DE2850669A1

DE2850669A1 - Flaechen-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2850669A1
Application number: DE19782850669
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-22
Publication date: 1979-05-31
Also published as: IT7830222A0; CH626716A5; ES475480A1; IT1100602B; FR2410239A1

Description

Friedrich. Schlatter, Riedikon.

Elächen-Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Elächen-Wärmeaustauscher, welcher insbesondere als Bodenheizung eingesetzt werden soll. Bodenheizungen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Die antiken Bodenheizungen der Römer verwendeten Warmluft oder die Abgase von Holzfeuern zur Erwärmung der Steinfussböden und oft zusätzlich einer hohlen Zimmerwand. Diese Raumheizungen waren sehr komfortabel, hatten aber den Nachteil, dass die Bedienung aufwendig ist und dass sie insbesondere für mehrstöckige Gebäude zu teuer sind.

Neuere Bodenheizungen verwenden Wasser als Wärmeträger, welches durch Kunststoffrohre fliesst, die im Estrich eines Eussbodens eingebettet sind. Diese Heizungen versprechen eine geringe Korrosion und weniger Anfälligkeit für Schaden, die von Wärmedehnungen herrühren. Frühere Bodenheizungen mit Kupferrohren oder verzinkten Eisenrohren korrodierten oft ausseror.dentlich schnell oder die Rohre rissen z.ufolge der verschiedenen Materialdehnungen von Rohr und Umgebung* Die Reparaturen waren dann ausserordentlich teuer.

Nachdem nun die schlimmsten Nachteile fast ausgeschaltet sind bestehen aber andere weiter:

1. die Wärmeübertragung von den Kunststoffrohren auf den umgebenden Beton und vom Beton auf die Raumluft lässt noch sehr zu wünschen, übrig. Um. die gewünschten Raumtemperaturen zu erreichen sind Vorlauftemperaturen für diese neuen Bodenheizungen von 35⁰C und darüber erforderlich. Auch wenn die Kunststoffrohre enger verlegt würden, was aufwendig und deshalb teuer ist, würde die Vorlauftemperatur nicht dem Aufwand entsprechend gesenkt werden können. Niedere Vorlauftemperaturen sind aber, insbesondere für Sonnenenergie-Heizungen und für die Nutzung von sonst nicht verwendbarer Abwärme sehr interessant.

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2. Der Aufwand für eine bekannte Bodenheizung ist immer noch zu hoch. Auf den bauseits erstellten Betonboden wird eine Kunststoff-Folie verlegt. Darauf werden Haltevorrichtungen für die Kunststoffrohr-Register befestigt. Darüber wird der Estrich v-'-n einigen cm Dicke gegossen und geglättet. Die Kosten betragen

ρ
Fr. 5o.- bis 55.- pro m , fertig verlegt. Die Gesamtkosten für eine solche Bodenheizung sind in der Regel höher als eine Heizung mit den üblichen Wand-Radiatoren.

3· Die Bodenheizung kann nur mit einer Flüssigkeit (in der Regel Wasser) als Wärmeträger betrieben werden. Die wahlweise Verwendung von Luft als Wärmeträger ist unmöglich wegen den engen Quu-rschnitten der Rühre. Die ungewisse Zukunft über Wirtschaftlichkeit und Erhältlichkeit von Energieträgern (Holz,Kohle,OeI,Gas, Wasserkraft, Kernenergie) macht den Einsatz von Heizungen ratsam, welche leicht an verschiedene Energieträger angepasst werden können. Dies kann auch verschiedene Wärmeträger, also z.B. Wasser und/ oder Luft nötig machen.

4. Bekannte Bodenheizungen mit Rohren und Betonumhüllung können nicht als Wandheizung verwendet werden.

Es ist Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachteile zu vermindern oder ganz zu beheben, sowie zusätzliche neue Vorteile anzubieten.

Der erfindungsgemässe Flächenaustauscher kennzeichnet sich dadurch, dass der Achsabstand der Rippen grosser ist als die Rippenbreite und dass die Profilierung parallel und nur in einer Richtung angeordnet ist.

