DE974794C

DE974794C - Strahlungsheizungsanlage mit waermerueckstrahlendem Schirm ueber den Heizflaechen

Info

Publication number: DE974794C
Application number: DEM6599A
Authority: DE
Inventors: Felix Andre Missenard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-03-10
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1961-05-04

Description

Strahlungsheizungsanlage mit wärmerückstrahlendem Schirm über den Heizflächen Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungsheizungsanlage, deren zwischen einer unteren Aufenthaltszone und einer oberen Zone des zu beeinflussenden Raumes angeordnete und von einem Schirm überdachte Heizflächen eine Betriebstemperatur haben, bei der die Strahlung gering ist. Diese Heizungsanlage, insbesondere für hohe und große Räume, wird mit dem Wärmeträger einer normalen Sammelheizungsanlage, z. B. Heißwasser oder Niederdruckdampf, betrieben. Hierbei ist die Anordnung so zu treffen, daß die Schirme eine nicht reflektierende Oberfläche aufweisen und aus einem solchen Werkstoff hergestellt und so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die vom Heizkörper auf sie einfallende Wärmestrahlung und die durch Konvektion vom Heizkörper übertragene Wärme aufnehmen und als diffuse Wärmestrahlung in den unter dem Heizkörper liegenden Raum abgeben.
Es ist bekannt, Heizkörper von Sammelheizungsanlagen im oberen Teil eines zu beheizenden Raumes anzuordnen, wobei die Erwärmung des Raumes durch Übertragung der Wärme an die Luft und deren damit verbundene Umwälzung erfolgt. Infolge der nicht zwangläufigen Luftströmung ist die Wirkung einer derartigen Heizungsanlage, insbesondere bei großen Räumen, nicht immer zufriedenstellend. Es sind daher Anlagen bekanntgeworden, bei denen die von einem Heizkörper ausgehenden Wärmestrahlen durch Reflektoren in Richtung des zu beheizenden Raumes abgestellt werden. Die bei diesen Heizkörpern durch Konvektion an die Luft abgegebene Wärme sammelt sich unter der Decke des Raumes und geht im wesentlichen dem meist in Bodennähe liegenden, zu beheizenden Raumteil, der Aufenthaltszone verloren. Um diesen Verlust gering zu halten, verwendet man Heizkörper mit Oberflächentemperaturen zwischen 400 und ßoo° C, so daß der Anteil der durch Strahlung abgegebenen Wärme im Verhältnis der durch Konvektion abgegebenen Wärme groß ist. Es ist daher nicht möglich, diese Heizkörper mit dem Wärmeträger der bekannten Sammelheizungsanlagen zu beaufschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Strahlungsheizungsanlage der eingangs angeführten Gattung, die gesamte von einem mit relativ niedriger Temperatur, z. B. von einer Sammelheizungsanlage, beaufschlagten Heizkörper ausgehende Wärme im wesentlichen in Strahlungswärme überzuführen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jede Heizfläche in der Raumhöhe derart angeordnet ist, daß sie Wärme nach unten und nach oben ausstrahlt, und daß der sie überdachende Schirm aus einem die Wärme schlecht leitenden Baustoff besteht und eine dem Heizkörper zugewandte, die Strahlung absorbierende Oberfläche aufweist, wobei die Schirme in Abstand über den Heizflächen derart angeordnet sind, daß sie die von den Heizflächen durch Strahlung nach oben und durch Konvektion aufgenommene Wärme in eine Wärmestrahlung nach unten umwandeln, während die Form des Schirmes so. ist, daß die Konvektion von den Heizflächen nach oben auf die Schirme begrenzt ist.
Durch diese Anordnung und Ausbildung verteilt sich die durch Strahlung von dem unteren Teil der Heizfläche abgegebene Wärme in der unteren Zone des zu beheizenden Raumes und trägt zu seiner Erwärmung bei. Die von dem oberen Teil der Heizfläche ausgesandte Strahlungswärme und die von der gesamten Heizfläche abgegebene Konvektionswärme werden von dem Schirm aufgefangen, der sich erwärmt und seinerseits die Wärme auf zwei verschiedene Arten abgibt a) durch Strahlung seiner unteren Fläche an den unteren Teil des Raumes; b) durch Strahlung und Konvektion der oberen Fläche an den oberen Teil des Raumes.
Die Heizflächen können verschiedene Formen besitzen; insbesondere können sie glatte Rohre oder Rippenrohre sein, die von einem Heizmittel durchströmt werden.
