EP0148495A2 - Multivalenter Heizkörper zur Raumluftbeheizung - Google Patents

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EP0148495A2
EP0148495A2 EP84116177A EP84116177A EP0148495A2 EP 0148495 A2 EP0148495 A2 EP 0148495A2 EP 84116177 A EP84116177 A EP 84116177A EP 84116177 A EP84116177 A EP 84116177A EP 0148495 A2 EP0148495 A2 EP 0148495A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/14—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by endowing the walls of conduits with zones of different degrees of conduction of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight

Definitions

  • the invention relates to a multivalent radiator for room air heating with convectors acted on from different energy sources by heating media at different temperature levels, which carry heat-conducting fins, which, lying one below the other, divide the air shaft, seen in the direction of flow, into many, continuously ascending, open at the top and bottom .
  • the overall efficiency is determined by the upstream, e.g. Heating system operated from solar energy only improved to an unsatisfactory degree.
  • the invention is based on the finding that the support effect of the heating system operated with solar energy in the conventional multivalent radiators is largely impaired by thermal feedback, be it by turbulence of the air flow or by heat conduction from the convector system to the convector system at a lower temperature.
  • the fins of the radiators force an undisturbed laminar flow of the air to be heated, and at the same time thermal feedback via metallic connections in the system is avoided through the thermal insulation zones, so that a multivalent heating system with practically non-reactive heat exchange in several, spatially and thermally superimposed stages.
  • the examples of a multivalent radiator shown in the drawing are used for room air heating with convectors charged with various energy sources, a lower convector 1/3 and an upper convector 2/4.
  • the convectors 1/3 and 2/4 are arranged in a common air shaft 5 which is open at the top and bottom. They are operated by heating media M 1 and M 2 from different heating sources, the upper convector 2 from a conventional heating source, e.g. by hot water from an oil-fired boiler, the lower convector 1 by warm water from an auxiliary heating source, especially for the use of solar energy.
  • the tubes 1 and 2 of the convectors are covered with rectangular fins 3 and 4.
  • transition zone, b in which the mutually aligned, vertical trains 14 forming lamellae 3 and 4 are separated from one another, either by a gap 8 or by insulating bridges 11 from bad thermally conductive material, for example plastic (see. Fig. 2, 6 and 7).
  • the shaft is delimited by a metallic shaft wall 5 running from top to bottom.
  • a heat insulation zone is switched on in the heat conduction path from the convector system 2/4 to the convector system 1/3 in order to prevent thermal feedback via heat conduction paths.
  • the outer metallic shaft wall 5 is lined overall by an inner insulating wall 6 made of plastic or other, poorly heat-conducting material to form the thermal insulation zone. 3, this lining can be interrupted in the transition zone b.
  • Fig. 4 the lining is replaced by insulation strips 7 with which the slats 3, 4 are connected to the metal shaft opening 5.
  • the insulation zones can also be designed as insulation collars, which adjoin one another from lamella to lamella and also form a continuous lining.
  • the lamellae are separated from one another by convector by a simple air gap 8, in FIGS. 6 and 7 solid-state insulating bridges 11 (cf. also FIG. 2).
  • This embodiment is characterized in particular by the fact that continuous, i.e. continuous trains 14 are formed, which ensure an undisturbed ascending laminar air flow, which is only subjected to the thermals. This prevents feedback from both heat conduction and air flow due to eddy formation.
  • the insulating bodies are appropriately designed so that edges that can lead to turbulence are avoided.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the lamellae 4 of the upper convector are connected directly to the metallic container wall 5 .
  • the feedback by heat conduction to the lower convector is avoided by switching on an insulating barrier 9 between the metallic wall above and below.
  • the slats 4 of this convector can be connected in a heat-conducting manner to the upper shaft wall 5 ", while the slats 3 of the lower convector against the lower metal shaft wall 5 'through an insulating wall, through insulating strips 6 or 7 or an air gap are thermally insulated so that the thermal energy of the lower convector is largely used to support the upper convector.
  • a flap 15 can be provided through which a baffle surface for deflecting the warm air This flap can also be arranged so that it can be deflected so that, if necessary, the warm air flow is deflected away from the window front into the room.
  • a heating system of the embodiment according to FIGS. 1 and 2 has been tested in long-term tests. This resulted in significant improvements in overall efficiency.

