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Strahlungsheizeinrichtung mit gewölbten Strahlflächen Die Erfindung
.bezieht sich auf eine Strahlungsheizeinrichtung mit Wärmestrahlen erzeugenden,
aus wärmeleitendem Werkstoff bestehenden gewölbten Strahlflächen.
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Die physiologisch in engen Grenzen liegende und lebensnotwendige Abkühlung
(Entwärmung) des Menschen erfordert in den kälteren Jahreszeiten die Beheizung der
Wohn- und Arbeitsräume, wobei diese Räume durch die Heizungsanlage auf einen physiologischen
Behaglichkeitszustand zu bringen sind. Diese Erkenntnis führte zu einer Bevorzugung
der unmittelbar auf den Menschen einwirkenden Wärmestrahlung, zumal hiermit wärmewirtschaftliche
Vorteile verbunden sind. Diesem Ziel sollen die bisherigen Rohr- und Lamellen-Deckenheizungsanlagen
mit ihren innerhalb der Decken der Wohnräume angeordneten Heizflächen sowie die
Strahlplatten- oder Sunstrip-Heizungsanlage mit den frei unterhalb der Decken aufgehängten
Heizflächen in Arbeitsräumen dienen.
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Aus den genannten physiologischen Gründen darf bei der Deckenheizung
die Oberflächentemperatur der Heizfläche nicht wesentlich höher sein als die Bluttemperatur
des Menschen von 37° C, damit die Strahlungsintensität (die in der Zeiteinheit auf
die Flächeneinheit aufgestrahlte Wärmemenge [»StrahlungsfluBdichte«] in kcal/cm2
- min) auf den Kopf des Menschen nicht unbehaglich
wirkt. Diese
niedrige Heizflächentemperatur bedingt bei der Strahlungsheizung die Beheizung großer
Decken- oder Wandflächen, so daß die Kosten der Heizungsanlage hoch werden.
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Die Wärmestrahlung folgt den optischen Gesetzen. Die aufgestrahlte
Wärmemenge unterliegt also - unter gewissen Einschränkungen bei polierten Metallflächen
- dem Entfernungsgesetz sowie dem Lambertschen Kosinusgesetz. Beide Gesetze sind
mathematisch in der »Einstrahlzahl« (»Winkelverhältnis« der strahlenden Fläche zu
der bestrahlten Fläche) verankert. Die zuträgliche Wärmestrahlung wird bei geringer
Raumhöhe und bei ebener (flacher) Ausbildung bisheriger Decken- oder Wand-Heizflächen
in Wohnräumen bald erreicht. Mit zunehmender Raumhöhe können die Heizflächentemperaturen
gesteigert und damit die Heizflächen geringer bemessen werden, wie es bei Strahlplattenheizungen
für Montagehallen empfehlenswert ist. Mittels der bisher gebräuchlichen, ebenen
(flachen), horizontal oder etwas schräg gestellten Strahlplatten soll die Wärmekonvektion
zugunsten der Wärmestrahlung unterdrückt werden; man erhält, abgesehen von elektrischen
oder gasbeheizten Strahlern mit Glühtemperatur, bei den durch Heizrohre erwärmten
Metallplatten,, bei denen wegen der Beheizung durch Heizrohre Temperaturabfall in
der Plattenrichtung vom Heizrohr weg auftritt, keine spezifisch hohe Wärmeleistungen
der Heizflächen.
