EP0934680A1 - Flächenheizeinrichtung mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten flächenelement und verfahren zum betrieb - Google Patents

Flächenheizeinrichtung mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten flächenelement und verfahren zum betrieb

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Publication number
EP0934680A1
EP0934680A1 EP97942701A EP97942701A EP0934680A1 EP 0934680 A1 EP0934680 A1 EP 0934680A1 EP 97942701 A EP97942701 A EP 97942701A EP 97942701 A EP97942701 A EP 97942701A EP 0934680 A1 EP0934680 A1 EP 0934680A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating device
layer
current
energy
surface heating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97942701A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Karl Niederleitner
Alfred Pesek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PESEK, ALFRED, PROF. DIPL.(HTL) ING. MAG. RER. NAT
Original Assignee
NK Karl Niederleitner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NK Karl Niederleitner GmbH filed Critical NK Karl Niederleitner GmbH
Publication of EP0934680A1 publication Critical patent/EP0934680A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
    • E06B3/67—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light
    • E06B3/6715—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light specially adapted for increased thermal insulation or for controlled passage of light
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Definitions

  • the invention relates to a surface heating device for structural systems, in particular for wall parts delimiting interiors, as described in the preambles of claims 1 to 4.
  • an exothermic-transparent body e.g. a window pane, a windshield or the like, known from DE 34 18 612 A1, which contains an electrically conductive, transparent film layer which is uniformly formed on at least one surface of a transparent substrate of a body. At least one pair of metal electrodes are located on the electrically conductive film layer along the two opposite sides of the layer. With their help, electrical power is fed into the electrically conductive, transparent film layer, so that the surface of the exothermic-transparent body is heated, whereby fogging of the surface of the body is prevented.
  • the film layer consists of at least one of the elements consisting of tin dioxide, titanium dioxide, indium oxide, indium tin oxide and gold.
  • the layer thickness of the film layer is 1500 angstroms, the sheet resistance of the film is preferably less than 100 ohms / unit area.
  • a disadvantage of this surface heating device is the use of tin dioxide, titanium dioxide, indium oxide, indium tin oxide and gold, which have a relatively high specific resistance, as a result of which the current heat required to heat a surface of a transparent substrate can only be increased by increasing the line cross section (by increasing the layer thickness of the Heating layer) or by increasing the current or voltage.
  • this large layer thickness has negative effects on the optical properties (in particular on the transparency).
  • an electrically heated car glass pane made of laminated glass which has a multilayer located between two panes, which consists of a zinc oxide layer arranged on the inside of the first glass pane, an electrically conductive layer arranged on the latter consists of silver, an anti-reflective covering layer made of zinc oxide arranged thereon and an adhesion-improving layer made of a metal or metal oxide arranged thereon.
  • the invention is based on the object of providing a surface heating device with which a heat loss from thermal energy generated by fossil fuels of a structural system, a vehicle and other interior parts delimiting wall parts is reduced and, in particular when using transparent surface elements, good optical properties, such as transmission capacity, Absorbance and reflectivity are retained. Furthermore, a uniform surface temperature of the wall parts should be achieved.
  • the current conducting layer should have the lowest possible resistance and the current heat generated should be increased.
  • the object of the invention is achieved by the features reproduced in the characterizing part of claim 1.
  • the surprising advantage here is that the heat loss in an edge zone of a wall part, which is larger than that of a core zone, is compensated, which can produce a uniform surface temperature.
  • the object of the invention is also achieved in the characterizing part of claim 2 reproduced characteristics solved.
  • the surprising advantage here is that the current-conducting layer is formed by series-connected resistors in the form of layer strips, whereby an overall resistance is reduced, an amperage and thus the current heat generated is increased without increasing the layer thickness of the current-conducting layer. In particular, this also preserves the good optical properties of the surface element.
  • the object of the invention is also achieved by the features reproduced in the characterizing part of claim 3.
  • the surprising advantage here is that a thermal energy located in an interior cannot pass through the surface element, which improves the energy balance.
  • the object of the invention is also achieved by the features reproduced in the characterizing part of claim 4.