Die Form der Schirme ist durch die zu erreichende Wirkung bestimmt. Ihr Profil kann z. B. elliptisch sein, wenn man das Maximum an Wärme einem bestimmten Punkt der Aufenthaltszone zuführen will (z. B. der Stelle, an der sich ein Arbeiter befindet), oder sie kann parabolisch sein, wenn man eine der Fläche des Schirmes entsprechende Zone treffen will, oder sie kann hyperbolisch sein, wenn man eine größere Verteilung der Wärme auf dem gesamten Boden erreichen will. Die Heizflächen sind dann im Brennpunkt des elliptischen, parabolischen oder hyperbolischen Profils der Schirme angeordnet.
Wenn die rückstrahlenden Schirme die nach oben gehenden Konvektionsströme möglichst auffangen sollen, sind diese Schirme an ihren Enden in an sich bekannter Weise mit Wänden versehen, die allseitig das unmittelbare Entweichen von erwärmter Luft von den Heizflächen aus verhindern.
Baustoff und Oberfläche, z. B. rauher oder mit einem matten Anstrich versehener Baustoff sowie deren Farbe, tragen ebenfalls für den zu erreichenden Zweck, eine diffuse Strahlung, bei, was im grundsätzlichen nicht neu ist.
Um die Übertragung von Wärme nach der oberen Fläche des rückstrahlenden Schirmes zu verhindern, kann man ihr eine Wärmedämmschicht zuordnen oder für die Schirme einen nichtleitenden Baustoff verwenden, wodurch die oberhalb der Schirme vorgesehene zusätzliche Wärmedämmschicht vermindert oder weggelassen werden kann.
Die durch die Schirme ausgestrahlte Wärme vermehrt die trockene bzw. reine Temperatur der Luft und der mittleren Strahlungstemperatur, die das Wohlfühlen bestimmt, auf zwei Weisen: a) Die abgestrahlte Wärme wird zunächst bei ihrem Weg nach unten von dem menschlichen Körper aufgenommen; b) wenn die so an den Boden gelangende Wärmemenge größer als zum Ausgleich der Wärmeverluste des Bodens notwendig ist, steigert sie seine Temperatur über die Temperatur der umgebenden Luft und bewirkt ein Strahlen nach oben, das ebenfalls von dem menschlichen Körper aufgenommen wird.
Die Ausbeute an von den Heizflächen abgegebener Wärme wird außerdem dadurch erhöht, daß sie von dem rückstrahlenden Schirm ab mit niedriger Temperatur abgegeben wird, da bei einer solchen Anordnung aufsteigende Warmluftströme von hoher Temperatur, die an Heizflächen mit hoher Temperatur entsteht, oberhalb der Heizfläche vermieden werden.
Um die beste Ausbeute an abgegebener Wärme zu erhalten, empfiehlt es sich, den Fall anzustreben, in dem die Temperatur der Luft in der Vertikalen des Raumes, d. h. zwischen der Aufenthaltszone und dem Dach oder der Decke, gleichbleibt. Die physikalischen Gesetze sowie die Erfahrungen der Heiztechnik zeigen, daß diese Temperaturgleichheit über die Raumhöhe im wesentlichen dadurch erreicht wird, daß einerseits die nach unten und nach oben durch die Heizflächen abgegebene Wärme die Verluste der beiden oberhalb und unterhalb der Heizflächen gelegenen Zonen ausgleichen und daß andererseits gegebenenfalls diese Wärme mit der niedrigstmöglichen Temperatur abgegeben wird. Es genügt also, daß in jedem einzelnen Fall die Heizfläche nach unten eine Wärmemenge abgibt, die gleich den Verlusten der unteren Zone ist, und nach oben eine den Verlusten der oberen Zone gleiche Wärmemenge.
Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtungen sind zur Erreichung dieser Ziele besonders geeignet.
Die Erfahrung und die Berechnung zeigen, daß unter Verteilung der Wärmeverluste in dem Raum auf diese Weise eine Ersparnis erreicht wird, die zwischen 25 und 65% des Aufwandes liegt, der bei der Anordnung bekannter Heizröhren ohne Schirme in 2 bis 3 m Raumhöhe entsteht.
