DE4138397A1 - Heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanlage für Wohn- oder Arbeitsräume und für Therapieräume mit bevorzugter Ausnutzung der Wärmestrahlung der Heizkörper.

Die Wärmeerzeugung für die Gebäudeheizung auch in Kombination mit der zentralen Warmwasserversorgung erfolgt durch die Verbrennung von flüssigen, gasförmigen oder festen Brenn­ stoffen in zentralen Wärmeerzeugern, wie Heizkessel, Gas- Umlaufwasserheizer oder in Einzelheizgeräten sowie durch Elektroenergie und auch alternative Energien, wie Wärmepumpe, Solarenergie, Windenergie und Biogasanlagen. Über Rohrleitun­ gen bei der Warmwasserheizung oder über Kanäle bei der Warm­ luftheizung wird die Energie in die einzelnen Räume trans­ portiert und dort über Heizflächen bzw. Warmluftauslässe abgegeben. Bei Einzelheizgeräten erfolgt die Wärmeerzeugung und die Wärmeabgabe durch ein Einzelgerät, das dem zu behei­ zenden Aufstellungsraum zugeordnet ist.

Jeder erwärmte Heizkörper überträgt seine Wärme durch Wärme­ leitung an seine Umgebung, welche in den meisten Fällen die Umgebungsluft ist und durch elektromagnetische Strahlung. Die Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter und findet daher vielfach als Wärmeisolator Anwendung, wie beispielsweise Bausteine mit Lufteinschlüssen oder Wollbekleidung. Die sich an den Heizkörperflächen erwärmende Luft dehnt sich aus, wird dadurch leichter als die Umgebungsluft, steigt auf und er­ zeugt eine Luftströmung in dem zu beheizenden Raum. Die schwere kältere Luft strömt zum Heizkörper, sodaß insgesamt eine Konvektionsströmung der Luft im Raum aufrechterhalten wird. Hierdurch bilden sich im Raum Bereiche unterschied­ licher Temperaturen aus, nämlich mit einem kalten Fußboden und steigender Temperatur mit zunehmender Raumhöhe. Ein solches Temperaturgefälle widerspricht dem Wohlbefinden des menschlichen Körpers.

Aus der Physik ist es bekannt, daß jeder Körper entsprechend und proportional seiner Temperatur eine elektromagnetische Strahlung aussendet, welche bei Zimmertemperatur und bis einige hundert Grad darüber im Infrarot-Gebiet liegt. Als normierter Körper wird der schwarze Körper betrachtet, wel­ cher sämtliche Strahlung absorbiert und dessen ausgesendete Gesamtenergie proportional der vierten Potenz der absoluten Temperatur ist. Die ausgesendete Strahlung hängt dabei nicht von der chemischen Beschaffenheit der Oberfläche des schwar­ zen Körpers ab.

Bei den meisten Gebäudeheizungen wird die vorhandene Wärme­ strahlung nicht ausgenützt, vielmehr werden oftmals die Heizkörper aus optischen und ästhetischen Gründen verkleidet, beispielsweise mit einer Holzblende. Holz ist aber ein schlechter Wärmeleiter, so daß der äußere Holzrahmen sich nur geringfügig erwärmt und damit auch nur eine geringe Wärme­ strahlung nach außen abgibt. Da die Heizkörperverkleidung unten und oben offen ist, ergibt sich eine erhöhte Kaminwir­ kung für die durchströmende Luft, wodurch die Luftkonvektion im Raum erhöht wird, welche für die anwesenden Personen eine ungesunde Zugluft darstellt.