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Die Erfindung ist an Hand beiliegender Zeichnungen "beispielsweise dargestellt.
Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch eine Bodenheizung zum Betrieb

mit Wasser,
Pig. 2 einen Querschnitt durch eine Bodenheizung zum Betrieb

mit Wasser und/oder Luft,
Pig. 3 einen Längsschnitt gemäss I-I in Pig. 2, mit Luftkanal

links,
Pig. 4 einen Längsschnitt ähnlich Pig, 3, jedoch mit Luftkanal rechts,

Pig. 5 einen senkrechten Querschnitt du ■ oh eine Heizwand, Pig. 6 einen Horizontalschnitt nach III-III in Pig. 7 durch

einen Dachkollektor,
Pig. 7 einen Schnitt durch einen Dachkollektor,

Pig.8 einen Schnitt durch einen Dachkollektor.

In Pig. 1 ist mit 1 ein Betonboden dargestellt. Korkstreifen oder Holzleisten 2 sind in Abständen von ca. 8o cm verlegt und darauf sind verzinkte Trapezbleche 3 gelegt. Zwischen den Leisten 2 und zwischen den Rippen 4 der Trapezbleche ist ein erhärtendes Isoliermaterial, z.B. Isolierbeton, eingebracht. Die Leitungsrohre 5 sind von feinen Metallpartikeln 6 umgeben zwecks guter Wärmeleitung an das Trapezblech 3· Die Metallpartikel ihrerseits sind mit Zement dünn umhüllt. Darüber sind die Rippenkanäle mit einem Sand/Zement -Gemisch aufgefüllt. Auf die Trapezbleche ist ein Klebstoff aufgerakelt und ein 2mm dicker Nylonteppich 14' aufgeklebt.
Nachstehend sind noch andere Ausführungsbeispiele beschrieben.

In Pig. 2 stellt Io den Rohboden dar, auf welchem eine Isolation, z.B. Korkplatten 11, aufliegen. Diese tragen die Trapezbleche mit Rippen 13. In den Rippenkanälen sind Leitungsrohre 5¹ , umhüllt von feinen Metallpartikeln, angeordnet. Die Metallpartikel

ihrerseits sind mit Kleber dünn umhüllt. Darüber sind die Rippenkänäle mit einem Sand/Kleber -Gemisch aufgefüllt. Auf die Trapezblech^ widerum ist ein Bodenbelag aufgeklebt, z.B. Parkettplatten 14. In den kanalförmigen Zwischenräumen 15 zwischen den

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Blechrippen 13 kann Warmluft geführt werden. Man kann also mit diesem Ausführungsbeispiel sowohl mittels Warmwasser in den Rohren 14 wie auch mittels Warmluft den Boden heizen. Di«j Wärmeübertragung ist ausgezeichnet, die Trägheit ist gering zufolge geringem Wärmespeichervermögens. Die Heizung kann wahlweise wie auch gleichzeitig mit Warmwasser und Warmluft bewerkstelligt werden. In Pig. 3, einem Schnitt nach I-I in Pig. 2, ist die Kanalzuführung dargestellt. Ein oder mehrere,in der Isolation ausgesparte, Verteilkanäle 16 führen die Warmluft zu den. Kanälen 13. Die Rippenenden sind schräg abgeschnitten um die Anordnung der Rohrbogen 14' im Kanal 16' zu ermöglichen. Zwischen der Wand und den Enden der Bleche 12 ist ein Zwischenraum von beispielsweise 2mm vorgesehen um dem Blech Wärmeausdehnungen zu erlauben. Die Fuge des Zwischenraumes wird mit einer Pussleiste 18 überdeckt.

Pig. 4, ein. Schnitt nach II-II in der Pig. 2, zeigt den Rückführkanal 18, ähnlich dem Kanal 16. Die nunmehr etwas abgekühlte Luft strömt aus den Kanälen 15 in den Sammelkanal 18. Hier ist der normalerweise geringe Zwischenraum 17 etwas grosser vorgesehen, damit Luft mit einer Düsenwirkung an der regulierbaren Pussleiste 19 vorbei austreten kann. Diese Sonderausführung kann z.B. für Hallenbäder vorteilhaft sein. In solchen Pällen ist es zweckmässig, die Pensterfronten durch aufsteigende Warmluft trocken zu halten.Normalerweise wird hier sonst/eine gewöhnliche

Pussleiste angeordnet. Allgemeines.

Der vorgeschlagene Plächen-Wärmeaustauscher kann sowohl als Bodenwie auch als Wand- und Deckenheizung verwendet werden. Er kann als Warmwasserheizung oder als Luftheizung, oder beides gleichzeitig, gestaltet werden. Er kann auch zum Kühlen dienen.