  • the surprising advantage here is that the preferred use of a silane-metal oxide compound, which has a lower specific resistance compared to conventional transparent, conductive coatings, allows the required cross section of the heating layer to be reduced by reducing the layer thickness, without thereby to bring about an undesirable reduction in the heat of electricity. This allows the contradictory, electrical and optical properties of the heating layer to be optimally agreed.
  • the required line cross section of the current-conducting layer can be reduced by reducing the layer thickness, without this resulting in an undesired reduction in the current heat.
  • a further development according to claim 8 is advantageous, whereby the optical properties of the current conducting layer are improved.
  • An embodiment variant according to claim 9 has the advantage that the surface temperature of an inside facing an interior is increased, whereby the heat flow of an energy inside the base element is reduced and thus a heat loss from thermal energy generated by fossil fuels is avoided and thus also a pollutant emission the environment is reduced.
  • a possible advantageous development is described in claim 10, whereby an automatic loosening of the layer structure, for example by UV radiation, is avoided and thus an undesired, rapid aging of the connection areas of two layers is avoided.
  • An embodiment according to claim 11 is favorable, as a result of which an electrical resistance is further reduced and thus the current intensity or the current heat can be increased.
  • a development according to claim 12 makes it possible to facilitate the installation of a base element or the surface heating device in structural systems, in particular wall parts delimiting interiors, and to reduce assembly costs.
  • a further development according to claim 13 is advantageous, as a result of which the surface heating device can be designed as a window, which in itself enables an undesirably high heat transfer, and thus a substitution of a heat loss by fossil heat energy by a heat loss of heat generated by solar energy takes place in window areas and moreover the heat transfer in the frame area is reduced.
  • the thermal effect which is achieved by avoiding heat losses as far as possible, it also fulfills static functions that increase the stability of the frame and frame parts and, in many cases, eliminate the need for particularly heat-conducting stiffeners due to metal profiles.
  • An embodiment variant according to claim 14 is advantageous, as a result of which outer surfaces which are exposed to intensive solar radiation can be used to generate electricity, in particular to operate the surface heating device.
  • a development according to claim 15 has the advantage that the solar cells can be manufactured in a simple manner with good efficiency, thereby reducing operating costs.
  • a further development according to claim 16 ensures that a spectral part of the light, in particular in the infrared range, is reflected, as a result of which, for example, radiant heat in the area of the surface heating device cannot escape from an interior space and, furthermore, a further spectral part of the incident light is filtered or reflected, thereby darkening takes place in the interior and there is no undesired heating of the interior in the event of intense sunshine.
  • a further development according to claim 17 is advantageous, as a result of which the current conducting layer cannot be damaged by external mechanical influences, for example when cleaning windows.
  • An embodiment according to claim 20 is also possible, as a result of which a simple and therefore inexpensive construction for such a surface element is achieved.
  • the invention further relates to an electricity generation or supply device as described in the preamble of claim 21.
  • an electricity generation or supply device in particular a system for using the radiation impinging on structures, in particular solar radiation, by detecting and converting the radiation into electrical energy by means of solar cells is already known. These serve to supply electricity to a plurality of consumers and are arranged in areas on the outer surfaces of a building. The excess energy generated by the solar cells can be fed into regional power grids, which reduces the proportion of energy generated by burning fossil fuels and thus minimizes carbon dioxide pollution in the environment.
  • this system does not have a computer designed as an energy balance controller, which means that there is no need-based distribution of the generated solar power, as e.g. for heating devices at different outside temperatures is required.
  • the invention is based on the object of supplying heating devices by means of solar power so that the thermal energy generated with them can be adapted to various parameters, in particular the outside temperature or inside temperature in the building, so as to reduce the heat loss from thermal energy generated by fossil fuels.
  • the object of the invention is achieved by the features described in the characterizing part of claim 21.
  • the surprising advantage here is that the consumers are supplied with computer support, that is to say with solar power as required, and in particular wall elements are heated which would cause a great heat loss without heating.
  • a further development according to claim 22 is advantageous, as a result of which the energy generated can be distributed to a wide variety of consumers in a simple manner.
  • a further development according to claim 23 is advantageous, as a result of which the consumers are fed in accordance with automatically determined and processed parameters, thereby reducing operating effort.