Von medizinischer Seite wurde festgestellt, daß das Wohl­ befinden einer Person in Bezug auf die Raumheizung sowohl subjektiv als auch objektiv dann am größten ist, wenn der Körper von allen Seiten und möglichst in gleicher Strahlungs­ stärke mit Wärmestrahlung beaufschlagt wird. Dabei kann die Raumtemperatur zwischen 15° und 18° liegen, eine Temperatur, die für einen Wohnraum an sich als kühl empfunden wird. Wird der Körper nur einseitig mit Wärmestrahlung beaufschlagt, so enstehen ungünstige oder sogar schädliche Wirkungen auf den Kreislauf des Menschen und auf weitere Organe. Wird ein menschlicher Körper ungleichmäßig erwärmt, so sorgt das Kreislaufsystem für einen Temperaturausgleich. So wird bei­ spielsweise die primär chronische Polyarthritis auf eine inhomogene Erwärmung zurückgeführt. Andererseits gilt es als gesichert, daß durch eine Erwärmung des Körpers die Poly­ arthritis und andere Krankheiten geheilt werden können.

Zu einem gesunden Raumklima gehört darüberhinaus auch eine entsprechende relative Raumfeuchtigkeit, welche bei einer üblichen Zentralheizung mit Metallflächen nicht erreicht wird, so daß diese mit Verdunstungsgeräten, beispielsweise offenen Gefäßen, kombiniert werden.

Nach den VDI Lüftungsregeln werden für Klimaanlagen im Winter eine Zimmertemperatur von 20°C und 35-70% relative Luft­ feuchte und im Sommer 22°C und 70% relative Feuchte und bei einer Zimmertemperatur von 26°C 60% relative Luftfeuchte verlangt.

Diese Werte werden von Kachelöfen erreicht. Kachelöfen sorgen nicht nur subjektiv, sondern auch objektiv für eine "behag­ liche" Wärme durch eine milde Strahlung, die von der Kachel­ oberfläche ausgeht. Das Heizen mit einem Kachelofen wird als besonders angenehm empfunden, da die Kacheloberfläche von 40-90°C in den Anteilen der Strahlung und der Konvektion weit­ gehend den Körperbedingungen des Menschen entsprechen.

Kachelofenheizungen werden mit festen, flüssigen oder gasför­ migen Brennstoffen, in Einzelfällen auch mit elektrischen Einsätzen betrieben. Jeder mit Brennstoffen geheizte Kachel­ ofen benötigt zur Verbrennung erhebliche Mengen Sauerstoff, die er üblicherweise aus der Raumluft entnimmt, welche damit in der Stunde bis zu fünfmal erneuert wird. Der Raum muß daher eine ständige Frischluftzufuhr aufweisen, da andern­ falls die Verbrennung unvollständig unter Abgabe giftiger Kohlenmonoxidgase erfolgt. Die Abgase werden mit einem großen Wärmeanteil dem Schornstein und damit der Außenluft zuge­ führt. Der Kachelofen bedarf daher einer festen Installation im Raum mit festen Kaminanschlüssen.

Es sind auch Weiterentwicklungen des Kachelofens bekannt, bei denen der Ofen mit Warm- oder Heißluft beheizt wird, welche in einer zentralen Heizanlage erzeugt wird. Damit ist zwar ein Kaminanschluß nicht mehr erforderlich, jedoch sind ent­ sprechende Luftführungskanäle notwendig.

