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Heizeinrichtung für die Beheizung von Flächen
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aller Art"
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung
für die Beheizung von Flächen aller Art, deren durch einen Wärmeträger durchströmten
Heizrohre vorzugsweise an einem Baustahlgewebe als Verlegefläche fixiert sind.
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Im Rahmen der nun folgenden Betrachtungen soll primär das Problem
der Warnwasserfußbodenheizung behandelt werden. Die aus der vorliegenden Erfindung
resultierenden Erkenntnisse haben selbstverständlich auch für die Ausbildung von
Wand- und Deckenheizungen Bedeutung.
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Bei Fußbodenheizungen werden die Heizrohre im oder unter dem Fußboden
verlegt und gegen Wärmeabgabe nach unten abgedämmt. Die Oberflächentemperatur des
Fußbodens ist im allgemeinen aus physiologischen Gründen auf etwa 250C ausgelegt
und kann in Nähe von Außenwänden auf 29"C ansteigen. Die durch dieses Heizungssystem
entwickelte gleichmäßige Raumtemperatur mit geringfügig erhöhter Fußbodentemperatur
unterstützt eine dem Lebensvorgang gerecht werdende Entwärmung des Menschen, die
der alten Regel "warme Füße und kühler Kopf ist immer gesund" entspricht.
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Mit einem Wärmestau an den Raumdecken ist nicht zu rechnen, ebenso
entfällt der Verlust von Strahlungswärme an kalte Außenflächen, wie es bei der Verwendung
von Heizkörpern, Radiatoren, Konvektoren usw.der Fall ist.
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Darüber hinaus kann über die Flächen praktisch frei disponiert werden,
da ein Raumbedarf für Heizkörper, die Ausbildung von Heizkörpernischen usw. entfällt.
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Ebenso entfallen die Kosten für den Farbüberzug der Heizkörper und
die für den Wiederanstrich.
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Grundsätzlich muß jedoch festgehalten werden, daß - bei Verwendung
von Fußbodenheizungen - sich die Wärmeabgabe durch Konvektion erheblich reduziert,
so daß eine Staubaufwirbelung und eine Staubanhäufung, wie sie vielfach über Heizkörper
als dunkler Niederschlag zu sehen ist, nicht existent ist. Die Intervallzeit zwischen
erforderlichen Neutapezierungen bzw. Neuanstrichen erstreckt sich auf ein Vielfaches
der sonst üblichen Zeitspanne für die Durchführung dieser Überholungsarbeiten.
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Zum Stande der Technik wird im übrigen auf die bereits im wesentlichen
erörterten Ausführungen in LUEGER, Gesamtlexikon der Technik, Ausgabe 72, Band 21,
Seite 1052 und Band 39, Seite 376, hingewiesen. Da über diese allgemeinen Angaben
hinausgohende, speziell auf dieses Fachgebiet abgestimmte Literaturhinweise fehlen,
sollen durch Figur 1 bis Figur 3 der Zeichnungen Grundausführungsarten gezeigt werden,
die den Stand der Technik näher charakterisieren.
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Figur 1 zeiqt die Verlegeart in der seit Jahren praktizierten Form.
Hier werden die Rohrleitungen parallel, d.h. quasi-mäanderförmig, verlegt, wobei
man mit dem Vorlauf an den kälteren Außenflächen beginnt.
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Dieses Verlegesystem kann nur mit besonderen Hilfsmitteln durchgeführt
werden, da die Rohrradien eng gehalten werden müssen. Kunststoffrohr läßt sich ohne
Erwärmen und ohne Füllstoff nicht in den verlangten kleinen Radien biegen; in der
Praxis wird bei dieser Verlegeart das Rohr von warmem Wasser im Umlaufprinzip durchflossen
und nach Erreichung einer für die Biegung ausreichenden Plastizität auf dem Fußboden
verlegt und befestigt.
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Das Erfordernis, kleine Rohrradien zu nehmen, hat jedoch weiter den
Nachteil, daß die bei der späteren Verwendung, d.h. beim Durchfluß des Wärzneträgers,
entstehend&Spannungen nicht oder nur unvollständig abgebaut werden können. Es
besteht durchaus die Wahrscheinlichkeit der vorzeitigen Materialermüdung.
