-
-
Beschreibung:
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Heizung und/oder Klimatisierung
von umbauten Räumen, insbesondere von Wohnräumen, bei der in mindestens einer den
Raum umgrenzenden Wand, vorzugsweise im Fußboden, ein Wärmeaustauscher verlegt ist,
vorzugsweise in Form von Rohren und bei der zusätzlich Heiz- bzw. Kühlgeräte vorgesehen
sind, vorzugsweise unterhalb von Fenstern.
-
Fußbodenheizungen haben den Vorteil, daß, abgesehen von sehr großem
Wärmebedarf, eine behagliche Fußbodentemperatur besteht. Die Raumtemperatur kann
wegen des Strahlungseinflusses des Fußbodens ohne Einbuße an Komfort niedriger liegen
als bei anderen Heizungsarten, was eine beträchtliche Energieersparnis mit sich
bringt. Die Temperatur des Heizmediums liegt niedriger als bei anderen Heizungsarten,
so daß sich die Fußbodenheizung gut für die Nutzung von bei niedriger Temperatur
anfallender Wärme eignet, also z.B. für die Verwendung im Zusammenhang mit Solaranlagen
und/oder im Zusammenhang mit Wärmepumpen.
-
Nachteilig an Fußbodenheizungen ist vor allem die große Trägheit,
mit der die Wärmeabgabe auf die Wärmezufuhr reagiert.
-
So ist eine Nachtabsenkung der Raumtemperatur bei bekannten Fußbodenheizungen
praktisch nicht möglich, da eine nennenswerte Temperaturänderung im Raum erst mehrere
Stunden nach
Absperrung der Wärmezufuhr stattfindet. Als weitere
Nachteile sind zu nennen die unbehaglich hohe Fußbodentemperatur bei großer Heizleistung,
also bei niedriger Außentemperatur, ungünstige Raumtemperaturverhältnisse im Fensterbereich
und Zugerscheinungen im Fensterbereich durch Kaltlufteinfall.
-
Um diese Nachteile der reinen Fußbodenheizung zu mildern, wurde bereits
die Kombination der Fußbodenheizung mit besonderen Heizkörpern vorgeschlagen. Die
Heizkörper dienen dabei hauptsächlich zur Beseitigung der ungünstigen Erscheinungen
im Fensterbereich (niedrige Temperatur und Zugerscheinungen in diesem Raumbereich).
Bei den bekannten Anlagen sind besondere Kreisläufe für die Versorgung der Heizkörper
vorgesehen, was einen erheblichen Bauaufwand erfordert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs
genannten Art so auszubilden, daß unter Beibehaltung der Vorteile einer Heizung
bzw. Kühlung mit Wärmeabgabe bzw.
-
Wärmeaufnahme durch Raumwände, insbesondere durch den Fußboden, besondere
Heizmediumkreisläufe für die Heiz- bzw. Kühlgeräte nicht erforderlich sind.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die den
Wärmeaustauscher enthaltende Wand als Wärme speicher ausgebildet ist und eine Wärmeisolierung
zum Raum hin aufweist und daß die Heiz- bzw. Kühlgeräte über den genannten Wärmeaustauscher
(Entladungsaustauscher) oder einen weiteren Wärmetauscher (Entleerungsaustauscher)
mit dem Wärme speicher zur Entnahme von Wärme aus diesem verbunden werden kann,
wobei die Verbindung steuerbar ist.
-
Da gemäß der Erfindung der Wärmeaustausch zwischen den Heiz-bzw. Kühlgeräten
und dem Wärmespeicher erfolgt, sind besondere Kreisläufe zu einer entfernten Wärmequelle,
also z.B. einem Heizkessel hin, nicht erforderlich, um die Heiz- bzw. Kühlgeräte
zu speisen. Die Speicherung der Wärme im Fußboden oder einer anderen Wand eines
Raumes ist praktisch verlustfrei, da die an sich unvermeidlichen Wärmeverluste durch
die Wärmeisolierung
des Speichers hindurch für die Raumheizung
genutzt werden. Im Falle einer Kühlung des Raumes trägt die unvermeidliche Erwärmung
des Wärme speichers durch die Isolierung hindurch zur Kühlung des Raumes bei. Die
zusätzlichen Heiz- bzw.
