-
Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Konvektor zur Verwendung
in Verbindung mit einer Fußbodenheizung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Bei einer derartigen Niedertemperaturauslegung einer Fußbodenheizung
ergeben sich dennoch verschiedene bis jetzt ungelöste Probleme; die maximale Fußboden-Oberflächentemperatur
soll aus physiologischen Gründen nicht mehr als 290 betragen. Ist sie höher, so
wirkt sich das auf das Wohlbefinden der Personen, die auf einem solchen Fußboden
laufen müssen, negativ aus. Unter anderem wird die zur Temperaturregulierung des
menschlichen Organismus gehörende Wärmeabgabe über die Fußsohlen ansonsten unangemessen
reduziert. Die bei einer maximalen Fußboden-Oberflächentemperatur von 290C erreichbare
Wärmeleistung reicht jedoch im allgemeinen nicht aus, um einen Kaltlufteinfall an
Fensterflächen zu kompensieren bzw. abzuschirmen. Als Folge davon ergibt sich ein
Verstärkungseffekt der asymetrischen Strahlungsentwärmung der sich im Raum aufhaltenden
Personen im Verhältnis zu den unterschiedlich temperierten Raumumschließungsflächen.
Das bedeutet mangelnde Behaglichkeit (Lit.Prof.Dr. -Ing.
-
H.Esdorn, Uni Berlin).
-
Die Einbeziehung der Wandflächen in eine Heizung nach Art der Fußbodenheizung,
also die Anordnung von Heizungsrohren nicht nur im Fußboden, sondern auch in der
Wand, ist nicht sinnvoll, weil die Gefahr erhöhter Wärmeverluste über den Baukörper
besteht.
-
Eine derzeit praktizierte Möglichkeit, in den Randzonen eine verstärkte
Wärmeabgabe
des Heizungssystems zu bewirken, besteht darin, in den
Randzonen die Abstände der verlegten Rohre geringer zu wählen. Das verursacht aber
auch dann in diesen Bereichen eine erhöhte Fußbodentemperatur, wenn gerade eine
Kaltluftabschirmung nicht erforderlich ist. Das durch einen solchen stellenweise
engeren Rohrabstand gebildete Temperaturgefälle ist dann eine vorgegebene Größe,
die bei veränderten äußeren Wärmebedingungen aufgrund der Regelträgheit der Fußbodenmasse
nicht bedarfsgerecht ausgeglichen werden kann. *) Die Regelbarkeit von Fußbodenheizsystemen,
die Flächenheizsysteme darstellen, ist aufgrund der relativ großen Speichermasse
relativ gering. Man muß dabei bedenken, daß eine Raumfläche von 30 m2 bei 11 cm
Bodenaufbau etwa 3,3 m3 Speichermasse ergibt. Das bedeutet, daß sowohl die Aufheizzeit
als auch die Abkühlzeit relativ lang sind, so daß eine schnell reagierende bedarfsgerechte
Raumtemperierung über die Warmwasserregulierung in den Heizschlangen der Fußbodenheizung
nicht möglich ist.
-
Zur Überwindung dieser Nachteile hat man bereits zusätzlich Zweitheizquellen
eingebaut. Man hat dazu Warmwasserheizkörper oder Elektroheizkörper vorgesehen,
die auch bereits in im Boden angeordneten Kanälen angeordnet waren.
-
Nachteilig an dieser Lösung des oben geschilderten Problems ist jedoch,
daß deren Wärmeabgabe, zumindest sofern sie mit Niedertemperatur betrieben werden,
zumindest bei tiefen Außentemperaturen aufgrund des schlechten konvektiven Wirkungsgrades
nicht ausreicht, gemeinsam mit der Fußbodenheizung den Wärmebedarf einschließlich
einer wirksamen Kaltluftabschirmung vom Fenster her zu decken. Man ')Da diese Randzonen
im allgemeinen mit Einrichtungsgegenständen abgedeckt bzw. zugestellt werden, die
einen hohen Wärmeleitwiderstand verursachen, wird die Wärmeabgabe an den Raum behindert,
so daß diese Maßnahme ihren Zweck nicht erfüllen kann.