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Ein weiteres Charakteristikum für die Beurteilung der Zweckmäßigkeit
der verlegten Heizeinrichtung ist deren mögliche Anpassung an kältere Außenflächen
oder sonstige Bereiche hoher Wärmeabgabe durch Änderung der spezifischen Heizflächenbelastung.
Diese ist bei diesem System in beschränktem Umfang gegeben.
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Figur 2 zeigt ein Verlegeschema,-bei dem die Kunststoffrohre - und
zwar Vor- und Rücklauf - nebeneinander schneckenförmig verlegt sind.
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Bei einer Verlegung von Heizflächen nach diesem System stellt sich
eine gleichmäßige Flächenbelastung ein, sofern angrenzende Flächen gleichmäßige
Temperaturen aufweisen. Da jedoch in der Praxis kältere Außenflächen die Regel sind,
nimmt die Fußbodenoberflächentemperatur mit zunehmender Annäherung an die zur Heizfläche
im rechten Winkel stehenden kälteren Flächen ab.
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Desweiteren ist dieser Lösungsvorschlag insoweit als technisch anspruchsvoll
zu bezeichnen, als er die Länge des Rücklaufes mit der des Vorlaufes - und zwar
in derselben Linienführung - identifiziert und damit den gesamten Durchflußwiderstand
durch das Heizungssystem, bei erhöhtem Materialaufwand ohne einen erkennbaren adäquaten
Vorteil, erhöht.
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Figur 3 stellt ein Verlegesystem dar, bei dem durch auf die Rohre
aufgedrückte Lamellen aus einem gut wärmeleitenden Stoff die relativ konzentrierte
Wärmeabgabe des Rohres im Boden annähernd gleichmäßig verteilt wird.
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Eine Anpassung der Flächenbelastung einer möglichen unterschiedlichen
Wärme abgabe ist nur bedingt möglich.
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Durch die aus der Praxis der Heizungstechnik bekannten Beispiele wird
der derzeitige Stand der Technik erfaßt und dessen Problematik und Nachteile ausgewiesen.
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Es ist deshalb Aufgabe dieser Erfindung, eine Heizeinrichtung für
die Beheizung von Flächen darzustellen, deren von einem Wärmeträger durchströmten
Heizrohre auf Flächen bzw. Hilfsflächen - beispielsweise auf einem Baustahlgewebe
- durchSeinfache Mittel fixierbar sind und bei der die erforderlichen Bogen ohne
vorherige Plastifizierung der üblicherweise verwendeten Kunststoffrohre auf der
Fläche, entsprechend dem Verlegeplan vorgenommen werden kann.
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Die Rückführung des in seiner Leistung abgebauten Wärmeträgers soll
mit minimalem Aufwand und auf optimal kurzem Weg zum Aufheizaggregat bzw. zum Wärmeaustauscher
erfolgen.
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Die Wärmeabgabe der zu beheizenden Fläche soll dabei in ihrer Lage
und in ihrer Intensität den fallweise gegebenen Erfordernissen ohne Oberbeanspruchung
der Rohre bzw. des umfassenden Materials bei Aufrechterhaltung der Grundsätze des
Systems anpaßbar sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Heizeinrichtung
aus einem durchgehenden Kunststoffrohr besteht, das - vom äußersten Bereich der
Verlegefläche beginnend, nach deren Zentrum zu -semikontinuierlich schneckenförmig
gewendelt ist, hierbei die geradlinigen Teilrohrlängen jeweils im Bereich der Richtungsänderung
in Radien praktisch gleicher Größe überführen und aus der zentralen Wendel, d.h.
dem Bereich des thermischen Belastungsminimums der zu beheizenden Fläche, der Rücklauf
über einen kurzen Weg aus der Verlegefläche geführt wird.
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Die Verwendung von Rohren etwa gleicher Radien, deren Überführung
in geradlinige Teilrohrlängen im Rahmen der schneckenförmigen Wendelung vereinfacht
nicht nur die Formgebung und Verlegung sondern sie verhindert gleichzeitig Materialermüdungen
durch nicht abbaubare Spannungsüberlastung.
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In diesem Zusammenhang muß jedoch der guten Ordnung halber bereits
hier darauf verwiesen werden, daß die Bogenradien relativ groß zu halten sind.
