DE4136134A1 - Verfahren und vorrichtung zur raumtemperierung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur raumtemperierung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines Rau­ mes, bei dem von einem flächig ausgebildeten Heizelement Wärme an den Raum füllende Luft abgegeben wird und die vom Heizelement ab­ gegebene Wärme im Bereich des Heizelementes durch eine Umwandlung von elektrischer Energie erzeugt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Tempe­ rierung eines Raumes, die ein flächig ausgebildetes Heizelement, einen Versorgungsanschluß zur Zuführung elektrischer Energie sowie mindestens einen elektrischen Widerstand zur Umwandlung von elek­ trischer Energie in Wärmeenergie aufweist.
Zur Durchführung eines derartigen Heizverfahrens ist es beispiels­ weise bekannt, Elektroradiatoren zu verwenden, die im Bereich ei­ nes Innenraumes mit elektrischen Widerständen versehen sind und die von diesen Widerständen abgegebene Wärmeleistung über ein flüssiges Medium, beispielsweise eine Ölfüllung, zu einer metalli­ schen Umhüllung übertragen, die die Wärme an die Umgebungsluft ab­ gibt. Darüber hinaus sind elektrische Heizelemente aber auch als Heizstrahler oder Heizlüfter ausgebildet. Außer den elektrischen Heizelementen gibt es darüber hinaus eine Vielzahl weiterer Heiz­ geräte, die entweder unmittelbar über Trennungsprozesse Wärmeener­ gie bereitstellen, oder über geeignete Versorgungssysteme an zen­ tral installierte Energieversorgungseinrichtungen angeschlossen sind.
Sämtliche bekannten Heizsysteme weisen jedoch Nachteile auf, die aus Kompromissen resultieren, die bei einer konstruktiven Reali­ sierung zwischen technischen Anforderungen, bauphysikalischen Randbedingungen sowie umweltbedingten Notwendigkeiten geschlossen werden müssen. Bei der Auffindung dieser Kompromisse sind in der Vergangenheit biophysiologische Erfordernisse, die aus dem men­ schlichen Empfinden für das jeweilige Raumklima resultieren, nicht oder nur unzureichend berücksichtigt worden. Insbesondere besteht eine wesentliche Eigenschaft der meisten bekannten Heizsysteme darin, daß das jeweilige Heizelement auf eine vergleichsweise hohe Temperatur gebracht wird, die zu einer hohen lokalen Lufttempera­ tur in einer unmittelbaren Umgebung des Heizelementes führt. Diese hohe Lufttemperatur in der unmittelbaren Umgebung des Heizelemen­ tes verursacht Luftturbulenzen, aufgrund derer eine Luftverwirbe­ lung eintritt, die eine Verteilung der Wärmeenergie zur Folge hat. Eine Beheizung mit einer vergleichsweise niedrigen Wärmeabgabetem­ peratur ist bislang nur bei Fußbodenheizungen realisiert, die auf­ grund ihrer erheblichen Masse jedoch eine sehr hohe Trägheit auf­ weisen und deshalb nicht dazu geeignet sind, kurzfristige Anpas­ sungen an einen geänderten Wärmebedarf zu realisieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine biophysio­ logisch günstige Temperierung des Raumes ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärme­ energie durch einen Stromfluß durch einen hochohmigen kristallar­ tigen Flächenleiter erzeugt und der Flächenleiter mit einer einer biologischen Wärmeabstahlung von Lebewesen entsprechenden Wärmeab­ strahlcharakteristik versehen wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrich­ tung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß eine biophysiologisch günstige Raumklimatisierung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der elek­ trische Widerstand als ein hochohmiger kristallartiger Flächenlei­ ter ausgebildet ist, der mindestens einen mit einer physiologi­ schen Wärmestrahlcharakteristik versehenen Bereich aufweist.
Der kristallartige Aufbau des Flächenleiters ermöglicht eine Wär­ meabstahlung auf einem vergleichsweise niedrigen Niveau, die einer Wärmeabstrahlung von Lebewesen nahekommt. Darüber hinaus ist es möglich, durch eine geeignete Auswahl des kristallartigen Materi­ als eine Wärmeabstrahlcharakteristik zu realisieren, die weitge­ hend einer Wärmeabstrahlcharakteristik von Lebewesen nachempfunden ist.
Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination werden eine Reihe von Vorteilen vereinigt. Es liegt lediglich eine geringe wärmeer­ zeugende und wärmeleitende Masse vor, so daß in einer äußerst kur­ zen Zeitspanne eine Reaktion auf einen sich ändernden Wärmebedarf erfolgen kann. Die Umsetzung der elektrischen Energie in die Wär­ meenergie erfolgt unmittelbar am Ort des Bedarfs, so daß Leitungs­ verluste vermieden werden. Darüber hinaus läßt sich durch eine Ma­ terialauswahl und eine geeignete Anordnung des Flächenleiters eine physiologisch günstige Beheizung realisieren, die einem Benutzer des Raumes eine äußerst angenehme Wohnatmosphäre vermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgese­ hen, daß der Flächenleiter aus Kohlenstoffkristallen ausgebildet ist. Diese Materialauswahl berücksichtigt, daß der Körper von Le­ bewesen zu einem wesentlichen Teil aus Kohlenstoff besteht und die physikalischen Randbedingungen einer jeweiligen Wärmestrahlung letztlich durch den chemischen Aufbau des Wärmestrahlers bestimmt werden. Durch die Verwendung der Kohlenstoffkristalle wird das Heizelement somit mit einem Aufbau versehen, dessen Wärmeab­ strahlcharakteristik sehr weitgehend mit der Wärmeabstrahlcharak­ teristik beispielsweise eines menschlichen Körpers übereinstimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Flächenleiter mit einer Wärmeflächenleistung versehen wird, die einer menschlichen Wärmeflächenleistung im Bereich der Haut entspricht. Durch diese Ausbildung wird zusätzlich zu einer qualitativen Anpassung der Wärmeabstrahlcharakteristik auch eine quantitative Anpassung vorgenommen. Zumindest in einer Umgebung des Flächenleiters bekommt ein Benutzer des Raumes deshalb das Ge­ fühl vermittelt, sich in der Nähe von ihn wärmenden Lebewesen zu befinden. Dies erhöht in einem erheblichen Umfang sowohl das phy­ sische als auch das psychische Wohlbefinden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Flächenleiter im Bereich seiner dem zu beheizenden Luftvo­ lumen abgewandten Ausdehnung mit einer Isolation versehen wird, die Wärmeverluste vermeidet. Insbesondere ist dabei daran gedacht, einen Wärmereflektor zwischen dem Flächenleiter und einem Isolier­ material anzuordnen. Der Wärmereflektor leitet einen wesentlichen Anteil der auf ihn auftreffenden Wärmeenergie in den Bereich des Flächenleiters zurück und ermöglicht hierdurch einen Wärmeübergang zur Raumluft. Eine zusätzliche Verbesserung resultiert aus der Verwendung des Isoliermaterials, die eine Wärmeabstrahlung in den Bereich einer Gebäudekonstruktion, beispielsweise in den Bereich von Mauerwerk, verhindert.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1: eine Prinzipdarstellung eines im Bereich einer tragenden Struktur angeordneten Flächenleiters und
Fig. 2: eine Prinzipdarstellung eines Flächenleiters mit voneinander getrennten Bereichen, die jeweils unter schiedliche Wärmeabstrahlcharakteristiken aufweisen.
Eine Vorrichtung zur Temperierung eines Raumes besteht im wesent­ lichen aus einem Heizelement (1), das als ein kristallartiger Flä­ chenleiter ausgebildet ist. Insbesondere ist daran gedacht, den Flächenleiter aus Kohlenstoffkristallen auszubilden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, andere hochohmige Materialien zu ver­ wenden, die beispielsweise als Halbleiter ausgebildet sein können, die mit einer physiologisch zweckmäßigen Dotierung zur Vorgabe ih­ rer Eigenschaften versehen sind.
Zur Speisung mit elektrischer Energie ist das Heizelement (1) über eine Verbindungsleitung (2) an ein Stellelement (3) angeschlossen, das mit einer Energieversorgung (4) verbunden ist und dessen Ener­ gieabgabeverhalten von einer Steuerung (5) vorgegeben wird. Die Steuerung (5) ist an ein Thermostat (6) angeschlossen, das die Temperatur einer Raumluft erfaßt. Darüber hinaus ist es möglich, zusätzliche Sensoren vorzusehen, um beispielsweise eine Material­ temperatur im Bereich des Heizelementes (1), insbesondere eine Oberflächentemperatur, zu erfassen.
Zur Verbesserung einer Energieausbeute ist das Heizelement (1) im Bereich einer einem zu beheizenden Raum (7) abgewandten Oberfläche mit einem Wärmereflektor (8) versehen. Der Wärmereflektor (8) lei­ tet in seinen Bereich gelangende Wärme zu einem wesentlichen Teil in den Bereich des Heizelementes (1) zurück. Im Bereich seiner dem Heizelement (1) abgewandten Begrenzung ist der Wärmereflektor (8) mit einer Isolierung (9) versehen, die zusätzlich eine Wärmeabgabe an eine das Heizelement (1) halternde Struktur (10) verringert.
Im Bereich seiner dem Raum (7) zugewandten Oberfläche ist das Heizelement (1) mit einer Abdeckschicht (11) versehen, die bei­ spielsweise als Schutz- oder Dekorschicht ausgebildet ist.