  • Claim 25 describes in an advantageous manner a sensor that is resistant to mechanical wear.
  • the invention further relates to a method for operating a heating device, as described in the preamble of claim 26.
  • a disadvantage of these methods is that the actual temperature is usually reduced centrally in the room of a building or on an inner wall of the building, as a result of which heating, in particular on heating devices arranged thereon, does not take place corresponding to the loss of energy through external walls or external elements of buildings.
  • This has the effect that the temperature on the inner surfaces of the outer walls or outer elements is lower than the room temperature to such an extent that an undesirable heat flow from the Interior takes place in the inner surface of the outer wall parts or outer wall elements, whereby the energy loss mostly generated by fossil fuels thermal energy is unnecessarily large.
  • An embodiment variant according to claim 27 is advantageous, as a result of which the unnecessary, i.e. Solar energy that is not to be supplied to the panel heating device can be used for other uses.
  • An embodiment variant according to claim 29 is furthermore favorable, in which the surface heating device is supplied by externally supplied current, e.g. from the public network.
  • An embodiment variant according to claim 33 is advantageous, by means of which regulation or control of the interior temperature takes place, which can be increased by means of a reusable heat exchanger that is operated with solar power.
  • a training option according to claim 34 is advantageous, through which, in the case of a higher outside temperature, the possibility of switching on air conditioning units in summer times, which are operated by solar power, is achieved.
  • a further development according to claim 35 is advantageous, in which the surface heating device is activated when a heat loss from thermal energy generated by fossil fuels exceeds a certain level or becomes too high.
  • a further development according to claim 36 has the advantage that the energy required for distribution to several consumers can be distributed according to an individual priority.
  • a training variant according to claim 37 is possible, in which the distribution of the feed to different consumers, which is determined according to individual priorities, can be adapted in accordance with the external weather conditions, although adaptation to other parameters, for example the internal temperature, is also possible.
  • FIG. 1 shows a surface heating device according to the invention, in a side view
  • Figure 2 shows the surface heating device according to the invention, sectioned, along the lines II-II in Fig. 1.
  • FIG. 3 shows a further surface heating device according to the invention, in a side view
  • FIG. 5 shows a partial area of another surface heating device according to the invention, in section, in the end view
  • FIG. 6 shows a partial area of a further surface heating device according to the invention, in section, in the end view
  • FIG. 7 is a schematic illustration of a power generation and supply device according to the invention.
  • Fig. 8 shows a temperature profile of the heat transfer on a surface element.
  • a surface heating device 1 for, for example, structural systems, vehicles, containers, etc.
  • This serves especially for the Use on or as interior spaces 2 wall parts 3 and has a multilayer, preferably transparent, surface element 4, which consists of at least one base element 5 and at least one layer 6 arranged thereon.
  • the base element 5 is formed, for example, from glass, plastic or concrete and at least one layer 6 is designed as a current-conducting layer 7.
  • the current-conducting layer 7 is arranged on an inside 8 of the base element 5 facing the interior 2 and preferably consists of a homogeneous, conductive and preferably transparent silane-metal oxide compound.
  • it can also consist, for example, of gold, silver, platinum, cadmium, tin, indium or of oxides and / or adequate elements of the periodic table of the chemical elements or their compounds and oxides.
  • the current conducting layer 7 is applied on the inside 8 of the base element 5 so as to form a molecular connection in a transition zone 9.
  • This transition zone 9 can also consist of a thermoplastic intermediate layer, for example of polyvinyl butyral, and / or a thin layer of titanium, nickel, chromium, tantalum or an oxide and / or a compound of these metals.
  • the adhesion of the current conducting layer 7 to the base element 5 is thus improved.
  • the current-conducting layer 7 is delimited by a transition surface 10 which faces the inside 8 or the transition zone 9.
  • the current conducting layer 7 can also be formed in the form of a scratch-resistant, organic / inorganic nanocomposite.
  • the surface element 4, for example the base element 5, is delimited by at least one frame 11, which is formed, for example, from wood, metal or plastic.
  • the frame 11 can be designed as a window frame 12 which has hollow profiles 13.