-
Kühlgeräte gestatten eine schnelle Anpassung bei Regelungsvorgängen,
da die Heiz- bzw. Kühlleistung der Geräte innerhalb kürzester Zeit voll zur Wirkung
gebracht werden kann bzw.
-
vollständig abschaltbar ist.
-
Für die Erfindung sind verschiedene Ausführungsformen möglich.
-
In den Ansprüchen 2 und 3 ist eine Ausführungsform angegeben, bei
der der Entladungsaustauscher durch Luftkanäle gebildet ist. Für die Zuführung der
Wärme (bzw. die Abkühlung des Wärmespeichers) ist in diesem Fall ein besonderer
Aufladungsaustauscher vorgesehen, im allgemeinen eine Rohrschlange.
-
In den Ansprüchen 4 und 5 ist eine Ausführungsform angegeben, bei
der der Aufladungsaustauscher und der Entladungsaustauscher identisch sind. Durch
Umschaltung von Ventilen kann vom Ladebetrieb auf den Entladungsbetrieb umgeschaltet
werden. Es ist auch möglich, dem Wärmespeicher gleichzeitig Wärme zuzuführen und
gleichzeitig Wärme aus ihm zu entnehmen.
-
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der Wärmeentnahme aus dem Wärmespeicher
mittels Raumthermostaten (Anspruch 6). Diese können also im Falle einer Wärmeentnahme
mittels eines Luftstromes den Luftstrom fördernde Gebläse ein- und ausschalten.
-
Im Falle der Wärmeentnahme mittels eines flüssigen Wärmeträgers, der
in Rohrleitungen bewegt wird, können durch den Raumthermostaten Ventile gesteuert
werden.
-
Die Ausführungsform nach Anspruch 7 hat den Vorteil, daß der Inhalt
von Wärmespeichern für Räume ausgenutzt werden kann, die von dem Wärmespeicher entfernt
sind, d.h. man kann Wände, vorzugsweise Fußböden, von unbenutzten Räumen mit zur
Wärmespeicherung heranziehen.
-
Im Interesse einer möglichst großen Speicherkapazität wird man die
gesamte Dicke einer Wand, z.B. eines Fußbodens, als Wärmespeicher ausnutzen (Anspruch
8). Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, d.h. auch ein Teil der Dicke
eines Fußbodens kann zur Wärmespeicherung genügen (Anspruch 9). Im allgemeinen wird
man gemäß Anspruch 10 den Wärmespeicher beidseitig isolieren.
-
Die Verteilung der abgegebenen Wärmemengen auf Wärmeabgabe durch die
Wand und Wärmeabgabe durch die zusätzlichen Heiz-bzw. Kühlgeräte kann in weiten
Grenzen variieren, für die im Anspruch 11 Angaben enthalten sind. Im Falle der Verwendung
der Anlaqe zusammen mit liner Solaranlage und/oder einer Wärmepumpenanlage wird
man die Isolierung des Wärmespeichers so wählen, daß die Wärmeabgabe durch den Fußboden
(oder eine andere Wand) relativ gering ist. Wird hingegen die gesamte Wärme in einem
Heizkessel erzeugt, so wird man die Wärmeabgabe über den Fußboden größer wählen.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Anlage,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch
ein Heizgerät, wie es in der Anlage nach den Fig. 1 und 2 verwendet ist, Fig. 4
einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Heizgerätes,das
anstelle des Gerätes nach den Fig. 3 und 4 verwendet werden kann,
Fig.