Eine weitere Gruppe von Heizkörpern ist als Fußboden-, Wand- und Deckenheizung ausgebildet. Die Fußbodenheizung ermöglicht großzügige Raumlösungen, da die Heizung "unsichtbar" ist. So können Fenster bis zum Boden geführt werden, die Luftkon­ vektion und damit die Staubumwälzung ist verringert. Durch eine Vergrößerung der Heizflächen kann die Vorlauftemperatur des Wärmetransportmittels, vorzugsweise Wasser, verringert werden.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Heizkörper­ element anzugeben, welches eine freie Raumgestaltung der Heizflächen ermöglicht, die mit den Raumflächen integrierbar sind oder eigene Heiz-Raumkörper bilden, wobei eine Vielzahl von Heizkörperelementen miteinander verbindbar sind. Die Heizelemente sollen derart ausgebildet sein, daß die von diesen ausgehende elektromagnetische Wärmestrahlung voll zur Wirkung kommen kann, wobei auch Therapieräume geschaffen werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Heizungsanlage zur Raumbeheizung und für Therapieräume, bestehend aus Heizelementen, welche von einem Rohr- oder Schlauchsystem zur Führung eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertragers durchzogen sind, darin, daß das Heizelement gleichzeitig als Strahlungselement ausgebildet ist und eine Wärmeisolierende Trägerschicht aufweist, auf der eine Trägerfläche für das Rohr- oder Schlauchsystem angeordnet ist, wobei diese in regelmäßigen Abständen integrierte Halteelemente für das Rohr- oder Schlauchsystem aufweist, und daß eine wärmelei­ tende und wärmespeichernde Füllmasse das Rohr- oder Schlauch­ system abdeckt, auf der sich mindestens eine darauf befestig­ te Kachel befindet.

Ein solches Heizelement kann nach der Erfindung die verschie­ densten Raumformen aufweisen, nämlich zylinder- oder kugel­ förmig konvex oder konkav gewölbt oder kann als Planfläche ausgebildet sein.

Die Trägerfläche für das Rohr- oder Schlauchsystem besteht vorteilhaft aus einem vorgepreßten Material, beispielsweise aus Kunststoff und die Halteelemente für die Röhren oder Schläuche sind als zylinderförmige Noppen mit einem Flachkopf zur Halterung der Rohr- oder Schlauchelemente ausgebildet.

Die Füllmasse besteht vorteilhaft aus einem Schamottemörtel, welche gute Wärmespeichereigenschaften und eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Heizelement als groß­ flächiges Wand-, Decken- oder Bodenelement ausgebildet, so daß die Montage der Rohr- oder Schlauchelemente und die Montage des gesamten Heizelementes wesentlich vereinfacht wird.

Die Enden eines Rohr- und Schlauchsystems eines Heizelements weisen nach der Erfindung Steckverschlüsse in Form eines positiven und negativen Ventilverschlusses, d. h. als Stecker und Buchse auf, so daß mehrere Heizkörper in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander und mit einer zentralen Heiz­ wasseranlage verbunden werden können. Da die Anschlüsse mit Ventilen versehen sind, lassen sich die Anschlüsse auch unter Druck des Heizwassersystems während des Betriebes durchfuh­ ren.

In Weiterbildung der Erfindung lassen sich ein oder mehrere zusammengeschaltete Heizelemente in Form eines transportablen Quaders, einer Sitzfläche, Sitzbank, Liegefläche oder eines Bettrahmens ausbilden, wobei entsprechend der gewünschten Raumform ein Traggerüst zur Aufnahme der Heizelemente vorhan­ den ist. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten der Gestaltung von Heizkörpern, wobei ihre Strahlungseigenschaften voll zu Auswirkung kommen können.

Die Heizelemente lassen sich in einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform in der Ausbildung von Wand-, Decken- und Boden­ flächen zu einer Kabine mit Sitz- und Liegeflächen aus Heizelementen ausbilden, wobei die Kabine für therapiezwecke elektrische Strahler unterschiedlicher Art aufweist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Heiz- und Strah­ lungselement in perspektivischer und schema­ tischer Darstellung;

Fig. 2 einen Heiz- und Strahlungskörper in perspek­ tivischer und schematischer Darstellung;

Fig. 3 einen Heiz- und Strahlungskörper, ausgebildet als Sitzbank oder Stufe in perspektivischer und schematischer Darstellung, und

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Therapie-Kabine mit Sitz- und Liegeflächen sowie elektrischen Lampen, welche als Strahler für Therapiezwek­ ke ausgebildet sind.

