DE4312400A1 - Ein Verfahren zur personenorientierten, lokalen Infrarotbeheizung von Räumen in Niedrigenergiehäusern - Google Patents

Description

Langwellige Infrarotstrahlen, welche Körper und Personen direkt an deren Oberfläche erwärmen ohne die umgebende Luft mit aufzuheizen, werden im Zusammenhang mit thermisch gut isolierten Bausystemen energiewirt­ schaftlich immer interessanter.

Elektrisch gespeiste Infrarot(IR)-Strahler in Form von Kupferflächen, integriert in Styropor- oder Gipsplatten, werden als Wand-, Decken- oder Fußbodenelemente in­ stalliert.

Kern dieser Heizelemente sind Kristallgemische, die Infrarotstrahlen im langwelligen Spektrum der Sonne erzeugen.

Wand- und Deckenstrahler sind tapezierbar und somit völlig unsichtbar. Fußbodenstrahler können mit Belag oder Teppich belegt sein.

Vorteil dieses Heizprinzips sind geringere Installa­ tions-, Energie- und Nebenkosten gegenüber den konventionellen Öl- oder Gas-Heizsystemen (Zeitschrift "Ingenieur Digest", Jahrg. 4/93, S. 71, 72).

Die IR-Heizelemente sind elektrisch parallel fest verdrahtet, wobei über Ein-/Aus-Schalter bestimmte Heizplatten aktiviert/deaktiviert werden können. Die Temperatur wird über einen oder mehrere Thermostaten konstant gehalten.

Die Realisierung der Patentidee ermöglicht eine weitere drastische Reduzierung der jährlichen Betriebskosten einer Heizungsanlage auf dem Prinzip der strahlenden Wärmeabgabe.

Sämtliche in einem Raum installierte IR-Strahler sind einzeln zuschaltbar bzw. in ihrer Heizleistung kontinuierlich ansteuerbar.

Alle Strahler eines Raumes werden mit einer bestimmten Grundleistung versorgt, um über einen Raum-Tem­ peraturfühler eine bestimmte Raumtemperatur (z. B. +14°C) zu gewährleisten.

Ein Außen-Temperaturfühler gestattet, wie üblich, eine witterungsgeführte Temperaturregelung.

Betreten eine oder mehrere Personen einen Raum, so werden sowohl Anwesenheit als auch deren momentane Raum-Positionen fortlaufend über entsprechende Sensorik erfaßt.

Der der Raum-Position zugeordnete IR-Strahler wird automatisch von Raumwärmestrahlung auf eine größere Personenwärmestrahlung geschaltet.

Infolge der bereits vorgeheizten Strahler, wird die vorgegebene personenbezogene Strahlungsleistung in einer relativ kurzen Zeit erreicht.

Wechseln die Personen durch Fortbewegung im Raum ihre Positionen, werden fortlaufend und dynamisch Heiz­ elemente von Raumwärme- auf Personenwärme-Strahlung und umgekehrt geschaltet.

Mit diesem Verfahren wird der Elektroenergie-Verbrauch minimiert, ohne das temperaturbezogene Wohlbefinden von Personen zu beeinträchtigen.

Fuhr eine Erfassung der aktuellen Positionen von Personen in einem Raum bieten sich mehrere Möglichkeiten an:

• - Kontakt- oder kapazitives Prinzip, integriert im Fußboden oder im Bodenbelag (Verfolgung von Zustandsänderungen),
• - Infrarotsensor im zugeordneten Infrarot-Strahler,
• - Räumlich verteilt angeordnete funktechnische Sende- /Empfangstechnik (z. B. Transponderprinzip),
• - Zentrale Erfassung über Video- oder Infrarotkamera.

Werden zusätzlich die Personen untereinander spezifisch geortet (z. B. Transponder 20°C in der Jackentasche), ist die personengebundene Wärmestrahlung den Wünschen einer einzelnen Person anpaßbar.

Version 1 - zentrale Auswertung, Steuerung, Regelung:

Alle Heizelemente (z. B. Deckenstrahler) eines Gebäudes, Raumes werden elektrisch so vernetzt, daß von einem zentralen übergeordneten Elektronikmodul (z. B. SPS - Speicherprogrammierbare Steuerung) die Strahlungs­ leistung jedes einzelnen Heizelementes separat steuerbar ist.

Die Ausgangssignale der Personen-Sensorik werden der Programmsteuerung als Eingangssignale zur Verarbeitung zugeführt.

Ein entsprechender Programmalgorithmus, welcher je nach Komplexität auch selbstlernende und/oder unscharfe Logikelemente (Fuzzy-Logic) enthalten kann, entscheidet über die örtliche Aktivierung der zugeordneten Infrarot-Strahler.

So können je nach Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Personen in bestimmten räumlichen Planquadraten bzw. auf den Fortbewegungswegen zwischen diesen, bestimmte zeitlich "vorausschauende" Aktivitäten veranlaßt werden. Damit werden systembedingte thermische Totzeiten weitgehend ausgeschaltet.

Version 2 - dezentrale Auswertung, Steuerung, Regelung:

Hierbei ist jedem IR-Flächenstrahler ein Sensorelement direkt zugeordnet.

Sensoren können als Kontaktelemente, als kapazitiv wirkende Metallflächen unter dem Teppich oder als Infrarotdetektoren ausgeführt sein.

Registriert ein Sensor die Anwesenheit einer Person, wird der zugeordnete IR-Strahler von "Raumstrahlung" auf "Personenstrahlung" geschaltet.

Eine praktische Realisierung wird stets Komponenten beider Versionen beinhalten.

Fig. 1 zeigt als eines vom vielen möglichen Beispielen eine IR-Strahler-Heizung, integriert in die Decke eines Raumes (3).

Zwischen Fußboden und Spannteppich befindet sich eine Folie.

Diese beinhaltet untereinander dielektrisch isolierte Metallflächen (Staniol), welche sowohl in Anordnung als auch in Abmessungen den darüber an der Decke angebrachten IR-Strahlern entsprechen (1).

Die gebäudezentrale Programmsteuerung/Regelung (2) verarbeitet die zugeführten Signale Außentemperatur (4), Raumtemperaturen (5) und die Personenbewegungen in den Räumen - hier kapazitives Sensorprinzip.

Die Ausgangssignale werden den in den Heizplatten (3) integrierten kontaktlosen Schaltern über eine BUS-Leitung (6) zugeführt (Schwingungspaketsteuerung).

Claims (1)

1. Ein Verfahren zur personenorientierten, lokalen Infrarotbeheizung von Räumen in Niedrigenergiehäusern gekennzeichnet durch

   • a) eine programmtechnische räumliche Lokalisierung und Verfolgung von Personen mittels entsprechender Sensorik und Rechentechnik.
   • b) eine dem konventionellen Raumtemperatur-Regelkreis überlagerten zusätzlichen Komponente, welche es ermöglicht, nur die momentanen Standorte von Personen im Raum mit einer erhöhten Infrarot-Heiz­ strahlung zu beaufschlagen.
   • c) einen zentralen programmierbaren Reglermodul, welcher Sensordaten selbstlernend verarbeitet und bezüglich der Personenfortbewegungen im Raum, zeitlich vorausschauend Heizelemente aktiviert/deaktiviert.
   • d) eine räumliche Erfassung von Personen nach Ort und Individuum, mit der Zielstellung, eine personengebundene Vorgabe der Heizleistung (Wärme-Strahlung) zu ermöglichen.