6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5 Fig. 7 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Anlage, in der die Wärmeentnahme aus dem Wärme speicher mittels eines Luftstromes
erfolgt, Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 7 in einem gegenüber
Fig. 7 vergrößerten Maßstab, Fig. 9 eine Draufsicht auf eine Bodenplatte für die
Verwendung in der Anlage nach den Fig. 7 und 8, Fig.10 einen Schnitt nach Linie
X-X in Fig. 9 und Fig.11 einen der Fig. 10 entsprechenden Schnitt bei einer alternativen
Ausführungsform der Erfindung.
-
Der in Fig. 1 gezeigte, zu beheizende (oder eventuell zu kühlende)
Raum 1 ist von Innenwänden 2, 3, 4 und einer Außenwand 5 begrenzt, in der sich ein
Fenster 6 befindet. Im Fußboden 7 ist eine Rohrschlange 8 verlegt. Diese Rohrschlange
ist sichtbar gezeichnet, während sie in Wirklichkeit natürlich unsichtbar ist. Man
kann sich Fig. 1 als Horizontalschnitt im Bereich der Rohrschlange 8 vorstellen.
Die Rohrschlange wird in Richtung des Pfeiles 9 durchströmt. Am links befindlichen
Ende 8a der Rohr schlange mündet das Rohr in ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Heizgerät
ein.
-
Wie man aus Fig. 1 ersehen kann, ist nur ein Teil der Fläche des Fußbodens
7 von der Rohr schlange 8 belegt. Der als Wärmespeicher wirksame Bereich des Fußbodens
ist durch den strichpunktierten Rahmen 31 angedeutet. Man könnte aber auch den gesamten
Fußbodenbereich für die Wärmespeicherung und Wärmeabgabe benutzen.
-
Obwohl die Anlage auch zum Kühlen des Raumes 1 geeignet ist, wird
zur Vereinfachung der Beschreibung im folgenden nur von der Raumbeheizung gesprochen.
Bei einer Ausnutzung der Anlage zur Raumkühlung erfolgt der Wärmetransport in umgekehrter
Richtung.
-
Wie man aus Fig. 2 ersehen kann, ist die Rohrschlange 8 in einem wärmespeichernden
Material 11 verlegt. Oberhalb des wärmespeichernden Materials 11 ist eine Wärmeisolierschicht
12 und unterhalb des wärmespeichernden Materials eine Wärmeisolierschicht 13 angeordnet.
Die Isolierschicht 13 liegt auf einer Betondecke 14 auf. Die Dicke der Isolierschicht
12 ist so bemessen, daß durch diese Isolierschicht hindurch relativ wenig Wärme
aus dem Speicherkern 11 in den Raum 1 entweichen kann.
-
Das Heizgerät 10 ist in den Fig. 3 und 4 genauer dargestellt.
-
Das Heizgerät enthält einen Konvektor 14, der in einem Luftschacht
15 angeordnet ist. Der Konvektor hat in bekannter Weise Lamellen 14a, die wärmeleitend
mit einem Rohr 14b für die Durchleitung von Heizmedium verbunden sind. Unterhalb
des Konvektors 14 sind Gebläse 16 und 17 angeordnet, die entsprechend den Pfeilen
18 von unten Luft ansaugen und diese entsprechend den Pfeilen 19 nach oben ausblasen.
-
Den Gebläsen 16, 17 ist ein Raumthermostat 20 zugeordnet, der vorzugsweise
mit einer Zeitschaltuhr kombiniert ist. Der Thermostat 20 steuert die Ein- und Ausschaltung
der Gebläse 16, 17 über die Steuerleitung 21.