-
verwendet deshalb in Form von Gebläsen eine Zwangsbelüftung. Dieses
hat jedoch den Nachteil einer störenden Geräuschentwicklung (bis 52 db; 35 db sind
jedoch geforderte Obergrenze).Alternativ dazu hat man vom Warmwassernetz unabhängige
Elektrokonvektoren eingesetzt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit von Konvektoren
der eingangs genannten Art zu verbessern; dies zielt insbesondere auf die Verbesserung
der Wärmekonvektion von Warmwasserkonvektoren. Dabei soll als Nebenforderung ein
möglichst einfacher Aufbau gewährleistet sein, der eine besonders günstige Integration
des gesamten Systems der Fußbodenheizung ermöglicht.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wasserführenden
die Konvektionsplatten, die mit den Rohrabsahnitten in Verbindung stehen, berührungslos
mit weiteren Konvektionsplatten ineinander verschachtelt sind, die Bestandteil eines
Elektrokonvektors sind.
-
Die Verschachtelung der Konvektionsplatten des Warmwas serkonvektors
mit Konvektionsplatten eines Elektrokonvektors bedingt eine funktionelle Verschmelzung
die nicht nur die Addition der Wirkungen beider Komponenten , sondern eine zusätzliche
Verbesserung der Konvektion des Warmwasserkonvektors infolge der Aufheizung der
Temperatur der Luft zwischen beiden Konvektionsplatten bewirkte Es wird damit eine
besonders einfache Anordnung geschaffen, bei der die Deckung, des Spitzenbedarfs
an angegebener Leistung über den Elektrokonvektor erfolgen kann, während gleichzeitig
dabei die Abgabe der Leistung des Wrmwaserkonvektors verbessert wird.
-
Die Erfindung betrifft ferner verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen.
Davon ist diejenige hervorzuheben, bei der vorgesehen ist, daß ein sich im wesentlichen
in einer Richtung erstreckender Rohrabschnitt in Abständen mit mehreren Rohranschlußstutzen
zum Anschluß des Vorlaufes von Fußbodenheizungsplatinen versehen ist. Der Warmwasserkonvektor
dient also gleichzeitig als Verteiler für anschließbare Fußbodenheizungsplatinen.
Damit ist ein weiterer ganz entscheidender Vorteil verbunden: die Verteilung kann
am Fußbodenkonvektor selbst erfolgen. Es sind also nicht mehr die üblichen Verteilerkästen
erforderlich, die meist in der Diele einer Wohnung angeordnet sind und in dieser,
sowie im Bereich der Türen, zu einer Vielzahl eng nebeneinanderliegender Rohre führen,
die an diesen Stellen, an denen man es gar nicht braucht, zu einer überhöhten Fußtemperatur
und vermehrten Leistungsabgabe an den Raum führen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar: Figur 1 eine Draufsicht auf
eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels; Figur 2 eine perspektivische
Darstellung eines Schnittes entlang der Linie II-II in Figur 1; Figur 3 eine Draufsicht
auf den Grundriß eines Raumes mit der Anordnung des Konvektors und mehrerer Fußbodenheizungsplatinen;
Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Figur 3.
-
Das in Figur 1 in Draufsicht dargestellte Ausführungsbeispiel wird
gebildet durch eine nach oben offene im Boden eingelassene Wanne 1 und dem darin
verlegten Konvektor 2. Die Wanne 1 wird, wie aus Figur 4 zu ersehen, mit einem Rost
3 oder dgl., der genügend oeffnungen zum Luftdurchtritt aufweist, abgedeckt. Der
Konvektor 2 weist im Querschnitt rechteckige (vgl.Fig.2) Rohrabschnitte 5 und 7
auf.
-
Die Rohrabschnitte 5 und 7 bilden die wasserführenden Kanäle, deren
Verbindung durch den Rohrabschnitt 6 gegeben ist. Parallel zum Rohrabschnitt 7,
und mit einer flachen Seitenfläche an der flachen Seitenfläche an diesem anliegend,
ist ein weiterer Rohrabschnitt 8 vorgesehen, der jedoch mit dem Rohrabschnitt 7
nicht in direkter Verbindung steht.
-
Der Rohrabschnitt 5 steht mit einem Zuführrohr 9 in Verbindung; dies
wiederum steht über den Schlauch 10, vorzugsweise ein Metallschlauchs mit der Warmwasserzuleitung
11 in Verbindung. Zwischen Schlauch 10 und Warmwasserzuleitung 11 ist ein Ventil
12 geschaltet.
-
Der Rohrabschnitt 7 steht mit zwei Rohranschlußstutzen 13 bzw. 14
in Verbindung, in denen Ventile 15 aw. 16 angeordnet sind. Die Rohranschlußstutzen
13 14 sind durch den Rohrabschnitt 8 hindurchgeführt, stehen mit diesem jedoch nicht
in Verbindung.
