DE2649273A1

DE2649273A1 - Flaechen-wasserheizung

Info

Publication number: DE2649273A1
Application number: DE19762649273
Authority: DE
Inventors: Horst Ing Grad Kieslich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1978-05-03

Description

Horst Kieslich OC/QO7O

Fläehen-Wasserheizung

Für die Beheizung von Gebäuden werden die unterschiedlichsten Heizsysteme angewendet, beispielsweise Elektrospeicher oder Elektrodirektheizer, Warmluftheizung, Warmwasserheizung, Heißwasserheizung.

Bevorzugt wird die Warmwasserheizung mit Heizkörpern (Radiatoren, Konvektoren) oder als Flächenheizung, wie Deckenoder Fußbodenheizung, aber auch als Wandheizung eingesetzt.

Die Vorteile der Flächenheizung im Fußboden werden immer häufiger ausgenutzt. Sie bietet durch den sehr hohen Strahlungsanteil bei niederen Oberflächentemperaturen um 28 C eine Energieeinsparung gegenüber Radiatoren bei gleichem Wärmekomfort.

Grundsätzlich muß das Heizmittel aber höhere Temperaturen haben als die Raumtemperatur. Normal wird die Raumtemperatur mit 20 C festgelegt, das heißt, daß die Heizmitteltemperatur über 20 C liegen muß; sie liegt in der Regel, je nach System, bei 20 bis 90 C oder 20 - 120 C und bei Flächenheizung bei 20 - 45° C oder 20 - 60° C.

Die niedrigen Heizmitteltemperaturen bei Flächenheizungen ermöglichen, daß natürliche Wärmequellen zur Heizung herangezogen werden können.

Besonders geeignet ist dafür die Wärmepumpe. Aus dem Erdreich, dem Grundwasser oder Flußwasser (bedingt auch aus der Luft) wird Wärme entzogen und mittels Wärmepumpe auf brauchbare Heiztemperaturen, also auf höhere Temperaturen weit über 20 C bis etwa k2 C, auf der Kondensator- oder Verflüssigerseite nach dem Verdichter der Wärmepumpe transformiert. Dazu ist natürlich elektrische Energie für den Antrieb des Verdichters erforderlich, so daß im Schnitt eine solche Anlage mit einer Leistungsziffer von 3*5 betrieben werden kann. So kann immerhin mit 1 kW Aufwand elektrischer Energie eine Heizleistung von 3,5 kW erzeugt werden.

Außer der Erd- bzw. Grundwasserwärme steht als natürliche Wärmequelle die Sonnenenergie unbegrenzt zur Verfügung. Die absorbierte Wärmeleistung ist allerdings in unseren Breitengraden sehr stark abhängig vom Stand der Sonne (Jahreszeit), dem Grad der Bewölkung und ist natürlich nur tagsüber möglich. Schließlich muß sogar bei einem bestimmten Temperatur-

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zustand der Kreislauf Sonnenwärmeempfanger (Sonnenkollektor) zum Speicher unterbrochen werden. Dies ist erforderlich, damit nicht durch Umkehrung die gespeicherte Wärme über den Sonnenkollektor wieder abgegeben wird, ind.em dieser als Heizkörper wirkt. Hinzu kommt, daß bei höchstem Sonnenstand und größter eingestrahlter Wärme diese Energie nicht oder nur bedingt für Brauchwasserheizung genutzt werden kann. Das Gebäude darf nicht beheizt, sondern muß im Gegenteil eher gekühlt werden.

Um alle diese Nachteile zu vermeiden und einen weit höheren Grad der Nutzung der uns zur "Verfügung stehenden Naturenergie zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Heizung mit Wasser natürlicher Temperaturen zu betreiben. Die Temperaturen liegen hier zwischen 4-10 C bei Grund- und Flußwasser und 0-20 C und höher mit Nachheizung durch Sonnenkollektor. Nach der Erfindung wird nur die Primärwärme, die jeweils das Grundwasser, Erdreich oder die Sonne bieten, direkt zur Heizung verwendet.

Die Lösung der Erfindung besteht darin, daß die bekannten Systeme der Verlegung von Heizungsrohren (vornehmlich Kunststoffrohre) für beispielsweise Flächen-Fußbodenheizung so angewendet werden, daß die Rohrschlangen außen an die Außenwandflächen des Gebäudes verlegt werden. Darauf kommt als zweite Schicht die äußere (volle) Wärmedämmung von ca. 3 cm Styropor. Ist die Außenwand aus z. B. 30 cm Mauerwerk erstellt, dann ergibt sich aus diesem Bauwerk eine sehr wärmespeichernde schwere Bau st off masse.· Diese, kombiniert mit einer sehr wärmedämmenden leichten Baustoffmasse, bildet als mindestens zweischichtige Wand (ohne Putz und oder auch einer KlinkerVormauer) bauphysikalisch die Grundlage für die Kaltwasserheizung .

Das zu verlegende Rohrsystem wird erfindungsgemäß nach Fig. 1 zwischen die beiden Schichten eingebracht.

Vorteilhaft werden die Außenwand und auch das Dach mit einem K-Wert von 0,556 ausgeführt.

Die nach der Erfindung mögliche Dachbeheizung bietet die größte Fläche im Verhältnis zum Umfang der Außenwand bei einstöckigen Gebäuden. Vor allem ist aber wichtig, daß bauphysikalisch die zweischichtige Wand zur optimalen Nutzung der Naturwärme erfindungsgemäß so beschaffen sein soll, daß die Wärmedämmzahl der innenliegenden, wärmespeichernden schweren Wand und der wärmedämmenden, außenliegenden leichten Wandschicht etwa gleich groß ist. Bei dieser Anordnung liegt die Frostgrenze fast zwischen der Nahtstelle 1. und 2. Schicht (ohne außen beheizte Wand) bei einem stationären Temperaturzustand von +17,3 C Innenwand- (20 C Raumlufttemperatur) und -19 C Außenwandtemperatur (Außenluft -20 C.