-
Die Anlage arbeitet wie folgt. Wenn der Raum keinen oder einen nur
geringen Wärmebedarf hat, sind die Gebläse 17, 18 ausgeschaltet. Dies ist z.B. der
Fall, wenn der Thermostat 20 eine genügend hohe Raumtemperatur registriert oder
wenn wegen Nachtabsenkung der Temperatur eine weitere Wärme zufuhr überhaupt nicht
stattfinden soll. In dieser Zeit nun kann trotzdem Heizmedium durch die Rohrschlange
8 gefördert werden, wobei der Speicherkern 11 aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird
eine gewisse Wärmemenge pro Zeiteinheit durch die Isolierung 12 hindurch in den
Raum 1 gelangen. Diese Wärmemenge bildet die Grundheizung und kann relativ gering
gehalten werden, indem die Isolierschicht 12 entsprechend gewählt wird. Wenn nun
die Grundheizung nicht mehr ausreichend ist, werden die Gebläse 16, 17, gesteuert
durch den Raumthermostaten 20, in Bewegung
gesetzt, wodurch ein
Luftstrom entsteht, der in den Fig. 3 und 4 durch Pfeile angedeutet ist. Die Luft
nimmt am Konvektor 14 Wärme auf, wobei verhältnismäßig große Wärmemengen pro Zeiteinheit
auf die Raumluft übertragen werden können.
-
Der Heizkörper 10 ist unterhalb des Fensters 6 angeordnet, so daß
unangenehme Zugerscheinungen vermieden werden, und zwar auch bei Stillstand der
Gebläse 16, 17, da ja schon durch den natürlichen Luftstrom ein ausreichender Warmluftvorhang
vor dem Fenster 6 gebildet wird.
-
Anstelle des Heizkörpers 10 könnte auch ein Heizkörper 22 gemäß den
Fig. 5 und 6 verwendet werden. Der Heizkörper 22 enthält eine Rohrschlange 23 und
hat vertikal angeordnete Lamellen 24, die wärmeleitend mit der Rohrschlange 23 verbunden
sind. Am Zuflußende 23a der Rohrschlange 23 befindet sich eine insgesamt mit 25
bezeichnete Armatur, an die außerdem eine Zuflußleitung 26 und eine Umgehungsleitung
27 angeschlossen sind. In der Armatur 25 befindet sich ein Ventil, das mit einem
Betätigungsorgan 28 gesteuert werden kann.
-
Das Betätigungsorgan 28 wird von einem Raumthermostaten 29 gesteuert,
dem eine Zeitschaltuhr 30 zugeordnet ist. Bei einer Stellung des Ventils ist der
Zustrom von Heizmedium aus der Leitung 26 in den Heizkörper 22 möglich, während
bei einer anderen Stellung das Heizmedium von 26 direkt in die Umgehungsleitung
27 strömt.
-
Die Anlage wird ähnlich betrieben, wie dies mit Heizkörpern nach den
Fig. 3 und 4 möglich ist, mit dem Unterschied, daß anstelle eines Ein- und Ausschaltens
der Gebläse ein Umschalten des Ventils in der Armatur 25 erfolgt, so daß bei Wärmebedarf
Heizmedium in den Heizkörper einstromt, während andernfalls das Heizmedium direkt
über die Umgehungsleitung 27 geleitet wird. Über die Leitung 26 wird Wärme aus dem
hier mit 11' bezeichneten Speicherkern in den Heizkörper 22 transportiert.
-
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 11 ist der zu beheizende
Raum insgesamt mit 32 bezeichnet. Der Raum ist von
einer Außenwand
33 und Innenwänden 34, 35 und 36 begrenzt.
-
Der Fußboden des Raumes ist insgesamt mit 37 bezeichnet.
-
Wie man aus Fig. 8 ersehen kann, liegt auf einer Betondecke 38 eine
Wärmeisolierschicht 39 auf. Über dieser Isolierschicht befindet sich ein wärmespeicherndes
Material 40, das z.B. aus Beton, Stahlgewebe oder in Gefäßen, die auch als Rohrleitungen
ausgebildet sein können, eingeschlossener Flüssigkeit bestehen kann.