Zur Ermöglichung einer gleichmäßigen Wärmeabstrahlung ist insbe­ sondere daran gedacht, das Heizelement (1) aus einem im wesentli­ chen gleichmäßigen Material auszubilden. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, ein vorgebbares Wärmeprofil durch eine Verwendung von Heizbereichen (12) zu ermöglichen, die jeweils unterschiedli­ che Wärmecharakteristiken aufweisen. Zur Verhinderung von Gefähr­ dungen ist die Vorrichtung mit einer elektrischen Schutzschaltung versehen.
Bei einem Betrieb der Vorrichtung wird mit Hilfe des Thermostates (6) eine jeweilige Raumtemperatur erfaßt und mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen. In Abhängigkeit von einer ermittelten Tempe­ raturdifferenz wird über die Steuerung (5) das Stellelement (3) derart eingestellt, daß das Heizelement (1) mit einer erforderli­ chen Menge an elektrischer Energie versorgt wird. Durch die Aus­ bildung des Heizelementes (1) als hochohmiger Flächenleiter er­ folgt eine physiologisch günstige großflächige Wärmeabstrahlung. Die Verwendung von Kohlenstoffkristallen bewirkt dabei eine Wärme­ abstrahlcharakteristik, die weitgehend einer Wärmeabstrahlung von Lebewesen entspricht. Durch die Kombination des Heizelementes (1) mit dem Wärmereflektor (8) und der Isolierung (9) wird eine sehr hohe Energieausbeute gewährleistet und hierdurch der erforderiche Betriebsstrom minimiert. Die Anordnung von einem oder von mehreren Heizelementen (1) im Bereich des zu beheizenden Raumes (7) erfolgt nach den jeweils vorliegenden biologischen und physiologischen An­ forderungen.

Claims (24)

1. Verfahren zur Temperierung eines Raumes, bei dem von einem flächig ausgebildeten Heizelement Wärme an den Raum füllende Luft abgegeben und die vom Heizelement abgegebene Wärme im Bereich des Heizelementes durch eine Umwandlung von elektrischer Energie er­ zeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie durch einen Stromfluß durch einen hochohmigen kristallartigen Flächen­ leiter erzeugt und der Flächenleiter mit einer einer biologischen Wärmeabstrahlung von Lebewesen entsprechenden Wärmeabstrahlcharak­ teristik versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur An­ passung an einen biologischen Aufbau von lebender Materie zur Aus­ bildung des Flächenleiters Kohlenstoffkristalle verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung des Heizelementes im Bereich des Raumes (7) derart durchgeführt wird, daß unter Ausnutzung der thermodynamischen Strömungseigenschaften der im Raum befindlichen Luft eine biophy­ siologisch günstige Wärmeverteilung gewährleistet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des Heizelementes (1) im Bereich des Raumes (7) an­ gepaßt an physiologische Bedürfnisse eines den Raum (7) aufsuchen­ den Benutzers durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe im wesentlichen über den Flächenleiter verteilt homogen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmeflächenleistung des Heizelementes (1) angepaßt an eine Wärmeflächenleistung von menschlicher Haut eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) zur vorgebbaren Raumtemperierung mit einer Thermostatregelung versehen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) zur Anpassung an vorgebbare Benutzungsabläufe mit einer Zeitsteuerung verbunden wird.
9. Vorrichtung zur Temperierung eines Raumes, die ein flächig ausgebildetes Heizelement, einen Versorgungsanschluß zur Zuführung elektrischer Energie sowie mindestens einen elektrischen Wider­ stand zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand als ein hochohmiger kristallartiger Flächenleiter ausgebildet ist, der mindestens einen mit einer physiologischen Wärmeabstrahlcharakte­ ristik versehenen Bereich aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) im wesentlichen aus mindestens einem Kohlenstoff­ kristall ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) mindestens bereichsweise aus einem zur Realisie­ rung einer physiologischen Abstrahlcharakteristik dotierten Halb­ leiter ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) eine im wesentlichen gleichmäßige Kristal­ lanordnung aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Bereich des Heizelementes (1) vorgesehene Kristallan­ ordnung entlang der Heizfläche variierend ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) eine einer menschlichen Haut entsprechende Wärmeflächenleistung aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) mit mindestens einem Thermostat (6) zur Erfassung einer Lufttemperatur verbunden ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) mit mindestens einem Thermostat zur Erfas­ sung einer Temperatur im Bereich einer Heizelementoberfläche ver­ bunden ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer elektrischen Versorgung des Heizelementes (1) eine elektrische Schutzschaltung vorgesehen ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) im Bereich einer mechanisch tragfähigen Struktur (10) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heizelement (1) und der Struktur (10) eine Iso­ lierung (9) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolierung (9) und dem Heizelement (1) ein Wärme­ reflektor (8) angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) im Bereich seiner dem Wärmereflektor (8) abgewandten Oberfläche mit einer Abdeckschicht (11) versehen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (11) eine eine Wärmeabstrahlung in den Bereich des Raumes (7) verbessernde thermische Charakteristik aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (11) eine das Heizelement (1) mechanisch schützende Charakteristik aufweist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (11) als eine Dekorschicht ausgebildet ist.
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