbrennungsluft einzuführen. Bei dieser Ausführungsform ist die Abgasleitung 21 abströmseitig vom Ventilator 16 angeordnet. Außerdem kann zusätzlich ein System von Drosselklappen oder dgl. erforderlich sein, damit die geschlossene Schleife von Gasen geleert werden kann, bevor der Brenner 14 gezündet und nachdem der Brenner abgeschaltet wird.

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

F i g. 6 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die geschlossene Rohrleitungsschleife 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 Ventilators 34 verbunden ist, dessen Abströmseite mit dem den Brenner 31 enthaltenden Leitungsteil in Verbindung steht. Eine Abgasleitung 35 ist vorgesehen, um einen Anteil des Gases aus der Schleife abzuführen, und es sind außerdem Drosselklappen 36, wie beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 4, vorhanden. Die

ίο Rohrleitungsschleife 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 Deflektorplatten (nicht dargestellt) verhindert, die entlang der Außenseiten der Leitungen 33 vorgesehen sind.

Bei einer Abwandlung der Ausführungsform der Fig.6 kann die Rohrleitung 30 durch zwei oder mehr Rohre gebildet sein, in die der Brenner hineinarbeitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform, die für die Beheizung eines großflächigen Raumes geeignet ist, kann die Vorrichtung eine Anzahl geschlossener Rohrleitungsschleifen enthalten, wie es in Fig.7 veranschaulicht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt« die geschlossenen Schleifen 40, 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 Ventilator 48 dient dazu, die Verbrennungsgas-/Luft-Mischung 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 Abgasleitung 47 ist für ein kontrolliertes Abziehen eines Anteiles der zirkulierenden Gas-/Luft-Mischung vorgesehen, und eine Gruppe von Drosselklappen 49 ist für denselben Zweck vorhanden, wie er im Zusammenhang mit der Ausführungsform der F i g. 1 bis 4 beschrieben ist. Die geschlossenen Schleifen 40 bis 43 sind so angeordnet, daß die Strahlen der Wärmestrahlung, die durch die parallelen Stränge abgegeben werden, sich oberhalb des Boden-Niveaus überlappen, und daß außerdem die Wärmestrahlung, die von jeder Schleife ausströmt, noch die von benachbarten Schleifen ausgehende Strahlung oberhalb des Bodenniveaus überlappt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Beheizung eines Raumes, enthaltend wenigstens eine oberhalb des zu beheizenden Raumes angeordnete, durch Wärmestrahlung wirkende Rohrleitung, einen direkt in die Rohrleitung arbeitenden Brenner sowie einen Ventilator zur Förderung des gasförmigen Heizmediums durch die Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (10,11,12,13) in Form einer geschlossenen, im wesentlichen auf ihrer ganzen Länge wärmeabstrahlenden Schleife ausgebildet ist, in die der Ventilator (16) und der Brenner (14) eingebaut sind und an die eine Primärluftleitung (18) dieses Brenners sowie eine Abgasleitung (21) derart angeschlossen ist, daß ein der zugeführten Primärluft entsprechender Teilstrom des in der Rohrleitungsschleife (10, 11, 12, 13) zirkulierenden Heizmediums über die Abgasleitung (21) abführbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung (21) ein den Anteil des abzuführenden Teilstromes steuerndes Ventil vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Brenner (14) führenden Primärluftleitung (18) ein außerhalb der geschlossenen Rohrleitungsschleife (10,11,12,13) angeordneter Ventilator (19) zugeordnet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (16) zur Förderung des Heizmediur ·*, zuströmseitig vom Brenner (14) angeordnet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (21) zwischen dem Brenner (14) und dem Heizmedwm- Förderventilator (16) angeordnet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizmedium-Förderventilator (16) abströmseitig vom Brenner (14) angeordnet ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Rohrleitungsschleife in Form wenigstens einer Rechteckschleife zus parallelen Rohrleitungslängen (10, 11; 30, 33) und Querverbindungen (12,13; 32,37) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die Abgasleitung (21) enthaltenden Rohrleitungsteil — in Zirkulationsrichtung des Heizmediums gesehen — hinter der Abgasleitung eine Gruppe von motorisch verstellbaren Drosselklappen (20; 36; 49) angeordnet ist.