DE3343078A1 - Heizkoerper in form von radiatoren, platten und konvektoren - Google Patents

Heizkoerper in form von radiatoren, platten und konvektoren

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Description

  • Betrifft: Heizkörper in Form von Radiatoren, Platten
  • und Konvektoren In dem Bemühen um Energieeinsparung müssen auch Heizkörper weiterentwickelt werden. Lntwicklungsziel sind hierbei echte Niedertemperaturheizkörper mit einer Vorlauftemperatur unter 500 C wegen der damit verbundenen besonderen Vorteile gegenüber den konventionellen Ausführungen: 1.) Höherer Wirkungsgrad des Kessels 2.) Kürzere Anheizzeit 3.) Kleinere Trägheit der Anlage 4.) Niedrigere Verluste der Verteileranlage 5.) Breitere Einsatzmöglichkeit bivalenter Wärmequellen 6.) Gesünderes Klima in den beheizten Räumen infolge höherer Lut'tfeuchtigk ei t.
  • Grundsätzlich lässt sich jeder Heizkörper im Niedertemperatur bereich einsetzen. dabei muss ledoch ein beachtlieher Leistungsverlust in Kauf genommen werden.
  • Bild 1 zeigt den Leistungsverlauf eines durchschnittlichen Heizkörpers. der die Normleistung von 1000 kcal bei einer mittleren Wassertemperatur von 800 C erbringt. Bei 500 C mittlerer Wassertemperatur sinkt seine Leistung schon auf 406 kcal. um schliesslich bei 300 O auf nur noch 94 kcal abzufallen. hin solcher Heizkörper müsste um den faktor 1000/406 = 2,46 vergrössert werden, wenn er schon bei 500 C 1000 kcal abgeben sollte.
  • Im folgenden wird die Ursache fiir die mit der Wassertemperatur rapid sinkende Leistung von Heitzkörpern ermittelt. Dazu müssen anhand der physikalischen Grundlagen die Gesetze diskutiert werden, nach denen die Wärmeabgabe vo Wasser an die Luft vonstatten geht.
  • Die Leistung eines Heizkörpers wird nach der Formel herechnet q = a.F (t1 - t2) Hierin bedeuten: q r die pro Zeiteinheit abgegebene Wärmemerige a = die Wärmeübergangszahl. In diesem Faktor sind alle die konstruktiv bedingten Einflüsse zusammengefasst. die den spezifischen Wärmeübergang (pro Flächen- und Temperatureinheit) vom Wasser an den Heizkörper und von diesem an die Luft mengenmässig bestimmen.
  • F = = die mit der Luft verbundene Oberfläche des Heizkörpers t1- mittlere Wassertemperatur im Heizkörper.
  • t2= Temperatur der Luft = 200.
  • Die einfachste Methode zur Leistungssteigerung ist die Vergrösserung der Oberfläche F. Da alle die Leistung beeinflussenden Faktoren lineare Funktion haben, erbringt also z.B. eine Verdoppelung der Heizkörperlänge auch eine Leistungssteigerung von 100 %. Diesem Prinzip sind jedoch Grenzen gesetzt durch Raum- und Platzfragen. Ausserdem steigen die Anschaffungskosten gleichfalls etwa linear.
  • Als zweite Möglichkeit zur Leistungssteigerung böte sich die Differenz t1 - t2 an, d.h. also, Erhöhung der mittleren Wassertemperatur t1. Die Erfindung hat es sich jedoch zur Aufgabe gestellt. mit möglichst kleinen t1-Werten relativ hohe Wärmeleistungen zu erreichen. Erfindunsgemäss wird deshalb die Leistungssteigerung durch Erhöhung der Wärmeübergangszahl a vorgenommen.
  • Den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechend wird der Wärmeübergang in 2 Bereiche aufgeteilt: 1.) Vom wasser an den Heizkörper 2.) Vom Heizkörper an die Luft Zu 1.) Das Geschwindigkeitsspektrum in Bild 2 eines zwischen 2 begrenzenden Flächen 1 und 2 strömenden Mediums zeigt folgenden Verlauf: In der Mitte ist die Strömungsgeschwindigkeit am grössten. Pfeil 3, an den Begrenzungsflächen gleich 0. Dieses Gesetz gilt gleichermassen für Wasser und Luft.
  • Aufgrund dieser Tatsache wird in erster Linie das Wasser in den Randzonen Wärme an den Heizkörper abgeben während es im mittleren Bereich infolge seiner schlechten Leitfähigkeit ohne nennenswerten Wärmeverlust den Heizkörper durchströmt. Mit wachsender Kanalbreite werden sich auch die beiden Bereiche kleiner Wassergeschwindigk eit vergrössern und damit den Wärmeübergang zusätzlich verschlechtern.