Die Fig. 1 zeigt den Schnitt durch ein Heiz- und Strahlungs­ element. Auf einer wärmeisolierenden Trägerschicht 1, bei­ spielsweise aus Zement mit wärmeisolierenden Füllstoffen, ist eine Trägerfläche 2, für das Rohr- oder Schlauchsystem mit den Schlauchteilen 5, 6, 7 und 8 angeordnet, die vorteilhaft aus Kunststoff bestehen kann. Die Schläuche werden in ihrer Lage durch Noppen 9, 10 und 11 gehalten. Die Noppen 9, 10 und 11 sind integraler Bestandteil der Trägerfläche 2, und sind über die gesamte Trägerfläche entsprechend der verwendeten Rohr- oder Schlauchgröße verteilt, so daß jedes Schlauchver­ legeschema Anwendung finden kann, beispielsweise schlingen- oder zick-zackförmig. Zur besseren Halterung der Schläuche weisen die Noppen eine entsprechende Querschnittsform auf. Der Kopf jedes Noppens 9, 10 und 11 hat dabei einen größeren Durchmesser als der Schaft. Während des Montagevorganges ist der zu verlegende Schlauch leer, so daß er sich leicht zu­ sammendrücken läßt. Andererseits sind die Köpfe elastisch genug, so daß auch Metallrohre verlegt und gehalten werden können. Der Zwischenraum der Schläuche und die obere Schicht sind durch Schamottemörtel ausgefüllt und durch Kacheln 4 abgedeckt. Schamottemörtel hat etwa die gleichen thermischen Eigenschaften und Ausdehnungskoeffizienten wie die Kacheln, so daß keine Spannungen zwischen dem Rohr- und Schlauchsystem und den Kacheln auftreten.

Ein solches Heiz- und Strahlungselement dient als Baustein für die verschiedensten Raumformen und kann daher selbst in der dargestellten Sandwichform zylinder- oder kugelförmig konvex oder konkav gewölbt oder als Planfläche ausgebildet sein. In der Fig. 1 ist lediglich ein planförmiges Element wiedergegeben.

Die Fig. 2 zeigt in schematische Darstellung einen Heiz- und Strahlungskörper 14, welcher aus mehreren Heiz- und Strah­ lungselementen nach Fig. 1 aufgebaut ist.

Die Oberfläche 15 und die Frontseite 16 bestehen aus Kacheln, so daß diese Flächen als Wärmestrahler wirken. Zur Versorgung des Schlauchsystems sind Anschlüsse 12 und 13 vorgesehen. Diese bestehen aus Steckverschlüssen, welche in Form eines positiven und negativen Ventilverschlusses, d. h. als Stecker 12 und Buchse 13 ausgebildet sind, so daß mehrere Heizkörper in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander und mit einer zentralen Heizwasseranlage verbunden werden können. Da die Anschlüsse mit Ventilen versehen sind, lassen sich die An­ schlüsse auch unter Druck des Heizwassersystems während des Betriebes durchführen. Die nicht näher dargestellten Haus­ anschlüsse des Versorgungssystems weisen die entsprechenden fertigverlegten Ventilverschlüsse auf. Die Heiz- und Strah­ lungskörper können daher auch für die Umrüstung bestehender Zentralheizungen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, daß diese Heiz- und Strahlungskörper eine große Wärmeka­ pazität aufseisen und daher die Wärme über eine lange Zeit speichern. Die Oberflächentemperatur der Kacheln kann weitaus niedriger liegen als die Oberfläche bei herkömmlichen Me­ tallheizflächen und Radiatoren. Dadurch kann auch die Vor­ lauftemperatur niedriger sein. Ein solches Heizsystem ist daher für Wärmepumpen und Wärmewandler mit niedriger Aus­ gangstemperatur des Wärmeübertragers besonders geeignet.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung als Sitzbank, Stufe oder auch als Baustein eine Bettes.