  • a hollow profile 13 has at least one cavity 14 in which a core 15 made of foamed plastic is arranged.
  • a plurality of photovoltaic elements 17 are preferably arranged, which serve to absorb solar radiation and thus take over the power supply of the current conducting layer 7 or other consumers.
  • the photovoltaic elements 17 can consist of a solar cell arrangement 18 made of polycrystalline-amorphous solar cells. These have an efficiency of more than 10%.
  • the window frame 12 is bounded, for example, by a lintel 19 and this, for example, by a window covering 20 anchored in wall elements.
  • the photovoltaic elements 17 can also be on the interior 2 be facing away from the lintel 19 and / or the window covering 20. However, it is also possible to arrange the photovoltaic elements 17 directly on the surface element 4 or at any point, for example a building, a vehicle or a container.
  • the current-conducting layer 7 consists of a core layer 21 and an edge layer 22, which at least in some areas delimits it, which delimits the current-conducting layer 7 in the direction of the frame 11, in particular the window frame 12.
  • the boundary layer 22 is delimited in the direction of the interior 2 by an interior boundary surface 23, which is spaced from the transition surface 10 of the current-conducting layer 7 in the direction of the interior 2 by an edge layer thickness 24 measured at right angles to the transition surface 10.
  • the core layer 21 is delimited in the direction of the interior 2 by a core layer inner surface 25 which is spaced from the transition surface 10 in the direction of the interior 2 by a core layer thickness 26 measured at right angles to the transition surface 10. This is less than the edge layer thickness 24.
  • the edge layer thickness 24 and the core layer thickness 26 are approximately 10 5 mm to 10 7 mm.
  • the base element 5, which is designed, for example, as a glass pane 27, is delimited opposite to the interior 2 by an outside 28 running parallel to the inside 8, which extends from the inside 8 by one
  • Thickness 29 is spaced opposite to the interior 2.
  • the inside 8 and the outside 28 of the base element 5, in particular the glass pane 27, are covered by an end face which is preferably at right angles to the inside 8
  • this area Since the heat loss in this circumferential area is now increased due to the radiation area increased by the end face area 30, this area must be exposed to a greater supply of heat in order to avoid cold spots, for example, or to achieve a uniform surface temperature of the inside 8 of the base element 5. This takes place through the edge layer 22, since a greater current can flow through the edge layer thickness 24, which is greater than the core layer thickness 26, and thus greater current heat is generated in this area, which compensates for the increased heat loss in the edge area in relation to the core area .
  • a further surface heating device 1 is shown in the jointly described FIGS. 3 and 4.
  • This has at least one base element 5, which is formed, for example, from plastic or concrete or as a glass pane 27. This is by an inner side 8 facing an inner side 8 and a parallel to this, the inner space 2 facing away from the outside 28, which are spaced apart by a thickness 29.
  • At least one layer 6 is arranged on the inside 8 and / or outside 28, at least one layer 6 being designed as a current-conducting layer 7.
  • the base element 5 and the layer 6 form a surface element 4 which is delimited by a width 31 and a length 32 measured at right angles to this.
  • the current conducting layer 7 is formed by a plurality of layer strips 33, which consist of longitudinal layer strips 34 running parallel to the length 32 and transverse layer strips 35 running parallel to the width 31.
  • the layer strips 33, in particular the longitudinal layer strips 34, are separated by spaces 36 running parallel to the length 32, for example. These can be produced in such a way that a homogeneous current-conducting layer 7 is formed, in which the intermediate spaces 36 are produced, for example, by milling, grinding, etching.
  • two adjacent longitudinal layer strips 34 are connected to the line via a transverse layer strip 35.
  • the cross-layer strips 35 each run adjacent to an upper side 37 or a lower side 38, which are spaced apart from one another by the length 32.
  • the current-conducting layer 7 has a meandering course, an intermediate space 36 running from the upper side 37 towards the lower side 38 and an intermediate space 36 adjacent to this intermediate space 36 extending from the lower side 38 towards the upper side 37.
  • the current conducting layer 7 can be connected to the inside 8 of the base element 5 via a molecular connection or via a transition zone 9 arranged between a transition surface 10 of the current conducting layer 7.