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Das gleiche gilt für die Dach-Kaltwasserheizung nach Fig. 2 für das Flachdach oder nach Fig. 3 für das Giebeldach. Für das Giebeldach gibt es mehrere Yerlegungsmöglichkeiten je nach Ausbau des Giebels. Einmal kann das -Rohrregister direkt unter die Wärmedämmschicht frei bzw. offen verlegt werden (Fig. 3). Dabei wird der Dacnboden mit Kaltwasser beheizt oder das Rohrregister wird in den Fußboden der Dachdecke verlegt, so wie es die Fig. k alternativ zeigt.

Erfindungsgemäß kann mit dieser Anordnung direkt oder indirekt das Giebeldach oder das Flachdach im Sommer durch die Kaltwasserheizung von 10-12 C gekühlt werden.

Das Dach ist am Wärmeverlust, aber auch als Wärme empfänger bei sommerlicher Sonneneinstrahlung an der Gesamtwärmebilanz sehr stark beteiligt.

Die' Kühlung durch die erfindungsgemäße Kaltwasserheizung im Sommer ist ein zusätzlicher Nutzen, der vor allem außer den Stromkosten für die Umwälzpumpe (50 Watt/h) im Gegensatz zu bekannten Kühlklimageräten keine Energie verbraucht. Die Kaltwassertemperatur aus Brunnen-, Grund- oder Flußwasser übersteigt nicht die 20 C-Grenze. Damit ist im Sommer Kühlbetrieb möglich.

Die äußere Wärme dringt gar nicht erst in das Dach ein, sondern wird durch das Kaltwasser abgeführt. Das gleiche gilt natürlich auch für die kaltwasserbeheizten ümfassungswände des. Gebäudes.

Die Kaltwasserheizung verhindert grundsätzlich, wie schon erwähnt, das Eindringen der 0 C-Grenze in das Mauerwerk, also der 1. Massivschicht. Frostschäden können im Massivwerk nicht auftreten. Ebenso können, wo bisher Dampfsperren erforderlich waren, diese entfallen. Durch die Kaltwasserheizung der Grenzbzw. Nahtstelle zwischen den beiden Schichten wird der Wandkern auf einer Temperatur von mind. 6 C oder mehr gehalten. Hierdurch wird die Gefahr von Taupunkt, Korrosion und Kondensatbildung ausgeschlossen.

Bei Kühlbetrieb im Sommer muß durch Regelungsmaßnahmen, wozu bekannte Regeleinrichtungen und Verfahren herangezogen werden können, eine Unterkühlung der Wandflächen auf Taupunkttemperatur natürlich verhindert werden.

Betrachtet man den stationären Temperaturverlauf mit und ohne Kaltwasserheizung bei gleichem zweischichtigem Wandaufbau, so kann festgestellt werden, daß die erforderliche spezifische Heizleistung in Abhängigkeit der Außentemperatur und der Höhe der Kaltwassertemperatur äußerst niedrig ist. Dabei vermindert sich der Transmissions-Wärmeverlust auf 40 % bis zu 60 % .

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Das bedeutet, daß eine Heizungsanlage für Warmwasser- bzw. Fußbodenheizung mit 20 - 60 C Heizmitteltemperatur (und angenommenem Pensteranteil der gesamten Wand- und Dachflächen von Q,l8) mit einer spezifischen Leistung von 90 W/m h reduziert werden kann in eine zu installierende Heizleistung von

§|| χ 90 = 60 W/m²h.

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Es ist eine Ersparnis der installierten Leistung pro m Wohnfläche von 33 % und eine durchschnittliche Energieersparnis von 40 - 60 %, je nach vorhandener Kaltwassertemperatur und Nachheizung durch Sonnenenergie, möglich.

Die Betriebskosteneinsparung liegt wesentlich höher und kann, beispielsweise bei Außentemperatur +5 C und mit Kaltwasser, welches durch Sonnenkollektoren von 10 C auf 19 C aufgeheizt wurde, eine Energieeinsparung bis 87 % erreichen. Schon wenige Grade Temperaturerhöhung durch Sonnenenergie in den Wintermonaten September bis April erbringen eine erhebliche Verminderung des Transmissionswärmeverlustes.

8 09818/03 03 - 5 - Patentansprüche -

Claims

- r- Patent a η s ρ r Ü c he

1.) Verfahren zur Beeinflussung der Temperatur innerhalb eines Gebäudes unter Ausnutzung natürlicher Primärenergiequellen mittels Flächenheizkörpern,

dadurch gekennzeichnet, daß

Grund-, Quell- oder Flußwasser direkt oder über Wärmetauscher an der Außenseite der Außenwände und in der äußeren Dachfläche ein Wasserrohrsystem beaufschlagt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei Aufheizung das Grund-, Quell- oder Plußwasser zusätzlich in Sonnenkollektoren erwärmt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch und/oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Außenwände und die Dachflächen des Gebäudes bei einem k-Wert von etwa 0,556 von außen nach innen folgenden Aufbau haben:

etwa 3 cm Styropor oder dergleichen mit hoher Wärmedämmung,

Rohrschlangen zur Wasserführung,

etwa 30 cm Mauerwerk oder dergleichen mit.hoher Wärmespeicherfähigkeit,

wobei beide Schichten annähernd gleiche Wärmewiderstände aufweisen.

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