Die billigste Lösung ist die Warmluftheizung, d.h.ohne die Rohre 5,5'. Die Rippenkanäle sind in diesem Pail mit einem billigen Sand-Zement-Gemisch aufgefüllt (Pig. 2-4) Die Bodenheizung gemäss Pig. 1 ist etwas aufwendiger weil Rohre verlegt sind. Diese können vorteilhaft aus bekanntem und bestens' für diesen Zweck bewährtem Kunststoff bestehen. Solche Rohre sind praktisch korrosionssicher und Rohrbrüche sind zufolge der niederen Vorlauftemperatur und zufolge der Materialelastizität

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nicht zu befürchten. Das Verlegen der Rohre verlangt keine hohe Präzision. Vor dem Verlegen kann man eine kleine Menge des Metall-Zement-Gemisches in die Blechkanäle einbringen. Darnach werden die Rohre 5 eingelegt und eventuell mit Gewichten niedergehalten. Sodann wird das restliche Metall-Zement-Gemisch eingebracht und mittels einem Rakel abgestrichen, gerade über dem Rohr. Die Kanäle werden nachfolgend mit einem Sand-Zement-Gemisch aufgefüllt und abgestrichen. Sofern man die Rohre mit einem sehr kostengünstigen Metallzementgemisch umhüllt, z.b. bei Verwendung von feinen Peil- oder Sägespänen, welche meist kostenlos von Fabriken abgegeben werden, kann man die Kanäle völlig 'damit auffüllen, ohne ein Sand-Zement-Gemisch.

Nach Erhärtung des Metall-Zement-Gemisches kann nun der endgültige Bodenbelag verlegt werden, z.B. Linoleum, Teppich, Keramik- oder Steinplatten. Vorteilhaft sind dünnschichtige Materialien oder gute Wärmeleiter.

Die Rohrführung kann als Register oder als Mäander angeordnet sein. Je nach der Gesamtkonstruktion der Heizung können Kupfer-,Stahloder Aluminiumrohre verwendet werden. Es obliegt dem Fachmann, die Korrosion, Temperaturbeständig usw. zu beurteilen, und dementsprechend die Materialwahl im Einzelfall zu treffen. Ebenso können die Profilbleche aus entsprechendem Metall bestehen.

Man kann die vorstehend beschriebenen Wärmeaustauscher nicht nur als Bodenheizung, sondern auch als Wandheizung verwenden. Mit Vorteil wird für eine Wandheizung jedoch anstelle eines Tx-apezbleches ein Blechprofil gemäss Fig. 5,6 verwendet, im Handel als HOLORIB oder MONTiNARIB bekannt. Aehhlich wie in Fig. 1 und 2 dargestellt werden Rohre 5 in den Rippen .4' befestigt. Eine weitere Ausführungsart wird in Fig. 5 gezeigt: die Rippen sind in dieser Ausführung nicht ganz aufgefüllt, man lässt "Schattenfugen" stehen. Die Befestigung der "schwalbenschwanzförmigen" Rippen an der Gebäudewand bietet dem Fachmann keine Schwierigkeiten. Beispiel:Blechwinkel 2o, an der Gebäudewand befestigt, nehmen in den Ausschnitten 21 die Rippen 22 auf und werden nach dem Einhängen mittels Keilen 23 festgekeilt. Die Heizwand kann mit im Querschnitt U-förmigen Rahmen 24 umrandet sein.

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Wünscht man eine gute Konvektion und ist die Gebäudewand gut isoliert, kann eine Wärmeisolation zwischen Gebäudewand und Wärmeaustauscher entfallen. Die Zimmerluft streicht dann vorder- und rückseitig am Wärmeaustauscher vorbei.

Pig. 6-8: Der Wärmeaustauscher kann auch als preiswerter Sonnenenergie-Kollektor verwendet v/erden. Fig. 6 zeigt einen Schnitt III-III in Fig. 7, welche den Wärmeaustauscher als Dachhaut zeigt. Aehnlich Pig. 5 sind hier HOLORIB-Bleche 3o mit Rohren^in den Rippen versehen, wobei die Rippen hier in federnde Halter 31 eingeschnappt sind. Die äiissere, der Sonne zugewandte Blechfläche^, ist dunkel gefärbt oder mit einem für Sonnenstrahlen selektiven Belag versehen. Selektive Beläge absorbieren Sonnenstrahlung besonders gut und emittieren wenig Strahlung, insbesondere im Infrarotband. Die Halter 31 sind mittels Lehre auf den Pfetten 32 aufgeschraubt. Die Pfettenabstände betragen etwa 8o - 12a cm. Bei 33 ist die Anordnung für ein Ortblech angedeutet und mit 34 die Wärmeisolation. Kollektoren ohne Abdeckung erreichen im Winter 55 C Leerlauftemperatur und im Sommer 75 .