  • Diese Beobachtungen führen zwangsläufig zur ersten erfindungsgemässen Ausführung eines Heizkörpers. Die im Heizkörper angeordneten Wasserkanäle - natiirlich nicht die Sammelrohre erden so schmal bzw. eng bemessen. wie es die Rücksicht auf Strömungswiderstände, Entlüftbarkeit usw. erlauben.
  • Nach der Erfindung sind Wasserkanäle von 1 - 2 mm, vorzus-Neise 1 mm Breite besonders geeignet. Bei einer solchen Ausführung werden hohe Wärmeübergangszahlen erreicht, wie aus Bild 3a und 3b erkennbar ist. Ein Rohr mit beispielsweise 2 cm lichter Weite und 0,1 cm Wandstärke hat eine Aussenfläche von 6,9 cm2 pro cm Länge. Der Wasserinhalt beträgt 3,1 cm' pro cm Länge. Wird dieses Rohr nach Bild 3a so weit flachgedrückt wie in Bild 3b dargestellt. dass nur noch ein Wasserspalt s von 0,1 cm vorhanden ist. bleibt einerseits die wärmeabgebende Aussenfläche in ihrer Grösse erhalten, die Lamelle hat aber nur noch 0,3 cm3 Wasserinhalt pro cm Länge. Diese vergleichsweise kleine Wassermenge wird sich am Heizkörper viel mehr abkühlen und damit die mittlere Wassertemperatur t1 erheblich absenken. Damit ist erfindungsgemäss ein beachtlicher itortechritt in hichtung Niedertemperaturheizkörper getan: Sehr schmale wasserfiihrende Kanäle mit relativ grosser Oberfläche in entsprechend grösserer Anzahl.
  • Die erfindungsgemässe Verbesserung ist insbesondere für Konvektoren, vorzugsweise auch für zwangsbelüftete Konvektoren vorgesehen. Eier werden die Lamellen und damit auch das Vasser stärker abgekühlt als bei natürlicher Konvektion.
  • Deshalb wird nach der Erfindung auf zusätzliche, mit den Lamellen verbundene, die Oberflache vergrössernde Massnahmen, zie BlecEle in borm von inaktiven Lamellen verzichtet. Nur so kann ein n,ölichst grosses Temperaturgefälle tl - t2 zwischen Lamelle und Luft aufrechterhalten werden.
  • Aus herstellungs- bzw. strömungstechnischen Gründen sind die Lamellen entweder nach Bild 3a in korm von ilachrohren ausgebildet oder nach Bild 3c bzw. 3d aus entsprechend geformten Blechen gefertigt. Hierbei ist der Verschweissung 1 nach Bild 3d in versetzter Ausführung der Vorzug zu geben.
  • Natürlich ist die in den Bildern 3b, 3c und 3d dargestellte Ausführungsform der Lamellen nicht die einzige Möglichkeit der Lösung der aufgabe, sie symbolisiert lediglich den gegenüber konventionellen Ausführungen kleinen Wasserquerschnitt mit relativ grosser Oberfläche.
  • Beim Wärmeübergang vom Heizkörper an die Luft gelten analog die gleichen Gesetze wie beim Übergang vom Wasser an den Heizkörper. Es ist allgemein bekannt. dass die Leistung eines Konvektors mit der Menge der durchströmenden Luft, d.h. mit ihrer Geschwindigkeit wächst. Ursache hierfür ist der grössere Temperaturunterschied t1 - t2 zwischen Heizkörperoberfläche und durchströmender Luft bei höherer Geschwindigkeit und demzufolge kürzerer Berührungadauer mit den Lamellen.
  • Nach der Erfindung werden die Luftspalte zwischen je zwei Lamellen 2 - 4 mm, vorzugsweise 3 mm ausgeführt. Damit lassen sich wiederum hohe Wärmeübergangszahlen a erreichen.
  • Die nächste durch die Erfindung zu lösende Aufgabe ist die Auswahl eines geeigneten Gebläses und seine Anordnung zu den Lamellen.
  • Nach dem Stande der Technik werden hierfür Radial-, Achsial- und Tangentialgebläse eingesetzt. Nachteilig für diesen Einsatz der ersten 2 Geblase ist der relativ kleine Ausströmquerschnitt. Um damit; einen Konvektor wesentlich grösserer Fläche möglichst gleichmässig heliÅften zu können, sind geeignete Verteilungs- und Führungseinrichtungen für den Luftstrom erforderlich. Diese haben zwangsläufig Strömungawiderstände zur Folge, die sich in Form von Leistungsverlust bemerkbar machen oder durch höhere Gebläseleistung und damit verbundenem höheren Geräuschpegel ausgeeichen werden müssen.