Im folgenden sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
Abb. i ist ein senkrechter Querschnitt durch einen mit einer Heizeinrichtung gemäß der Erfindung versehenen Arbeitsraum; Abb. 2 ist ein senkrechter Querschnitt in größerem Maßstab durch ein Heizrohr mit Schirm; Abb. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teils der Heizungsanlage; Abb. q. ist eine schaubildliche Ansicht (in größerem Maßstab) eines Schirmabschnitts; Abb.5 ist ein Schema eines zu erwärmenden Raumes, das eine Art der Bestimmung der nach dem unteren Teil und nach dem oberen Teil des Raumes abzugebenden Wärmemengen veranschaulicht; Abb. 6 bis 9 sind senkrechte Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen von Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung.
In der Abb. i sind mit i die Außenwände eines Arbeitsraumes bezeichnet, der durch ein Dach 2 nach oben begrenzt ist und auf dem Boden 3 steht. Der Arbeitsraum wird durch drei Heizvorrichtungen q., 5, 6 beheizt, die in bestimmter Höhe in waagerechter Reihe 7 angeordnet sind; mit 8 ist der über der Aufenthaltszone 9 gelegene obere Teil des Arbeitsraumes bezeichnet.
Jede Heizvorrichtung q., 5, 6 besteht aus einem Heizrohr io, das von einer Heizflüssigkeit durchströmt wird, und einem das Rohr überdachenden, rückstrahlenden Schirm i i. Der obere Teil dieses Schirmes ii ist mit einer Wärmedämmschicht i2 versehen, die die Wärmeabgabe durch den Schirm nach oben begrenzt.
Die auf der linken Seite der Abb. 2 gezeichneten Pfeile 13 veranschaulichen die Wärmeübertragung durch Konvektion zwischen Rohr io und Schirm i i. Diese Übertragung wird durch den Schirm aufgefangen und die Wärme nach unten geworfen, da der Schirm derart angeordnet ist, daß er die Konvektionsströme aufhält.
Der Pfeil 1q. auf der rechten Seite der Abb.2 zeigt die Wärmestrahlung des Rohres io gegen den Schirm i i ; die Pfeile 15 veranschaulichen das Strahlen der Wärme von dem Schirm i i nach unten, der diese Wärme durch Rückstrahlung und außerdem durch zerstreute Strahlung abgibt.
In den in den Abb. 3 und q. gezeigten Beispielen wird die Heizfläche durch drei Rohre 2i, 22,23 von kleinem Durchmesser gebildet, die von einem Heizmittel durchströmt werden und in passenden Abständen in der gleichen waagerechten Ebene angeordnet sind. Oberhalb dieser Heizfläche ist der rückstrahlende Schirm vorgesehen, der z. B. durch eine Reihe von Abschnitten 2q., 25 in Form von Zylindersegmenten in Halbschalenform gebildet wird, deren hohle, offene Seite nach unten gerichtet ist. Diese Abschnitte sind an einem Ende durch senkrechte Wände 26, 27 geschlossen, die sich auf die Heizrohre abstützen. Der untere Rand dieser Wände kann Ausnehmungen 28, 29, 30 für die Rohre 21, 22, 23 aufweisen, wodurch die Abschnitte ohne Befestigung auf diesen Rohren gehalten werden. Jeder Abschnitt ist an der der Endwand 26, 27 entgegengesetzten Seite offen und stützt sich oder liegt auf dem folgenden Abschnitt, ähnlich wie römische Firstziegel.
Für Raumheizungsanlagen werden im allgemeinen die Wärmeverluste eines Raumes in Abhängigkeit von der gewünschten Raumtemperatur und einer festgesetzten niedrigsten Außentemperatur berechnet, und es wird dem Raum eine diesen Verlusten gleiche Wärmemenge zugeteilt. Dieses Verfahren gilt uneingeschränkt, wenn die Heizflächen in der Nähe des Fußbodens der Räume gelegen sind, nicht aber, wenn die Heizflächen höher angeordnet sind.
Im folgenden ist das Grundsätzliche der benötigten Wärmemengen für diesen Fall dargelegt. Hierfür ist in Abb. 5 schematisch ein Raum dargestellt, der von einem Fußboden 31, Wänden 32 und einem Dach 33 begrenzt wird und durch Heizflächen irgendwelcher Bauart beheizt werden kann. Die Heizflächen sind als glatte Rohre 3,4 oder Rippenrohre in einer Höhe H oberhalb des Fußbodens dargestellt. Die Heizkörper müssen derart bemessen sein, daß die nach unten und nach oben durch die Heizflächen abgegebene Wärme die Verluste (unter Berücksichtigung der Lüftung) der beiden Zonen A und B über der Linie H ausgleicht.