-
Der Rohrabschnitt 8 steht mit Rohranschlußstutzen 17, 18 in Verbindung,
ferner mit einem Abführrohr 199 das wiederum mit einem Schlauch 20 tggEo ebenfalls
aus Metall), und über ein Ventil 21 mit der Wasserableitung 22 in Verbindung steht.
-
Das Paar von Rohranschlußstutzen 13, 17 ist mit dem Vorlauf 23 bzw.
dem Rücklauf 24 einer ersten Fußbodenheizungsplatine 25 verschraubt. In gleicher
Weise ist das Paar von Rohranschlußstutzen 14, 18 mit dem Vorlauf 26 bzw. dem Rücklauf
27 der Fußbodenheizungsplatine 28 verschraubt.
-
An den zueinander hingewandten Innenflächen 29 bzw. 30 des Rohrabschnittes
7 bzw. des Rohrabschnittes 5 sind U-förmige Konvektionsplatten 31 angeschweißt;
die Verschweißung erfolgt, um einen möglichst guten Wärmeübergang von den genannten
Rohrabschnitten 7, 5 in die Konvektionsplatten 31 zu erzielen. Die Anordnung der
Konvektionsplatten 31 an den einander gegenüberliegenden Flächen 29, 30 ist derart,
daß sie sich jeweils mit den Enden ihrer Schenkel 32 gegenGberliegen.
-
In die Zwischenräume zwischen den Schenkeln 32 der im Querschnitt
U-förmigen Konvektionsplatten 31 ragen weitere Konvektionsplatten 33 hinein. Diese
sind mit einem zentralen Halterungsrohr 34 verbunden und werden, wie durch die Heizspulen
35 angedeutet, elektrisch beheizt. Die Zuführung von elektrischem Strom erfolgt
durch das Halterungsrohr 34 mittels elektrischer Leitungen 36 und einen Anschlußteil
37.
-
Das Halterungsrohr 34 wird mittels spezieller Befestigungselemente
38 mit dem Warmwasserkonvektor verbunden.
-
Die Funktionsweise ist folgende: Durch die beschriebene Anordnung
sind praktisch ein Warmwasserkonvektor, im wesentlichen gebildet durch die Rohrabschnitte
5 bis 7 und die Konvektionsplatten 31 und ein Elektrokonvektor, gebildet durch Halterungsrohr
34 und Konvektionsplatten 33, funktionell miteinander zu einer Wärmeversorgungseinheit
verbunden, die gleichzeitig noch als Warmwasserverteiler für die Fußbodenheizungsplatinen
25, 28, und ggf. weitere Fußbodenheizungsplatinen dient.
-
Dazu im einzelnen: Der Warmwasserzulauf (Vorlauf) erfolgt durch die
Warmwasserzuleitung 11, über das Ventil 12, den Metallschlauch 10 und das Zuführrohr
9. Dann strömt das Wasser, wie durch die Pfeile angedeutet, durch den Rohrabschnitt
5 und gibt dabei bereits Wärme an die an dessen Innenfläche 30 angeordneten Konvektionsplatten
31 ab. Danach strömt das Wasser Uber den Rohrabschnitt 6 in den Rohrabschnitt 7
und gibt dabei Wärme an die entlang dessen Innenfläche 29 angeordneten Konvektionsplatten
31 ab. Gleichzeitig erfolgt die Verteilung des Warmwassers an die an dem Rohrabschnitt
7 vorgesehenen Rohranschlußstutzen 14, 13 und über diese an die Fußbodenheizungsplatinen
25, 28. Der RUcklauf erfolgt über die Rohranschlußstutzen 18, 17, ferner über den
Rohrabschnitt 8, das Abführrohr 19, den Schlauch 20, das Ventil 21 und die Wasserableitung
22. Die Wärmeabgabe erfolgt über die Konvektionsplatten 31 nach oben durch den Rost
3 hindurch in den Raum.