  • Das Tangentialgebläse hat im Gegensatz dazu einen relativ grossen Ausströmquerschnitt, eignet sich deshalb von Natur aus besser für diesen Zweck.
  • Nach der Erfindung sind der Ausströmkanal des Gebläses und die Anordnung der Konvektorlamellen dem natiirlichen Strömung bild der Luft angepasst. Auf diese Weise kann auf alle, die Luftströmung verteilenden und führenden Einrichtungen verzichtet werden.
  • In den Bildern 4a und 4b ist das natürliche Strömungsbild eines Tangentialgebläses dargestellt. Die zunehmende Rechtaneigung der Strömungsrichtung ist auf die Drehung des Gebläserades zurückzuführen. Die Bilder zeigen jeweils das Gebläse 1 in seinem Gehäuse 2. Dabei ist die bekannte Ausbildung des husströmkanals in Bild 4a festgehalten.
  • Bild 4b zeigt erfindungsgemäss, wie der Ausströmkanal des Gcbläses an die natürliche Strömung der Luft angepasst ist, wodurch eine grössere Konvektorfläche belüftet werden kann, als dies nach der bekannten Ausführung in Bild 4a möglich ist. Anhand der Bilder 5 und 6 sind verschiedene, besonders strömungsgünstige Anordnungsmöglichkeiten für die Lamellen 3 erkennbar. Bild 5a zeigt die bekannte Lösung, mit ihr lässt sich jedoch nur ein kleiner Konvektor belüften. In Bild 5b ist der natürliche Ausströmquerschnitt der Luft voll ausgenützt, auf diese Weise kann bereits die doppelte Anzahl von Lamellen angeordnet werden. Bild 6a zeigt eine weitere Steigerungsmöglichkeit der Leistung. indem der Ausströmkanal verlängert ist, um auf diese Weise noch. mehr Lamellen mit noch grösserer Fläche anordnen zu können. Gegenüber Sb ist die Leistung damit um mehr als 100 7c gestiegen. In Bild 6b schliesslich ist eine Ausführungsform gezeigt. nach der die Lamellen quer zur Gebläseachse angeordnet sind.
  • Diese Art der Aufgabenlösung gilt erfindungsgemäss auch für die Beispiele 5a, 5b und 6a. In Bild 6b ist eine von vielen Möglichkeiten aufgezeigt, wie die Lamellen in das natürliche Strömungsbild eingeordnet sind. Die hier gezeigte V-Form der Lamellen lässt sich nach der Erfindung auch in U- oder Bogenform günstig ausbilden.
  • Ein anderes, wesentliches Merkmal der Erfindung ist der Einsatz eines Radialgebläses ohne Spiralgehäuse zur Belüftung eines Konvektors. Gebläse dieser Art haben einmal einen hohen Wirkungsgrad. zum anderen wegen der geringen Schaufelzahl von Natur aus einen geräuscharmen Lauf. Ein Gebläse, bestückt mit 6 Schaufeln, erzeugt bei 500 U/min ein sehr leises Brummen mit einer Frequenz von 500'6 v = 50 Hz,das vom menschlichen Ohr infolge seiner physiologischen Eigenheiten nicht hörbar ist. Im Gegensatz dazu erzeugen Tangentialgebläse wegen ihrer hohen Schaufelzahl ein wesentlich lauteres Rauschen mit etwa 10 - 20-facher Frequenz bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit, Bild 7 zeigt das Strömungsbild eines Radialgebläses ohne Spiralgehäuse. Der Konvektor ist gemäss Bild 8 konzentrisch um das Gebläse 1 angeordnet. seine Lamellen 3 sind in Ringform ausgebildet und werden vom Gebläse radial belüftet.
  • Um seitlichen Luftverlust zu vermeiden, sind die seitlichen Abdeckungen 2 - ebenfalls in Ringform - vorgesehen.
  • Nach Bild 9 sind die seitlichen, ringförmigen Abdeckungen radial vergrössert, um somit durch Vergrösserung der Lamellenfläche die Leistung des Konvektors zu steigern.
  • in Bild- 10 wird die Leistungskurve eines Heizkörpers 1 aus Bild 1 heute üblicher Leistungen mit einem zwangabelüfteten Konvektor 2 der gleichen Normleistung von 1000 kcal verglichen. Darnach bringt der konventionelle Heizkörper bei t1 = 500 C nur noch 406 kcal, der Konvektor 486, entsprechend 20 ffi mehr. Bei t1 300 C schliesslich gibt der Konvektor 65 % mehr Wärme ab als der konventionelle Heizkörper. Damit ist der nach der Erfindung ausgeführte Konvektor im Niedertemperaturbereich besser in seiner Leistung als der konventionelle Heizkörper.