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Abstract

In einem multivalenten Heizsystem, in welchem zur Unterstützung eines herkömmlichen Konvektorsystems Sonnenenergie mit Hilfe eines vorgeschalteten Konvektorsystems genutzt wird, werden thermische Rückkopplungen durch Turbulenzen und durch Wärmeleitung vom Konvektorsystem höherer zum Konvektorsystem niederer Temperatur dadurch vermieden, daß bei durchlaufend aufsteigenden, unten und oben offenen Zügen eine laminare Strömung erzwungen und gleichzeitig eine thermische Rückkopplung über metallische Verbindungen vom System höherer zum System niederer Temperaturen unterbunden wird, so daß sich ein praktisch rückwirkungsfreier Wärmeaustausch in mehreren räumlich und thermisch übereinanderliegenden Stufen ergibt.

Description

    OBERBEGRIFF
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen multivalenten Heizkörper zur Raumluftbeheizung mit aus verschiedenen Energiequellen durch Heizmedien verschieden hoher Temperaturstufen beaufschlagten Konvektoren, welche wärmeleitende Lamellen tragen, die, untereinanderliegend, den Luftschacht, in Strömungsrichtung gesehen, in viele, durchlaufend aufsteigende, unten und oben offene Züge unterteilen.
    • STAND DER TECHNIK
  • In den bekannten multivalenten Heizkörpern der vorbezeichneten Art wird der Gesamtwirkungsgrad durch das vorgeschaltete, z.B. aus Sonnenenergie betriebene Heizsystem nur in unbefriedigendem Maße verbessert.
    • WESEN DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Unterstützungseffekt des mit Sonnenenergie betriebenen Heizsystems in den herkömmlichen multivalenten Heizkörpern in hohem Maße durch thermische Rückkopplungen, sei es durch Turbulenzen der Luftströmung oder durch Wärmeleitung vom Konvektorsystem höherer zum Konvektorsystem niederer Temperatur, beeinträchtigt wird.
  • Ausgehend von dieser Erkenntnis sind in die Wärmeleitwege von dem oder den Konvektoren höherer Temperatur zu den Konvektoren niederer Temperatur Wärmedämmzonen eingeschaltet, und es sind die Lamellen der Konvektoren und die sie umschließende Wandung des Luftschachtes so angeordnet, daß sie getrennt aufsteigende glatte Züge bilden.
  • Durch die Lamellen der Heizkörper wird bei dieser Gestaltung eine ungestörte laminare Strömung der zu erwärmenden Luft erzwungen, und es wird gleichzeitig durch die Wärmedämmzonen eine thermische Rückkopplung über metallische Verbindungen im System vermieden, so daß sich ein multivalentes Heizsystem mit praktisch rückuirkungsfreiem Wärmeaustausch in mehreren, räumlich und thermisch übereinanderliegenden Stufen ergibt.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen und der folgenden Beispielsbeschreibung zu entnehmen.
    • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt
    • Fig. 1 in einem Vertikalschnitt nach der Linie I/I der Fig. 2 einen zweistufigen multivalenten Heizkörper,
    • Fig. 2 einen Vertikalschnitt nach der Linie II/II der Fig. 1,
    • Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Übergangszone b der Fig. 1 und 2,
    • Fig. 4 eine Ausführungsform mit Dämmleisten zum Anschluß der Konvektorlamellen an die Schachtwandung,
    • Fig. 5 eine andere Gestaltung der Übergangszone,
    • Fig. 6 eine Ausführungsform mit Dämmbrücken zwischen den Lamellen benachbarter Konvektoren,
    • Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII/VII der Fig. 6, in kleinerem Maßstab,
    • Fig. 8 eine Ausführungsform mit Luftspalt zwischen den Lamellen benachbarter Konvektoren und zwischen den Lamellen und der Schachtwandung,
    • Fig. 9 eine Ausführung mit kragenförmigen Dämmleisten, und
    • Fig. 1o eine Ausführung mit oberer Schachtuandung aus Dämmstoff.
  • Die in der Zeichnung dargestellten Beispiele eines multivalenten Heizkörpers dienen zur Raumluftbeheizung mit aus verschiedenen Energiequellen beaufschlagten Konvektoren, einem unteren Konvektor 1/3 und einem oberen Konvektor 2/4. Die Konvektoren 1/3 und 2/4 sind in einem gemeinsamen, unten und oben offenen Luftschacht 5 angeordnet. Sie uerden durch Heizmedien M1 und M2 aus verschiedenen Heizquellen betrieben, der obere Konvektor 2 aus einer herkömmlichen Heizquelle, z.B. durch heißes Wasser aus einem ölbeheizten Kessel, der untere Konvektor 1 durch warmes Wasser aus einer Hilfsheizquelle, insbesondere zur Ausnutzung von Sonnenenergie.
  • Die Rohre 1 und 2 der Konvektoren sind mit rechteckigen Lamellen 3 und 4 besetzt.