Sind höhere Temperaturen gewünscht, so kann eine Kunststoff- oder Glasabdeckung über der Dachhaut angebracht werden. Die Leistung sinkt dann jedoch etwa»zufolge Absorbtion und Reflexion dieser Abdeckmaterialien.

Die Figuren 6-8 zeigen als Beispiel eine Glasabdeckung aus Glasprofilen 35, zwischen welchen ein Abstand von 2mm für Fugendichtung und Wärme ausdehnungen bleiben muss« Diese Glasprofile, unter dem Markennamen PROPILIT bekannt, dienten bisher als Glaswände an Industrie- und Turnhallen. Sie werden sowohl als einfache wie auch als Doppelwand verwendet. Die Fugen werden mit einer dauerelastischen Dichtung abgedichtet. Aehnlich wie bei bekannten Glaswänden sind die Glasprofile lediglich an deren Enden befestigt (Fig. 7,8). Je nach Schneelast und Winddruck stehen verschiedene Profilarten zur Verfügung, 5ocm, 3ocm, 25cm breite, und ebenso mit verschiedenen Steghöhen und Glasdicken. Die Glasabdeckung und der Sonnenkollektor bilden zusammen ein echtes Doppeldach. Sollte einmal eine Dichtung 36 versagen, läuft das eindringende Wasser auf dem Kollektor ab ohne Schaden anzurichten.

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Verwendet man Glasprofilbreiten, welche der Rippen-Teilung des Metallprofils entsprechen, so kann man es einrichten (siehe Pig.6), dass die Glasstege in der Nähe der Rippen der Blechprofile aufliegen.

Es ist ohne weiteres möglich, auch andere, bekannte Glaseindeckungen anzubringen. Es ist auch möglich, Kunststoffprofile zu verwenden, oder beides zu kombinieren. Die Abdeckung kann direkt auf dem Kollektor befestigt werden oder mittels Profilen, die die Befestigung erleichtern.

Der Kollektor gemäss Pig. 6 ist besonders als Balkonbrüstung, mit entsprechender Wärmeisolation versehen, geeignet.

Pig.7 und 8 zeigen die Befestigung einer Glasabdeckung an einnra Dachkollektor. Pig.7 zeigt die Befestigung am untern Dachrand,, wo ein kräftiges Blechprofil?⁶an der Pfette 32 angeschraubt, die Glasprofile 35 niederhält. Bei 37 ist eine dauerelastische Dichtung angebracht. Aehnlich hält in Pig.8 ein Profil 38 die Glasabdeckung fest und zugleich auch die Pirstkappe 39.

Dieser Sonnenenergie-Kollektor kann, als Dachhaut oder als Passade verwendet werden. Er kann auch als Belag von Parkplätzen, Gehwegen, Terrassen- oder Strassen verwendet werden. In den letzteren Pällen ist es vorteilhaft, die Blechbeschichtung mit einem zähharten Material vorzunehmen, z.B. mit einer dunkeln Epoxyfarbe. Hierfür geeignete Epoxyfarben ertragen eine Million Tritte bis sie die ersten schwachen Abjaüt zunge spur en zeigen. Die rückseitige Wärmeisolation kann vorteilhaft mit Isolierbeton, insbesondßre solchem,-der Polystirol-Perlen enthält, ausgeführt werden. Dieser dient gleichzeitig als Befestigung.

Masse zum Befestigen der Rohre.

Diese Masse soll gut wärmeleitend sein zur Wärmeleitung vom Rohr auf das Blech. Sie. soll genügend schnell erhärten, kostengünstig, korrosionshemmend sein und eine gute mechanische Verbindung gewährleisten. Dazu eignen sich vor allem feine Metallpartikel, vor allem Peilspäne und Metall-Sägespäne, sofern sie nicht gekringelt sind. Gut geeignet sind Mischungen aus Aluminiumpartikeln mit Epoxyharz en, wobei der Harzanteil niedrig gehalten werden soll. Auch andere Mehrkomponenten-Polymer sind geeignet.