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Die weitere Ausbildung sieht vor, daß der Abstand der einzelnen Wendel
des durchgehendes Rohres zueinander sowie der Temperaturverlauf über die Länge des
Rohres so dimensionier -bzw. so abstimmbar sind,
daß sich praktisch
drei kontinuierlich ineinander übergehende Bereiche einstellen und zwar a) ein Bereich
entlang der üblicherweise vertikal gerichteten Wandungen mit hoher, den Wärmeübergang
in diese Wände berücksichtigender Flächenbelastung, b) ein Bereich mittlerer Flächenbelastung,
der den Wärmebedarf der eigentlichen Aufenthaltszone berücksichtigt, c) ein Bereich
minimaler Flächenbelastung, d.h.
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der geringsten Temperaturdifferenz zwischen beheizter Fläche und
Umgebung, wobei die Bereiche in ihrer Lage auf der Fläche als Ganzes verschiebbar
sind und/oder nach jeder Richtung in ihrer Flächenbelastung gesteigert bzw. vermindert
werden können.
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Diese Möglichkeit der Aufteilung der Heizfläche in drei Hauptbereiche,
die zwar nicht streng abzugrenzen sind, sondern kontinuierlich ineinander übergehen,
berücksichtigt in nahezu vollkommener Weise die Erfordernisse der Praxis, da differenziert
die Wärmeabgabe entlang der einzelnen Wände festgelegt werden kann.
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Zur Ausbildung der Heizeinrichtung selbst ist festzuhalten, daß der
Radius der gebogenen Rohrab:chnitte das 30-bis 40-fache Maß des Rohrdurchmessers
ausweist. Die Wahl dieses Verhältnisses ist entscheidend für die Vermeidung vorzeitiger
Materialermündungen.
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So viel zu der erfindungsgemäßen der Heizeinrichtung, die den Forderungen
der Aufgabenstellung in vollem Umfang gerecht wird.
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Die Erfindung wird im Rahmen der beigefügten Zeichnungen beispielhaft
durch Figur 4 demonstriert, während Figur 1 bis 3 den erwähnten Stand der Technik
ausweisen.
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Die verschiedenen Heizflächenbelastungen wurden durch unterschiedliche
Schraffur in den einzelnen Figuren gekennzeichnet.
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Die Zonen hoher Heizflächenbelastung weisen eine nach rechts gerichtete
enge Schraffur auf; die Zonen mittlerer Heizflächenbelastung weisen eine nach links
gerichtete weite Schraffur auf; die Zonen geringer Heizflächenbelastung weisen eine
Kreuzschraffur auf.
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Aus Figur 1 ist eine begrenzte Anpaßbarkeit der Heizflächenbelastung,
insbesondere an Eckräume, erkennbar.
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Die Verlegungen nach Figur 2 und 3 lassen lediglich eine Temperierung
der zu beheizenden Fläche zu, ohne daß Wände, besonders Außenwände und Fensterflächen,
besonders berücksichtigt werden können.
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Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß Figur 4 sieht die Belegung
der Heizfläche 1 des zu beheizenden Raumes 2 so vor, daß der Vorlauf 3 zunächst
einmal entlang der Heizflächenbegrenzung 4 geführt wird, um dann in die schneckenförmig
geführte Wendel 6 einzutreten, so daß der Rücklauf 7 im Bereich des geringsten Wärmebedarfs
in Pos.8 einsetzt und auf-optimal kurzem Weg - parallel zum Vorlauf 3 - die Heizfläche
1 verläßt.
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Die gebogenen Rohrabschnitte 9 weisen eine einzeitliche Größe auf
und führen in geradlinige Verbindungsabschnitte 5 über, wobei die Länge dieser geradlinigen
Rohrabschnitte 5 - entsprechend den Abmessungen der zu belegenden Fläche - variiert
wird. Die Radien der gebogenen Rohrabschnitte 9 weisen - wie erwähnt - etwa das
30-fache Maß des Rohrdurchmessers auf und bilden - in Verbindung mit den geraden
Abschnitten 5 - elastische Formteile, die die durch Dehnung bedingte Spannungen
ohne Gefährdung des Rohres aufnehmen können.