  • the current conducting layer 7 is delimited in the direction of the interior 2 by an inner layer surface 39 which is spaced apart from the transition surface 10 by a layer thickness 40.
  • the longitudinal layer strips 34 have a longitudinal strip width 41 measured parallel to the width 31 and a longitudinal strip length 42 measured at right angles to this, which corresponds to the length 32.
  • the gaps 36 have a gap width 43 measured parallel to the longitudinal strip width 41, which is preferably smaller than the longitudinal strip width 41.
  • the transverse layer strips 35 have a transverse strip width 44 measured at right angles to the longitudinal strip width 41, which corresponds, for example, to the longitudinal strip width 41.
  • the current conducting layer 7 is integrated into a circuit via contacting electrodes 45.
  • a contacting electrode 45 is arranged at least in regions over the longitudinal strip width 41 or the longitudinal strip length 42 and likewise the second contacting electrode 45, which is arranged on the longitudinal layer strip 34 which is the most distant from the longitudinal layer strip 34 of the first contacting electrode 45.
  • the transition region of the contacting electrode 45 to the current-conducting layer 7 can, for example, be applied by applying an electrically conductive thin film or an electrically conductive one Paste be formed so that an increase in the electrical resistance between the contacting electrodes 45 and the current conducting layer 7 is reduced.
  • This configuration of the current-conducting layer 7 ensures that it is formed by layer strips 33 connected in series, the total resistance of the current-conducting layer 7 being formed from the reciprocal of the reciprocal values of the individual resistances of the individual layer strips 33, as a result of which the total resistance is compared to that of a full-surface layer Stromleit GmbH 7 can be kept low. As a result, a current intensity and thus a current heat generated is increased, whereby the heating power of such a current conducting layer 7 is increased.
  • FIG. 5 shows a partial area of another surface heating device 1 according to the invention.
  • This in turn consists of a multilayer, preferably transparent surface element 4 which is delimited by a frame 11, for example a window frame 12.
  • a frame 11 for example a window frame 12.
  • This consists of a hollow profile 13, for example made of plastic or metal, with or without intermediate webs and delimits a cavity 14 in which a core 15, preferably made of foamed plastic, is arranged.
  • the frame 11 has, for example, two indentations 46 for holding sealing elements 47, which are preferably made of rubber.
  • the surface element 4 consists of two base elements 5 spaced 48 apart from one another, which are designed, for example, as glass panes 27.
  • the glass pane 27 arranged adjacent to an interior space 2 is delimited in the direction of the interior space 2 by a flat inner surface 8 on which at least one current conducting layer 7, preferably made of a homogeneous, conductive and transparent silane-metal oxide compound, is arranged. This is firmly attached to the base element 5 to form a molecular compound which is arranged in a transition zone 9.
  • the current conducting layer 7 is delimited in the direction of the interior 2 by a layer inside 39 running parallel to the inside 8, which is spaced from a transition surface 10 of the current conducting layer 7 facing the inside 8 by a layer thickness 40 measured at right angles to this in the direction of the interior 2, which is 10 mm to 10 mm, preferably 10 mm.
  • the current conducting layer 7 is formed in the form of a scratch-resistant, organic / inorganic nanocomposite.
  • a further layer 6, in particular a reflection layer 49, is arranged on the inner layer surface 39 of the current-conducting layer 7 in the direction of the interior 2. This serves to reflect a thermal energy present in the interior 2, which is preferably directed in the form of infrared radiation - arrow 50 - from the interior 2 opposite to it, onto a Reflecting surface 51 running parallel to the inner surface 39 of the current-conducting layer 7 strikes and is deflected or reflected by the latter in the direction of the interior 2.
  • the glass pane 27 has a thickness 29 which is delimited by the inside 8 and the outside 28.
  • the reflection layer 49 has a layer thickness 52 which is delimited by the reflection surface 51 and a contact surface 53 facing away from it and running parallel to it.
  • the surface element 4 can also be designed such that the distance 48 corresponds to the layer thickness 52 of the reflection layer 49, so that the reflection surface 51 of a reflection layer 49 arranged on a glass pane 27 bears against the outside 28 of another glass pane 27.