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Geeignet ist auch Zement als Beigabe zu den Metallpartikeln. Jedoch, ist eine Zugabe von Härtungsbeschleunigern und Kunststoffen,welche die Eleastizität und Klebkraft verbessern,vorteilhaft. Eine sehr kostengünstige Masse ist auch ein Eisenpartikel/Bitumengemisch. Die Bitumen-Umhüllung verhindert die Korrosion des Eisens und verklebt die Partikel ähnlich wie den Sand im Strassenbau. Vorteilhaft sind Kaltemulsioiien^owohl solche als Wasseremulsion wie auch mit Alkoholverdünnung.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in niedrigen Gestehungskosten, verbesserter Wärmeübertragung, niederen Vorlauftemperaturen und geringen Unterhaltskosten.

Bei Verwendung von Kunststoffrohren anstelle von Metallrohren ,ist die Korrosionsanfälligkext fast völlig beseitigt. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Heizanlagen, wo der Wärmeträger durch verschiedene Materialien fliesst und dadurch ein elektrolytisches Gefälle entsteht. Kunststoffrohre erlauben auch Zusätze zum Wasser die das Gefrieren verhindern, z.B. Glycol oder Salz.

Kosten.

Eine erfindungsgemässe Warmluftheizung ähnlich Fig.2, ohne Rohre,

kommt auf etwa Er. 3o.- pro m , fertig verlegt, zu stehen. Im Vergleich dazu kostet eine konventionelle Bodenheizung mit Rohren,

eingebettet in einem Zementestrich, etwa Fr. 5o.- bis 55.- pro m .

Eine erfindungsgemässe Bodenheizung wie Pig. 1, mit Kunststoff-

2
rohren,kommt auf etwa Fr. 45.- pro m , fertig verlegt, zu stehen.

Erfindungsgemässe Sonnenenergie-Kollektoren ähnlich Fig.6, jedoch ohne Glasabdeckung, ohne Isolation gerechnet, kosten etwa Fr.55,-

P
pro m , fertig verlegt.

Erfindungsgemässe Sonnenenergie-Kollektoren wie nach Fig.6, mit Glasabdeckung, ohne Isolation gerechnet, kosten etwa Fr. 95.-

2
pro m , fertig verlegt.

Erfindungsgemässe -Sonnenenergie-Kollektoren für Terrassen, Gehwege etc
verlegt.

2 wege etc. kosten mit der Isolation etwa Fr. 6o.- pro m , fertig

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Leerseite

Claims

Patentansprüche I.\ Flächen-Wärmeaustauscher, profiliertes Blech nit Rippen ent- \_J haltend, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand der Rippen (4-) grosser ist als ""die Rippen "breite und dass die Profilierung parallel und nur in einer Richtung angeordnet ist. II. Verwendung des Flächen-Wärmeaustauschers im" Bauwesen. Unteransprüche

1. Flächen-Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (4) annähernd V-,trapez-, oder schwalbenschwanzförmigen Querschnitt aufweisen und die übrige Blechfläche in einer Ebene liegt.

2. Flächen-Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rippen(4,22) Rohre(5) angeorndet sind, welche mit einer gut wärmeleitenden Masse (6) darin befestigt sind zwecks Wärmeübertragung vom Wärmeträger auf das Blech(3), insbesondere mit einer Masse (6) welche feine Metallpartikel und Bindemittel enthält.

3. Flächen-Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel Abfälle aus der Metallbearbeitung sind und das Bindemittel Mehrkomponenten-Kunststoffe enthält, insbesondere polymeris^ierende.

4. Flächen-Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel Abfälle sind und das Bindemittel Zement enthält.

5. Flächen-Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) aus Kunststoff bestehen, insbesondere aus vernetzten! Polyäthylen.

6. Flächen-Wärmeaustauscher nach linteransprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass er mittels federnder Halter (31) befestigt ist.

7. Flächen-Wärmeaustauscher nach Unteransprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer transparenten Abdeckung, insbesondere mit U-förmig geformten Glasprofilen, welche an den Längsrändern Versteifungsstege aufweisen.

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8. Verwendung des Flächen-Wärmeaustauschers nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er als Warmluft-Bodenheizung verwendet wird, wobei die Blechrippen(4) nach unten vorstehend angeordnet sind, und die Zwischenräume (15) zwischen diesen als Luftkanäle ausgebildet sind, welche in Verteil- und Sammelkanäle (16) münden.

9. Verwendung des Flächenwärmeaustauschers nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er als Sonnenenergie-Kollektor verwendet w^'d.

Io. Verwendung der. Flächen-Wärmeaustauschers nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er als Sonnenenergiekollektor und als Belag für begeh- oder befahrbare Flächen, insbesondere für Gehwege, Terrassen und Parkplätze verwendet wird.

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