  • Die Auswirkungen der Erfindung auf die äusseren Baumasse von Heizkörpern werden an folgendem Vergleich deutlich: Zwei Heizkörper hoben die gleichen aussehen Abmasse: Höhe 60, Tiefe 22, Länge 100 cm.
  • In Bild 11 ist der konventionelle Heizkörper durch die Leistungakurve 1 dargestellt, der erfindungagemässe Konvektor durch die Kurve 2. In der folgenden Tabelle sind die Leistungen bei t1 = 80, 60, 40 und 300 C eingetragen und die Leistungssteigerung als Faktor angegeben.
  • t1 (°C) Konvent. HK Konvektor Faktor 80 1736 15130 8,7 60 1026 9930 9,7 40 407 4830 11,9 30 163 2147 14,4 Die Leistungssteigerung eines Heizkörpers ist nach der Erfindung ausserdem durch Kombinationen von zwangabelüfteten Konvektoren mit bekannten Plattenheizkörpern vorgesehen. BiAd 12 stellt eine solche Ausführungsform dars Das Gebläse 1 mit seinem Gehause 2 ist zu einem Konvektor 3 und einem Plattenheizkörper 4 so angeordnet, dass sie beide gleichzeitig zwangsbelüftet sind. Auf diese Weise ist mit nur einem Gebläse nicht nur der Luftbedarf des Konvektors abgedeckt sondern auch eine beträchtliche Leistungssteigerung des Plattenheizkörpers durch Zwangsbelüftung erreicht. Eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Bild 13 dargestellt. Das Gebläse belüftet hier einen bekannten, zweireihigen Plattenheizkörper 4. Erfindungagemäss ist es besonders vorteilhaft, wenn hierbei ein bekannter, konvektiver Teil 3 zusätzlich angeordnet ist.
  • - Leerseite -

Claims (13)

  2. Ansprüche 1.) Heizkörper in Form von hadiatoren, Platten und Konvektoren. dadurch gekennzeichnet, dass für die Wasserkanäle eine Breite von 1 - 2 mm, vorzugsweise 1 mm vorgesehen ist. (Bild 3b, "s) 2.) Heizkörper in korm von zwangsbelüfteten Konvektoren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Luftspalt zwischen je zwei Lamellen eine Breite von 2 - 4 mm, vorzugsweise 3 mm vorgesehen ist.
  3. 3.) Heizkörper, nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) parallel zur jeweiligen natürlichen Strömungsrichtung des Gebläses angeordnet sind (Bild 4, 5, 6, 8 und 9).
  4. 4.) Heizkörper. nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmquerschnitt des Gebläses in Grösse und Formgebung der natürlichen strömung des Gebläses angepasst ist (Bild 4b, 5b, 6a, 6b, 8 und 9).
  5. 5.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Belüftung des Konvektors einRadialgebläse ohne Spiralgehäuse. nur mit ringförmigen, seitlichen Abdeckungen versehen, vorgesehen ist (Bild 7, 8 und 9).
  6. 6.) Heizkörper. nach Anspruch 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Konvektor (3) konzentrisch um das Radialgebläse (1) angeordnet ist.(Bild 8 und 9).
  7. 7.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 6 dadurch gekennæeichnet, dass eine radiale Vergrösserun= der ringförmigen seit- lichen Abdeckungen mit entsprechender Vergrösserung der Lamellenfläche vorgesehen ist. (Bild 9).
  8. 8.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektorlamellen (3) parallel zur Gebläseachse angeordnet sind (Bild 5a, 5b und 6a).
  9. 9.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektorlamellen quer zur Gebläseachse angeordnet sind (Bild 6b, 8 und 9).
  10. 10.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 7 und 9 dadurch gekennzeichnet. dass die Konvektorlamellen ringförmig ausgebildet sind (Bild 8 und 9).
  11. 11.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 10 dadurch gekennzeichnet, dass ausschliesslich aktive, wasserführende Lamellen, ohne die Oberfläche vergrössernde Einrichtungen wie inaktive Lamellen usw. vorgesehen sind.
  12. 12.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass Kombinationen von zangsbelüfteten Konvektoren (3) mit bekannten Plattenheizkörpern (4) vorgesehen sind (Bild 12 und 13).
  13. 13.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (1) sowohl den Konvektor (3) als auch den einreihigen Plattenheizkörper (4) belüftet.
    (Bild 12) 14.) Heizkörper, nach Anspruch 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass auch die Belüftung eines mehrreihigen Plattenheizkörpers (4), vorzugsweise mit zusätzlichem konvektivem Teil (3) durch ein Geblase vorgesehen ist.
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