  • Zwischen dem Konvektorsystem a der niederen Temperatur und dem Konvektorsystem c der höheren Temperatur befindet sich eine Übergangszone, b, in welcher die miteinander fluchtenden, vertikale Züge 14 bildenden Lamellen 3 und 4 voneinander getrennt sind, entweder durch einen Spalt 8 oder durch Dämmbrücken 11 aus schlecht wärmeleitendem Material, beispielsweise Kunststoff (vgl. Fig. 2, 6 und 7 ).
  • In den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 und 3 wird der Schacht durch eine von oben bis unten durchlaufende metallische Schachtuandung 5 begrenzt.
  • In allen Ausführungsformen ist in den Wärmeleitweg von dem Konvektorsystem 2/4 zum Konvektorsystem 1/3 eine Wärmedämmzone eingeschaltet, um eine thermische Rückkopplung über Wärmeleitwege zu unterbinden.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist zur Bildung der Wärmedämmzone die äußere metallene Schachtwandung 5 insgesamt durch eine innere Dämmwandung 6 aus Kunststoff oder sonstigem, schlecht wärmeleitendem Material ausgekleidet. Diese Auskleidung kann, wie Fig. 3 zeigt, in der Übergangszone b unterbrochen sein.
  • In Fig. 4 ist die Auskleidung durch Dämmleisten 7 ersetzt, mit denen die Lamellen 3,4 an die metallene Schachtuandung 5 angeschlossen sind.
  • Die Dämmzonen können auch, wie Fig. 9 zeigt, als Dämmkragen ausgebildet sein, welche sich von Lamelle zu Lamelle dicht aneinander anschließen und ebenfalls eine durchgehende Auskleidung bilden. In Fig. 5 und 1o sind die Lamellen von Konvektor zu Konvektor durch einen einfachen Luftspalt 8 voneinander getrennt, in Fig. 6 und 7 Festkörper-Dämmbrücken 11 (vgl. auch Fig. 2). Diese Ausführungsform zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß über die Konvektorsysteme durchgehende, d.h. ununterbrochene Züge 14 gebildet werden, welche eine ungestörte aufsteigende laminare Luftströmung gewährleisten, welche nur der Thermik unterworfen ist. Damit werden Rückkopplungen sowohl durch Wärmeleitung als auch durch Luftströmung infolge von Wirbelbildungen ausgeschlossen. Die Dämmkörper sind zweckmäßig so ausgeführt, daß Kanten, die zu Turbulenzen führen können, vermieden werden.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 ergibt sich in der Übergangszone b eine Wärmeübertragung aus der Heizenergie des unteren Konvektorsystems auf die metallene Behälterwandung 5. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Lamellen 4 des oberen Konvektors unmittelbar mit der metallischen Behälterwandung 5 verbunden sind. Die Rückkopplung durch Wärmeleitung zum unteren Konvektor wird durch Einschaltung einer Dämmschranke 9 zwischen der metallischen Wandung oben und unten vermieden. Soll dabei eine Wärmestrahlung im Bereich des oberen Konvektors erfolgen, so können die Lamellen 4 dieses Konvektors wärmeleitend an die obere Schachtwandung 5" angeschlossen werden, während die Lamellen 3 des unteren Konvektors gegen die untere metallene Schachtwandung 5' durch eine Dämmwandung, durch Dämmleisten 6 bzw. 7 oder einen Luftspalt thermisch isoliert sind. Dadurch wird erreicht, daß die Wärmeenergie des unteren Konvektors weitgehendst zur Unterstützung des oberen Konvektors herangezogen wird. An der oberen Austrittsseite des Schachtes kann eine Klappe 15 vorgesehen sein, durch welche eine Prallfläche zur Ablenkung der warmen Luft, beispielsweise zur Fensterfront hin, erfolgt. Diese Klappe kann auch umsetzbar angeordnet sein, so daß im Bedarfsfall eine Umlenkung des Warmluftstromes von der Fensterfront weg in den Raum erreicht wird.
  • Im Rahmen der Erfindung sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich, insbesondere können auch mehr als zwei Konvektoren in einem gemeinsamen Schacht übereinander angeordnet werden.
  • Ein Heizsystem der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 wurde in Langzeitversuchen getestet. Dabei ergaben sich erhebliche Verbesserungen des Gesamtwirkungsgrades.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1,2 Konvektoren
    • 1 unterer Konvektor
    • 2 oberer Konvektor
    • 3 Lamellen von 1
    • 4 Lamellen von 2
    • 5 Schachtwandung
    • 5' und 5" untere und obere Schachtwandung
    • 6 Dämmwandung
    • 7 Dämmleisten
    • 8 Trennspalt
    • 9 Dämmschranke
    • 1o Dämmkragen
    • 11 Dämmbrücken
    • 12 Dämmplatte
    • 13 Luftspalt
    • 14 Züge
    • 15 Klappe
    • a untere Konvektorzone
    • b Übergangszone
    • c obere Konvektorzone