  • the contact surface 53 can be embodied as a reflection surface 51 or the reflection surface 51 as a contact surface 53.
  • the reflection layer 49, which is further away from the interior 2 has the effect that the heat energy, preferably in the form of infrared radiation - arrow 50 - directed by an exterior region 54, which is separated from the interior 2 by the surface element 4, through the glass pane 27 passes and is deflected and reflected on the contact surface 53 or the reflection surface 51 in the opposite direction to the interior 2.
  • a non-reflected portion of the infrared radiation can pass through the reflection layer 49 removed from the interior 2 and is deflected on the contact surface 53 or reflection surface 51 of the reflection layer 49 facing the interior 2 in the opposite direction to the interior 2 and in the direction of the reflection layer distant from the interior 2 49 directed, from which the infrared radiation can in turn be deflected towards the interior 2.
  • an inner region 55 of the surface element 4, which is delimited by the outside 28 of the glass pane 27 arranged adjacent to the interior 2 and the reflection surface 51 of the reflection layer 49 which is more distant from the interior 2 can be heated or heated.
  • FIG. 6 shows a partial area of a further surface heating device 1 according to the invention in cross section. This consists of a surface element 4, which is bordered by a frame 11, in particular a window frame 12, in the form of a hollow profile 13.
  • the hollow profile 13 preferably has a plurality of cavities 14 separated from one another by intermediate webs 59.
  • the hollow profile 13 has indentations 46 in which sealing elements 47 are arranged.
  • the surface element 4 is in turn multilayered, preferably transparent, and has two base elements 5, for example glass panes 27, which are arranged parallel to one another at a distance 48 from one another.
  • the glass pane 27 arranged adjacent to the interior 2 is delimited in the direction of the interior 2 by the inside 8, on which a current conducting layer 7 with a transition surface 10 or through a transition zone 9 is arranged.
  • the glass pane 27 has a thickness 29 which distances the inside 8 from an outside 28 facing away from the interior 2.
  • the current-conducting layer 7 has a layer thickness 40 which distances an inner layer surface 39 facing the interior 2 from the transition surface 10 in the direction of the interior 2.
  • a protective layer 60 is located on the inner layer surface 39, which is arranged so as to adhere firmly to the inner layer surface 39 and protrudes by a layer thickness 61 in the direction of the interior 2. This separates an inner layer side 62 of the protective layer 60, which faces the interior 2, from an outer layer side 63, which bears against the inner layer surface 39 of the current conducting layer 7 and via which the protective layer 60 is arranged on the current conducting layer 7.
  • the protective layer 60 can, however, also be arranged on the inside 8 and / or on the outside 28 of the base element 5.
  • a metal layer 64 can be arranged on an outer side 28 of the base element 5, which is more distant from the interior 2.
  • the electricity generation and supply device 65 serves to supply a plurality of consumers 66 with current obtained from photovoltaic elements 17, in particular solar cell arrangement 18. These are arranged in areas on the outer surfaces 67 of a building 68, for example on wall parts, roof elements, balconies or also on a surface element 4 of a surface heating device 1.
  • the electricity generation and supply device 65 has a control and regulating device 69, which is connected to the surface heating device 1 forming a consumer 66 via one or more lines 70.
  • the control and regulating device 69 is also via at least one line 71 to the photovoltaic elements 17 via at least one line 72 to a public energy network 73 via at least one Line 74 is connected to an energy store 75, which is designed, for example, as a rechargeable battery, and to at least one line 76 with a reusable heat exchanger 77 designed as a consumer 66. This is connected to a heating device 79 via hydraulic lines 78.
  • the reusable heat exchanger 77 which is fed by means of the solar power, heats up a heat transfer medium, for example water, present in the heating device 79 and in the hydraulic lines 78.
  • the surface heating device 1 consists, as already described, of a multilayer, preferably transparent surface element 4, which consists of one or more base elements 5, for example made of glass, plastic or concrete, and one or more layers 6 arranged thereon. At least one of these layers 6 is designed as a current-conducting layer 7, which is arranged on an inner side 8 of the base element 5 and projects beyond it in the direction of an interior 2 of the building 68.