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Bei Verwendung der erwähnten, bekannten, elektrisch beheizten Glühstrahler,
die meist mit Reflektor; n ausgerüstet sind, ordnet man zu der angestrebten Unterdrückung
der Wärmekonvektion zugunsten der Wärmestrahlung an einigen Stellen, z. B. in Kirchen,
oberhalb der Kapitelle oder an großen, hoch oben hängenden Kronleuchtern, solche
Glühstxahler mit Reflektoren an, von; dienen aus die Wärmestrahlung »gerichtet«,
nämlich z. B. auf die Sitzbänke der Kirche zu gerichtet ist. Da die Strahler sehr
hoch oben aufgehängt sind, beschränkt sich der durch sie hervorgerufene, auf Personen
kühlend wirkende Luftumlauf auf die oberen Bereiche z. B. der Kirche oder eines
Saales.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich demgegenüber zum Ziel gesetzt,
die Intensität der von einer Lamelle selbst erzeugten Wärmestrahlung richtungsabhängig
zu machen, so daß z. B. bei von Personen benutzten Räumen in eine Zone, in der man
die Beine hat, stärkere Strahlung von ein und derselben Lamelle ausgesendet wird,
als in eine Zone, in der man den Kopf hat. Man kann dann die Heizlamelle stärker
beheizen, so daß die in die Fußzone geschickte Strahlung ausreicht, ohne daß die
in die Kopfzone gesendete Strahlung unangenehm ist, nämlich physiologisch unzulässige
Werte erreicht.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Strahlungsheizeinrichtung
der eingangs angeführten Gattung die Wölbung der Strahlflächen für jedes Flächenteilchen
unter Berücksichtigung der Einstrahlzahl in bezog auf eiine bestimmte Empfangszone
eines zu beheizenden Raumes derart gestaltet ist, daß die Strahlungsflußdichte (Einheit:
kcal/cm2 - min) in der Empfangszone der für diese gewünschten Temperaturverteilung
entspricht. Die Einstrahlzahl (»Winkelverhältnis«) entspricht dem Verhältnis der
in der Zeiteinheit von einer Empfangsfläche aufgenommenen, von einem Strahlflächenteilchen
stammenden Strahlungsenergie (Einheit: kcall'cm2 - min) zu der Strahlungsleistung
(Einheit: kcal/cm2 - min) des Strahlflächenelements. Bei der neuen Strahlungsheizeinrichtung
liegt die Strahlfläche nicht mehr parallel an der Wand oder an der Decke, sondern
sie hat eine bestimmte, gewölbte Form, z. B. aus elliptisch, parabolisch oder kreisförmig
profilierten Kurvenstücken, dabei kann durch Art und Stärke der Wölbung eine zu
bevorzugende Strahlungsrichtung berücksichtigt werden. Grundsätzlich soll durch
die gekrümmte Oberfläche der Strahlfläche die Strahlungsintensität in von Menschen.
benutzten Räumen auf physiologisch zulässige Zahlenwerte beschränkt werden.
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Diese physiologisch zulässigen Zahlenwerte ergeben sich unter Anwendung
der Gesetze für die physiologische Strahlungsintensität. Man hat zwar bei den bekannten,
obenerwähnten elektrisch beheizten Glühstrahlern mit Reflektoren bereits physiologische
Beobachtungen über eine etwaige Erhöhung der Blutzirkulation bei verhältnismäßig
geringer Anstrahlung der menschlichen Haut an Kopf und Hals in der Weise ausgewertet,
daß man die gesamte Strahlung jedes Glühstrahlers nach gewisser Zeit durch Verminderung
des Heizstromes verringert hat.
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Grundlage für die physiologisch zulässige Strahlungsintensität bildet
bei der vorliegenden Erfindung jedoch die weiter oben erklärte Einstrahlzahl (Winkelverhältnis).
Dabei ist vorausgesetzt, daß das Lambertsche Kosinusgesetz gültig ist, das be'"
kanntlich bei diffus strahlenden Flächen gilt. Die Strahlflächen strahlen diffus,
wenn sie mit Farbe gestrichen sind. Vorzugsweise wählt man in von Menschen benutzten
Räumen Wölbung und Einstrahlzahl (Winkelverhältnis) für die einzelnen Teile der
Sirahlfläche und damit für die gesamte, wärmeabstrahlende Fläche so, daß die Strahlungsintensität
(StrahlungsflußdichtL) in der Empfangszone auch bei höheren Heizfläcl ntemperaturen,
als sie bei den bisherigen Heizeinrichtungen mit parallel an Decke oder Wand angeordneten
Strahlflächen unter Beachtung der physiologischen Wirkung verwendet werden konnten,
und (oder) bei geringer Raumhöhe den physiologisch zulässigen Wert nicht überschreitet.