-
Die Konvektionsplatten 339 die Be8tandteil des Elektrokonvektors sind,
kann man auch als Wärmetauscherlamellen auffassen, die mit den Konvektionsplatten
31 als Wärmetauscherlamellen des Warmwasserkonvektors berührungsfrei ineinander
geschachtelt angeordnet sind. Bedingt durch diese Anordnung findet zwischen den
Flächen der Konvektionsplatten 31 des Warmwasserkonvektors einerseits und den Konvektionsplatten
33 des Elektrokonvektors andererseits ein intensiver Strahlungsaustausch statt der
aber nicht zu einer unerwünschten Aufheizung des Warmwasserkonvektors durch den
Elektrokonvektor aufgrund des möglichen höheren Temperaturniveaus des Elektrokonvektors
führte sondern vielmehr einen verstärkten thermischen Auftrieb (Konvektion) zwischen
den Konvektionsplatten verursacht, der eine verstärkte Wärmeabgabe von den Konvektionsplatten
31 des Warmwasserkonvektors zur Folge hat. Es ergibt sich also durch die Ineinanderschachtelung
der
Konvektionsplatten des Warmwasserkonvektors einerseits und des Elektrokonvektors
andererseits nicht nur eine Addition der Wirkungen beider, sondern vielmehr auch
eine verstärkte Wärmeabgabe des Warmwasserkonvektors, die ansonsten wegen der temperaturmäßig
bedingten schwachen Eigenkonvektion wesentlich geringer wäre.
-
Aus der Darstellung des Aufbaus ergibt sich, daß der Rohrabschnitt
7 als Vorlaufverteiler, der Rohrabschnitt 8 als Rücklaufsammler dient. Der Abschnitt
der Paare von Rohranschlußstutzen 13, 17 bzw. 14, 18 wird in etwa nach der vorgesehenen
Breite der Fußbodenheizungsplatinen ausgerichtet oder über die gesamte Baulänge
des Konvektors gleichmäßig verteilt. Die Ventile 15 bzw. 16 im Vorlauf zu den Fußbodenheizungsplatinen
25, 28 dienen der Regulierung unterschiedlicher Wassermengen bei unterschiedlich
großen Fußbodenheizungsplatinen. Hier findet also eine Regulierung der Durchflußmenge
statt.
-
Wie erwähnt, übernimmt der Warmwasserkonvektor die Verteilung des
Vorlaufs für die Fußbodenheizungsplatinen. Es ergibt sich damit eine gleiche Wassertemperatur
auf der Vorlaufseite aller Fußbodenheizungsplatinen. Es wird folglich nur das Ventil
21 als Regelarmatur dieser durch den Wasserkonvektor gebildeten Verteilungseinheit
vorgeschaltet, wobei das Ventii auf eine bestimmte Gesamt-Wasserdurchflußmenge von
Warmwasserkonvektor und angeschlossenen Fußbodenheizungsplatinen einstellbar ist.
Diese Einstellung kann auch in Form einer Regelung über einen Temperaturfühler (Thermostat)
gesteuert werden, der im Estrich oberhalb einer Fußbodenheizungsplatine angeordnet
ist. Das bedeutet: man kann an den Temperaturfühler an der Fußbodenoberfläche bspw.
die sich nach der Norm ergebende maximale Soll-Temperatur von 29 0C einstellen und
danach die Wassermenge regulieren, die den Fußbodenheizungsplatinen zur konstanten
Einhaltung dieser
vorgegebenen Temperatur zugeführt werden muß.
Eine manuelle Einstellung ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
-
Die Leistung des Warmwasserkonvektors ist geringfügig veränderlich
im Rahmen der Schwankungen der mittleren Temperatur der Fußbodenheizungsplatinen.
Bei der Auslegung unberücksichtigte Wärmeleitwiderstände von und zu den Fußbodenheizungsplatinen
führen zu einer Anhebung der mittleren Temperatur im System, das zu einer Erhöhung
der Temperatur im Vorlauf und damit zu einer erhöhten Wärmeabgabe des Warmwasserkonvektors
führt.
-
Die Verwendung flexibler Schläuche 10, 20 (bspw. Metallschläuche)
sichert, daß im Bedarfsfall (z.B. Reparatur) der Warmwasserkonvektor von der Warmwasserzuleitung
11 bzw.
-
der Wasserableitung 22 sowie von den Zu- und Ableitungen der Fußbodenheizungsplatinen
23, 24 und 26, 27 getrennt werden kann, Bei der Auslegung der gesamten Anlage ergibt
die Summe der Wärmeleistung von Warmwasserkonvektor und den Fußbodenheizungsplatinen
eine rechnerische Grundleistung. Die zum gesamten rechnerischen Wärmebedarf noch
fehlende Festleistung,die . wesentlichen Im Adern Temperatur-Regeibereicfl entspricht,
wird aurcn den leistungsmäßig entsprechend ausgestatteten und getrennt regelbaren
Elektrokonvektor erbracht, der somit dazu eingesetzt werden kann, die relativ seltenen
Bedarfsspitzen abzudecken.