-
Das Speichermaterial 11, 11' der bereits beschriebenen Ausführungsformen
kann aus gleichem Material bestehen. In dem Speichermaterial 40 ist eine Rohrschlange
41 verlegt, die wiederum entsprechend Fig. 1 nur einen Teil des Bodens erfassen
kann, z.B. den Teil, der in Fig. 7 durch den strichpunktierten Rahmen 31'umgrenzt
ist. Über dem Speichermaterial 40 sind Bodenplatten verlegt, deren Beschaffenheit
anhand der Fig. 9 bis 11 noch beschrieben werden wird. Diese Bodenplatten bilden
Luftkanäle 42, die nach oben durch eine Abdeckung 43 abgeschlossen sind.
-
In den Fig. 9 und 10 ist eine insgesamt mit 44 bezeichnete Bodenplatte
dargestellt. Diese Bodenplatte besteht aus einer Isolierschicht 45 und einem über
der Isolierschicht 45 befindlichen Fußbodenbelag 46, der mit der Isolierschicht
45 verklebt sein kann. An der Unterseite der Isolierschicht 25 befinden sich Kanäle
47 und 48. Die Fußbodenplatten 44 werden so verlegt, daß die Kanäle 47, 48 benachbarter
Platten ineinander übergehen.
-
Gemäß der Alternative nach Fig. 11 sind auf dem Speicherkern 40 Isolierstreifen
49 verlegt, auf die Fußbodenplatten 50 aufgelegt sind. Zwischen zwei Isolierstreifen
befinden sich Kanäle 51, die nach oben hin durch die Fußbodenplatte 50 abgeschlossen
sind.
-
Wie man aus Fig. 8 ersehen kann, erstreckt sich parallel zur Außenwand
33im Bereich unterhalb der Fenster 52 ein Hohlraum 53, der nach oben durch eine
Abdeckung 54 abgeschlossen ist.
-
Die Kanäle 47, 48 (bzw. 51) münden in den Raum 53. In dem Raum 53,
der durch einen Filter 55 unterteilt ist, befinden sich links von dem Filter 55
mehrere Gebläse 56. Die Gebläse 56 sind in eine Trennwand 57 eingebaut und fördern
in einen Raum 58, der oben mit einem Luftaustrittsgitter 59 abgedeckt ist.
-
Parallel zur Wand 35 des Raumes erstreckt sich ein Hohlraum 60, der
mit einer Leiste 61 abgedeckt ist, jedoch nicht vollständig, so daß Ansaugspalte
62 und 63 für Raumluft vorhanden sind.
-
Die Gebläse 56 werden von einem Raumthermostaten 64 gesteuert, dem
eine Zeitschaltuhr 65 zugeordnet ist. Die Steuerung erfolgt über eine Leitung 66.
-
Wenn im Raum 32 keine Wärme benötigt wird, sind die Gebläse 56 außer
Betrieb. Wenn der Thermostat 64 Wärmebedarf meldet, werden die Gebläse 56 in Gang
gesetzt, wonach Luft angesaugt wird, die aus dem Raum 32 durch die Spalte 62 und
63 angesaugt wird, die Kanäle 42 durchströmt und aus dem Austrittsgitter 59 austritt.
Der Luftstrom ist durch den Pfeil 64 symbolisiert.
-
Gleichzeitig mit der Wärmeentnahme kann eine Speicherung von Wärme
im Material 40 erfolgen. Die Wärme wird durch ein Wärmeträgermedium zugeführt, das
durch die Rohrschlange 41 strömt. Eine Zunahme des Wärmeinhaltes des Speichers 40
wird jedoch in der Regel nur dann stattfinden, wenn nicht gleichzeitig mit der Zuführung
von Wärme in den Speicher auch Wärme aus dem Speicher entnommen wird. Ein Teil der
Wärme tritt auch unmittelbar über den Fußboden in den Raum 32 ein, da die Bodenplatten
naturgemäß eine vollständige Isolierung nicht bewirken. Dieser Wärmeaustritt ist
erwünscht, um eine Grundheizung des Raumes zu bewirken. Die Speicherverluste werden
also unmittelbar nutzbar gemacht.
-
L e e r s e i t e