Die Bank 17 besteht ähnlich wie der Heiz- und Strahlungs­ körper nach Fig. 2 aus vielen integrierten Heiz- und Strah­ lungselementen. Zum Aufbau und zur Halterung der Bank kann diese ein nicht näher dargestelltes Gerüst aus Metall ent­ sprechend der gewünschten Raumform aufweisen. Das Rohr- und Schlauchsystem ist ähnlich wie nach Fig. 2 mit Steckver­ schlüssen als Stecker 12 und Buchse 13 ausgebildet, so daß auch hier mehrere Heizkörper in Reihen- oder Parallelschal­ tung miteinander und mit einer zentralen Heizwasseranlage verbunden werden können.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung in der Form einer Therapie-Kabine 20. Die Heiz- und Strahlungselemente sind hierbei als Wand-, Decken- und Boden­ flächen zu einer Kabine mit Liegeflächen 25 und Sitzflächen 26 ausgebildet, wobei die Kabine für Therapiezwecke elek­ trische Strahler 22, 23 und 24 unterschiedlicher Art auf­ weist. Mittels der Tür 21 läßt sich die Kabine schließen. In dieser Kabine wird der Körper eines Menschen von allen Seiten gleichmäßig bestrahlt. Je nach der beabsichtigten Therapie sind die Lampen als runde und/Röhren- Strahler mit einem enstrechenden Spektrum ausgebildet.

Claims (8)

1. Heizungsanlage zur Raumbeheizung und für Therapieräume, bestehend aus Heizungselementen, welche von einem Rohr- oder Schlauchsystem zur Führung eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertragers durchzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heiz- und Strahlungselement eine Wärmeisolierende Trägerschicht (1) aufweist, auf der eine Trägerfläche (2) für das Rohr- oder Schlauch­ system (5, 6, 7 und 8) angeordnet ist, wobei diese in regelmäßigen Abständen integrierte Halteelemente (9, 10 2 und 11) für das Rohr- oder Schlauchsystem aufweist, und daß eine wärmeleitende und wärmespeichernde Füll­ masse (3) das Rohr- oder Schlauchsystem (5, 6, 7, nd 8) abdeckt, auf der sich mindestens eine darauf befestigte Kachel (4) befindet.

2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz- und Strahlungselement zylinder- oder ku­ gelförmig konvex oder konkav gewölbt oder als Planflä­ che ausgebildet ist.

3. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trägerfläche (2) für das Rohr- oder Schlauchsystem (5, 6, 7 und 8) aus einem vorgepreßten Material besteht und die Halteelemente als zylinderför­ mige Noppen (9, 10 und 11) mit einem Flachkopf zur Hal­ terung der Rohr- oder Schlauchelemente ausgebildet sind.

4. Heizungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Füllmasse (3) aus einem Schamot­ temörtel besteht.

5. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz- und Strahlungselement als großflächiges Wand-, Decken- oder Bodenelement ausgebildet ist.

6. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden eines Rohr- und Schlauchsystems (5, 6, 7 und 8) eines Heiz- und Strahlungselements Steckverschlüsse (12, 13) in Form eines positiven und negativen Ventil­ verschlusses aufweisen, so daß mehrere Heizkörper in Reihen- oder Parallelschaltung miteinander und mit ei­ ner zentralen Heizwasseranlage verbindbar sind.

7. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere zusammengeschaltete Heizelemente in Form eines transportablen Quaders (14), einer Sitzfläche (19), Sitzbank (17), Liegefläche (25) oder eines Bettrahmens ausgebildet sind, wobei entsprechend der gewünschten Raumform ein Traggerüst zur Aufnahme der Heizelemente vorhanden ist.

8. Heizungsanlage nach Anspruch 1 oder einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente in Form von Wand-, Decken- und Boden­ flächen zu einer Kabine (20) mit Sitz- und Liegeflächen (25 bzw. 27) aus Heizelementen ausgebildet sind und die Kabine für therapiezwecke elektrische Strahler (22, 23 und 24) aufweist.