Durch die auf diese Weise gewonnene Verteilung der Strahlungsflußdichte in der Empfangszone
läßt sich die Temperatur über einen dort befindlichen Körper, z. B. den menschlichen
Körper, im gewünschten Maße verteilen.
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Eine einfache Erklärung für die Wirkungsweise der neuen Heizeinrichtungbestehtauchdarin.,
d.aß bei gleicher spezifischer Wärmeabgabe eine gewölbte Strahlfläche in gestreckter
Lage eine größere Decken- oder Wandfläche überdecken würde, als sie es in gewölbtem
Zustand tatsächlich tut. Für die Strahlungsintensität der gewölbten Strahlfläche
ist
nach den einleitenden Ausführungen nur diese flächenmäßig kleinere Projektion auf
die ebene Wand oder Decke in Rechnung zu setzen. Im sichtbaren Gebiet der elektromagnetischen
Wellen ist dieser Umstand bekannt; z. B. sieht man eine leuchtende Kugel, etwa die
Sonne oder den Vollmond als über ihre ganze Fläche gleichmäßig leuchtende Scheibe.
Man hatte aber bisher nicht erkannt, daß sich diese Erscheinung im Gebiet der Wärmestrahlung
bei Strahlungsheizeinrichtungen im Sinne, der Erfindung ausnutzen läßt.
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Durch die -FQrmgebung deg Strahlflächen nach der Erfindung läßt sich
also die Heizflächentemperatur wesentlich steigern, ohne physiologisch unangenehm
zu werden. Durch die höhere Heizflächentemperatur wird zugleich die spezifische
Wärmeabgabe gesteigert, die durch die Wölbung auch die konvektive Wärmeabgabe neben
der Wärmestrahlung erhöht; damit ergibt sich eine Verminderung der Anlagekosten.
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Es sind zwar Strahlungsheizeinrichtungen mit gewölbten Strahlflächen
an sich bekannt, jedoch sind dort für die Wölbung nicht die geschilderten Bedingungen
hinsichtlich Einstrahlzahl und Empfangszone bekanntgeworden, sondern die Strahlflächen
wurden gewölbt, weil sie in den Decken-oder Fußbödenkehlen sowie in den Ecken der
Wände untergebracht werden sollten; die Kehlen oder Ecken wurden dann durch die
Wölbung der Strahlflächen in einer gefälligen Form überbrückt. Die Wölbung wurde
also den baulichen Gesichtspunkten des zu beheizenden Raumes angepaßt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
die schematische Schnitte durch Strahlflächen zeigt.
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Fig. z stellt in senkrechtem Querschnitt eine Strahlheizfläche i mit
einem Heizrohr 2 und einer inneren Wärmedärhmschicht 9 dar. Über der Strahlfläche
liegt ein Versteifungswinkel 13. Der Verputz 17 an einer Decke 5 wird
durch eine aus Aluminium bestehende Gleitleiste 12 nach, der Strahlfläche hin abgeschlossen.
Die freie Deckenfläche ro trägt einen Aluminiumbrönze-Anstrich oder einen Aluminiumfolien-Belag.
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Fig.2 zeigt eine aus parabel- und; kreisbogenartigen Abschnitten zusammengesetzte
Strahlheizfläche in senkrechtem Querschnitt mit mehreren Heizrohren 2, wobei die
Fläche in der rechten Hälfte -nach dem Rauminneren und die in der linken Hälfte
nach einer Außenwand und einem Fenster zu strahlt.