-
Das ist insbesondere der Fall, wenn durch einen vor einem Fenster
angeordneten Konvektor eine Abschirmung gegen einen Kaltlufteinfall vom Fenster
her erreicht werden soll (s.Fig.3 und 4) Bei Abschaltung des Warmwasserheizsystems,
z.B. in der übergangszeit (Frühjahr, Herbst) oder an kalten Sommertagen kann allein
mit dem Elektrokonvektor geheizt werden.
-
Auch eine evtl. mit einem derartigen Heizungssystem in Verbindung
vorgesehene Nachtabsenkungsregelung ist möglich. Der Elektrokonvektor kann mit seiner
eigenen im Raum angeordneten Zeitschaltuhr einschließlich raumthermostatischer Regelung
alle Temperaturvorgaben erfüllen und auch die bei Wiederanhebung der Temperatur
im Warmwassersystem eintretende Verzögerung ausgleichen.
-
Aus Figur 2 sind noch folgende Einzelheiten des konstruktiven Aufbaus
ersichtlich. Die Wanne 1 wird durch eine innere Schale 40 und eine diese umgebende
Isolation 4. gebildet. Auf der Oberseite ist die innere Schale 40 derart nach außen
abgekröpft, daß der Rost 3 eingelegt werden kann und abgestützt wird. Ferner ist
aus Figur 2 gut ersichtlich, daß der Querschnitt der Rohrabschnitte 5, 7, 8 rechteckig
ausgebildet ist, wobei ebene Seitenflächen der Rohrabschnitte 8, 7 flächig aneinander
anliegen. Der durch die Konvektion bewirkte Luftstrom ist durch die drei Pfeile
42, 43, 44, bzw.
-
durch die Pfeile 45, 46, 47 angedeutet. Die Abstände zwischen den
Rohrabschnitten und den Seitenwänden der Wanne müssen so bemessen sein, daß sie
ohne Drosselstellen einen Luftstrom ermöglichen.
-
Figur 3 zeigt schematisch die Anordnung des in dieser Figur ganz allgemein
mit 2 bezeichneten Konvektors in einem Raum, dessen Grundriß dargestellt ist, und
zwar zusammen mit drei verschiedenen Fußbodenheizungsplatinen 48, 49, 50.
-
Lediglich, um verschiedene Varianten in einer Figur gleichzeitig darstellen
zu können, sind die Fußbodenheizungsplatinen 49, 50 insoweit unterschiedlich ausgebildet.
Die Fußbodenplatine 48 hat eine geringere Fläche. Die wasserführenden Teile sind
dus Rohr, vorzugsweise Metallrohr (z.B.
-
CU-SF) ausgebildet und bifilar zu einer Schlange gebogen, so daß
jeweils ein Vorlauf-und ein Rücklaufrohr nebeneinander zum Zwecke gleichmäßiger
Temperaturverteilung wechseln. Das Rohr ist auf einer Blechplatine befestigt.
-
* ) Der Aufbau im Querschnitt ist in Figur 4 dargestellt. Von unten
nach oben folgend aufeinander: Wärme- und Trittschalldämmung 51, Fußbodenheizungsplatine
48, Estrich 52 und Bodenbelag 53.
-
Aus Figur 4 ist auch zu ersehen, wie der erfindungsgemäße Konvektor
2 neben einem Fenster 54 als Abschirmung gegen einen Kaltlufteinbruch in dem Raum
angeordnet sein kann.
-
Die in Figur 4 ebenfalls eingezeichneten Rohr 55 und 56 bilden den
Haupt-Heizkreis, an den der Konvektor 2 über die Warmwasserzuleitung 11 und die
Wasserableitung 22 angeschlossen ist.
-
Der Konvektor 2 kann auch gegenüber der Darstellung in Figur 2 ,
3 und 4 mit 900 Neigung angeordnet sein, also mit nach unten gerichteten Anschlüssen
an einer Wand, z.B.
-
einer Fensterbrüstung oder hinter einer Badewannenschürze angeordnet
sein.
-
- Ende der Beschreibung -:b) Die Zwischenräume zwischen den Rohrschenkeln
und zwischen den äußeren Rohrschenkeln und den Platinenrändern werden flächenbündig
und in einer geringfügg über dem Rohrdurchmesser liegenden Stärke mit formsti1em
Kunststoffschaum aufgefüllt.
-
Leerseite