Claims (11)

1. Multivalenter Heizkörper zur Raumluftbeheizung mit aus verschiedenen Energiequellen, durch Heizmedien verschieden hoher Temperaturstufen beaufschlagten Konvektoren, welche wärmeleitende Lamellen tragen, die, untereinanderliegend, den Luftschacht, in Strömungsrichtung gesehen, in viele, durchlaufend aufsteigende, unten und oben offene Züge unterteilen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitwege von dem oder den Konvektoren (2/4) höherer Temperatur zu den Konvektoren (1/3) niederer Temperatur Wärmedämmzonen (6,7,9,10,11) eingeschaltet sind und daß die Lamellen (3,4) der Konvektoren und die sie umschließende Wandung (5,7,10) so angeordnet sind, daß sie getrennt aufsteigende glatte Züge (14) bilden.
2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (4) des Konvektors höherer Temperatur gegen die metallische Schachtuandung (5) durch Wärmedämmzonen isoliert sind.
3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Lamellen (3) des Konvektors oder der Konvektoren niederer Temperatur gegen die metallische Schachtuandung (5) durch Wärmedämmzonen isoliert sind.
4. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeisolierung aus Feststoff bestehende Wärmedämmkörper (6,7,9,10,11) vorgesehen sind.
5. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3,4) einzeln gegen die aus wärmeleitendem metallischem Material bestehende Schachtwandung (5) isoliert sind.
6. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallene Schachtwandung (5) aus einem oberen Teil (5") und einem unteren Teil (51) besteht, die über eine Dämmschranke (9) miteinander verbunden sind.
7. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3,4), zumindest die des Konvektors (2/4) höherer Temperatur, einzeln über Wärmedämmleisten (7) an die aus wärmeleitendem Material bestehende Schachtwandung (5) angeschlossen sind.
8. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenpakete bzw. ihre Schachtkammern (3,3...; 4,4...) zumindest die Lamellenpakete bzw. Schachtkammern der Konvektoren höherer Temperatur, von einer schachtförmigen Dämmwandung (6) aus Wärmedämmstoff umschlossen sind.
9. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schachtuandung, zumindest im Bereich der Konvektorsysteme höherer Temperatur, aus Wärmedämmstoff besteht.
10. Heizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszonen (b) der Schachtuandung (5) zwischen den Konvektorsystemen aus wärmeleitendem Material bestehen und zum Schachtraum hin nicht wärmeisoliert sind.
11. Heizkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schachtwandung (5) insgesamt aus uärmeleitendem Material besteht.
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