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Fig.3 zeigt eine ähnliche aus Abschnitten zusammengesetzte Strahlheizfläche.
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Fig. 4 ist eine Längsansicht der Strahlheizfläche nach Fig. 3.
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Fig.5 zeigt eine ähnlich einer Deckenleuchte ausgebildete Strahlheizfläche
3. Die Heizrohre 4 sind spiralig in Korbform angeordnet. In diesem Rohrkorb liegt
die Wärmedämmschicht 9. Der Verputz 17 ist durch einen Gleitwinkel i2 nach der Heizfläche
hin abgeschlossen. Die Heizrohre 4 führen in der Decke 5 zu nicht dargestellten,
senkrechten Vor- und Rücklaufrohren. Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein Abteil
eines Eisenbahnwagens mit Quersitzen 7. An der Raumdecke sind beiderseits Strahlheizflächen
i angeordnet.
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Fig.7 ist ein Querschnitt durch ein Fahrzeug mit seitlichen Längssitzen
7. An der Decke 5 ist ein parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs führendes Strahlheizband
i angeordnet.
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Fig.8 ist ein senkrechter Mittelquerschnitt durch ein Abteil mit Quersitzen
7. Die Strahlheizfläche i ist an der Decke 5 befestigt; sie liegt quer zur Fahrtrichtung
und erstreckt sich über die ganze Länge der Sitzbänke bis zum Fenster 2o.
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Fig. 9 ist ein Querschnitt durch ein Fahr- oder Flugzeug mit in der
doppelwandigen Außenhaut liegenden Heizrohren. Die Strahlheizfläche i bildet teilweise
den inneren Wandabschluß; sie ist gewölbt. Die Außenhaut ist bei 9 wärmeabgedämmt.
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Fig. ro zeigt eine Deckenheizfläche entsprechend der Fig. 9, jedoch
mit der Raumdecke angepaßter, ihrer Wölbung entsprechender, . im Vergleich zu den
vorhergehenden Beispielen in entgegengesetzter Richtung gewölbter Strahlfläche,
die frei beweglich in der Decke geführt ist.
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Bei einer Bauart ist das Strahlblech i zwecks guter Wärmeübertragung
metallisch mit den Heizrohreri-2 verbunden. Diese Verbindung kann in bekannter Weise
durch Schweißen, Löten, Verzinken, Verzinnen, Vorspannung oder Schrumpfung geschehen.
Da durch die feste Verbindung von Rohr und Stahlblech diese sich mit dem Rohr bei
der Erwärmung ausdehnen können muß, ist zwischen den beiderseitigen Strahlflächenenden
und der Wand oder Decke der Gleitrahmen 12 angeordnet. Dieser Gleitrahmen hat den
Zweck, bei verputzten Decken einen gefälligen Abschluß zu erzielen. Die Versteifungsstreben
13 des Strahlblechs i sind so ausgebildet, daß sie gleichzeitig zum Anbringen der
Heizfläche an der Decke oder Wand dienen.
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Neben langgestreckten Strahlheizflächen sind auch Bauarten möglich,
bei denen die gewölbte Heizfläche einen quadratischen, rechteckigen oder kreisförmigen
Abschnitt einer sie tragenden Decke oder Wand überdeckt; ein Beispiel hierfür ist
in Fig. 5 dargestellt; dort hat das Strahlblech 3 kreisförmigen Grundriß, es überdeckt
also einen Kreisabschnitt der sie tragenden Decke. Auch läßt sich die Strahlheizfläche
ähnlich einem Beleuchtungskörper ausbilden; in diesem Fall werden die Heizrohre
vorzugsweise spiralig in Korbform (vgl. die Rohre 4 nach Fig. 5). geführt.
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Ein besonderes Anwendungsgebiet für die neue Heizeinrichtung sind
Fahrzeug- und Flugzeugbau. Die Heizfläche kann hier so an der Decke oder den Seitenwänden
angeordnet werden, daß die Wärmestrahlung auf die Sitzplätze ausgerichtet ist (vgl.