Bei der Anlage nach Abb. 6 sind als Heizflächen drei Rohre 35, 36. 37 angeordnet, die von einem Schirm 38 überdeckt werden, der wärmeabgedämmt sein kann oder nicht. Dieser Schirm kann eine gekrümmte oder eine ebene Form mit nach unten abgewinkelten Seitenteilen 39 oder irgendeine andere Form besitzen.
Die größte Menge von nach unten abgegebener Wärme wird erhalten, wenn der Schirm in einer gewissen Höhe oberhalb der Rohre angeordnet wird, wobei der untere Teil des Schirmes jedoch tiefer reicht als die Rohre. Außerdem wird auf dem Schirm eine Wärmedämmschicht q.o (Abb. 6) vorgesehen. Unter diesen Bedingungen wird die Wärme zu ungefähr 70% nach unten und 300/0 nach oben abgegeben. Ohne Wärmedämmung des Schirmes (Abb. 7) wird die Wärme zu ungefähr 5o% nach unten und 5o% nach oben abgegeben.
Wenn die nach oben abgegebene Wärme vermehrt werden soll, wird eines der Rohre, z. B. das Rohr 36, in Berührung mit dem Schirm 38 gebracht, was nicht zur Erfindung gehört, wodurch aber die Temperatur des Schirmbleches erhöht wird (Abb. 8). In diesem Fall wird die Wärme zu etwa 4I'0/0 nach unten und 59°/o nach oben abgegeben.
Wenn die nach oben abgegebene Wärme noch mehr vermehrt werden soll, werden zwei Rohre, z. B. die Rohre 35 und 37, in Berührung mit dem Schirm 38 gebracht (Abb. 9), was ebenfalls nicht unter die Erfindung fällt, wodurch aber die Wärme zu etwa 36°/o nach unten und 64°/o nach oben abgegeben wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Strahlungsheizungsanlage, deren zwischen einer unteren Aufenthaltszone und einer oberen Zone des zu beeinflussenden Raumes angeordnete und von einem Schirm überdachte Heizflächen eine Betriebstemperatur haben, bei der die Strahlung gering ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Heizfläche (io) in der Raumhöhe derart angeordnet ist, daß sie Wärme nach unten und nach oben ausstrahlt, und daß der sie überdachende Schirm (i i) aus einem die Wärme schlecht leitenden Baustoff besteht und eine dem Heizkörper zugewandte, die Strahlung absorbierende Oberfläche aufweist, wobei die Schirme in Abstand über den Heizflächen derart angeordnet sind, daß sie die von den Heizflächen durch Strahlung nach oben und durch Konvektion aufgenommene Wärme in eine Wärmestrahlung nach unten umwandeln, während die Form des Schirmes so ist, daß die Konvektion von den Heizflächen nach oben auf die Schirme begrenzt ist.
2. Strahlungsheizungsanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche des rückstrahlenden Schirmes mit einer Wärmedämmschicht (i2) versehen ist, die die Abgabe von Wärme nach den oberen Teilen des zu heizenden Raumes begrenzt (Abb. 2).
3. Strahlungsheizungsanlage nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche von mehreren parallelen, den Träger für den rückstrahlenden Schirm bildenden Rohren (35, 36, 37) geringen Durchmessers gebildet wird (Abb. 3).
4. Strahlungsheizungsanlage nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rückstrahlende Schirm nach unten derart hohl ist, daß die nach oben gehenden Konvektionsströme soweit als möglich aufgefangen werden.
5. Strahlungsheizungsanlage nach einem der Ansprüche I bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß der rückstrahlende Schirm aus aneinandergereihten Abschnitten (24, 25) besteht, von denen jeder an einer Seite durch eine sich auf die Rohre abstützende Wand (26,27) verschlossen ist, während die andere Seite sich auf den folgenden Abschnitt abstützt (Abb. 3).
6. Strahlungsheizungsanlage nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus durchsichtigem oder durchscheinendem Baustoff besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 524 IV, 530 234, 533 48, 544 534 547 1 25, 625 280, 743 076, 850 573 deutsche Patentanmeldung W 834V/ 82a (bekanntgemacht am 22. i. 1953); schweizerische Patentschriften Nr. 218 840, 241602, 247 647 französische Patentschriften Nr. 525 489= 964 077 britische Patentschriften Nr. 335 634, 403 899, 597 696 deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1622,347, 1630971, 1657674.