Fig.6 bis 8). Derartige Strahlungsheizungsflächen sind auch in hygienischer Hinsicht
einwandfrei, weil sich der in die Fahrzeuge, z. B. Eisenbahnwagen oder Omnibusse,
hereingetragene Staub nicht mehr auf den Heizflächen ablagert. Im Gegensatz zu den
bisherigen, in Verkehrsmitteln eingebauten Heizeinrichtungen mit Konvektionsheizkörpern
unter
den Sitzbänken oder entlang der Außenwand des Abteiles kann nicht mehr durch Konvektionsluftströmungen
Staub aufgewirbelt werden, der die Atmungsorgane der Reisenden beeinträchtigen könnte.
Weiter kann bei der neuen Heizeinrichtung Staub auf den Heizflächen nicht mehr verschwelen,
wie es ebenfalls bei den bisherigen Heizeinrichtungen mit Konvektionsheizkörpern
(bei dampfbeheizten Eisenbahnwagen) unter den Sitzplätzen vorkommt.
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Seitliche Strahlheizflächen zur Verminderung des Wärmeentzugs durch
die Abteilfenster und die Außenwand des Fahrzeuges auf einen physiologisch tragbaren
Wert können zwischen Innen- und Außenhaut dieser Wand angeordnet werden, sie sind
also unsichtbar.
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Um eine Wärmeabgabe der Strahlbleche und Rohre in einer nicht gewünschten
Richtung zu vermeiden, ist in bekannter Weise die Wärmedämmschicht 9, z. B. eine
Glaswollematte, Aluminiumfolie-Wellpappe und ähnliches, über die Rohre 2 gelegt
und die innere Strahlblechoberfläche entweder mit Aluminiumbronze bestrichen oder
eine Aluminiumfolie aufgeklebt; das kann gegebenenfalls auch für die der inneren
Seite des Strahlbleches gegenüberliegende Wand gemacht werden.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die Sttrahlflächen in
der Weise gewölbt, daß sie aus - im Vergleich zur Gesamtfläche -- kleinen, in sich
ebenen (flachen), gegeneinander etwas geneigten Strahlungsflächenteilen zusammengesetzt
sind, die in ihrer Gesamtwirkung stetig gewölbten Strahlflächen gleichwertig sind.
gekennzeichnet, daß die Wölbung. der Strahlflächen für jedes Flächenteilchen unter
Berücksichtigung der Einstrahlzahl in bezug auf eine bestimmte Empfangszone eines
zu beheizenden Raumes derart gestaltet ist, daß die Strahlungsflußdichte (Einheit:
kcal/cm2 - min) in dieser Empfangszone der für diese gewünschten Temperaturverteilung
entspricht.
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2. Heizeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlflächen derart gewölbt und gegen den zu beheizenden Raum gestellt sind und
nur eine so große Fläche eines sie tragenden Bauteils überdecken, daß in der oder
den Aufenthaltszonen des Raumes eine auf einen physiologisch. zulässigen Wert verminderte
Strahlungsflußdichte einer für den Raum vorgeschriebenen Temperaturverteilung herrscht.
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3. Heizeinrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strahlflächen im Querschnitt Teilkreisform, parabolische oder elliptische
Form aufweisen (Fig. i bis 3).
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4. Heizeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlflächen einen schalenförmigen Körper bilden (Fig. 5).
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5. Heizeinrichtung nach den Ansprüchen i und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß hinter den schalenförmigen Strahlflächen (3) in Spiralform verlaufende Heizrohre
(4) eingebaut sind, deren Verlauf der Schalenform angepaßt ist (Fig. 5).
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6. Heizeinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strahlflächen in den Deckenkehlen eines zu beheizenden Raumes als langgestreckte
Teile angeordnet sind.