  • the current conducting layer 7 is made, for example, of a homogeneous, conductive and preferably transparent silane-metal oxide compound f. formed fertilizer and has a layer thickness 40 of 10 to 10 " mm, preferably 10 " mm.
  • a reflection layer 49 is arranged, for example, on an outer side 28 of the base element 5 facing away from the interior 2.
  • At least one surface temperature sensor 80 is arranged on the inside 8 of the base element 5 or an inner layer surface 39 of the current-conducting layer 7 and is connected to the control and regulating device 69 via a line 81.
  • an outside temperature sensor 82 is arranged on the outer surface 67 of the building 68 and a heat recording and control device 84 and / or time recording and control device 85 is arranged on an inner surface 83 of the building 68 facing away from the outer surface 67 and facing the interior 2.
  • the outside temperature sensor 82 is connected via a line 86 and the heat detection and control device 84 and / or time recording and control device 85 via at least one line 87 to the control and regulating device 69.
  • the control and regulating device 69 consists of an energy balance controller 88 and a branching switching device 90 connected to it via a line 89.
  • the branching switching device 90 is, for example, a power switching part via connections with at least one surface heating device 1 and / or an energy store 75 and / or a reusable heat exchanger 77 and / or the energy network 73 and connected to the solar cell arrangement 18 at at least one connection.
  • the energy balance controller 88 which is designed as a control part, for example in the form of a computer, or the branching switching device 90 has inputs at which the lines 81, 86 and 87 are arranged as control lines.
  • the energy balance controller 88 is connected to the line with at least one heat recording and control device 84 and / or a time recording and control device 85 and / or an outside temperature sensor 82 and / or a surface temperature sensor 80.
  • the surface temperature sensor 80 can be designed as a radiation temperature sensor 91. However, in addition to the surface temperature sensor 80, it is also possible to provide a separate radiation temperature sensor 91 which is connected to the energy balance controller 88 by a line. However, the radiation temperature sensor 91 can also be formed in the solar cell arrangement 18 and by a bimetallic piezo switching element.
  • a temperature curve 92 is formed in the area of the surface heating device 1, which is shown in broken lines for the steady state in which no energy is supplied to the current-conducting layer 7.
  • the surface heating device 1, in particular the surface element 4, in turn consists of a base element 5 in the form of a glass pane 27 and a current conducting layer 7 arranged thereon.
  • the surface element 4 separates an interior 2 from an outer region 54, the current conducting layer 7 facing the interior 2 is.
  • the surface element 4 forms a heat-conducting zone 96, in which a temperature drop from the actual surface temperature 95 to an actual outside temperature 97 of an outside 28 of the glass pane 27, which faces the outside area 54, takes place.
  • a second heat transfer zone 98 extends from the outside 28 in the opposite direction to the interior 2, in which a temperature drop from the actual outside temperature 97 to an actual outside temperature 99 takes place.
  • a heat flow is formed from the interior 2 to the outer area 54, which is composed of a first partial heat flow in the first heat transfer zone 94 and the partial heat flow in the heat transfer zone 96 and the partial heat flow in the second heat transfer zone 98 , as shown schematically by an arrow symbol.
  • the first partial heat flow in the first heat transfer zone 94 is in part caused by a heat flow from the Increasing the surface temperature results, replaced, as is also shown schematically by an arrow representing this heat flow. This has the effect that heat energy stored in the interior 2, which is usually generated by conventional heating and thus combustion of fossil fuels, is not lost to the extent of heat loss.
  • the surface temperature in the range of the actual differential value 100 can optionally be controlled in conjunction with the control and regulating device 69, it being found that economical operation is achieved when the surface temperature is somewhat is below the actual room temperature 93.
  • a target room temperature is now specified, for example in the heat detection and control device 84 or in the control and regulating device 69 designed as a computer, for example in the energy balance controller 88 designed as a computer.
  • This is compared with an actual room temperature 93, which is measured, for example, in the heat detection and control device 84. If the actual room temperature 93 is now greater than the target room temperature, the energy balance controller 88 sends a switch-on signal to a consumer 66, for example an air-conditioning device, and a control signal to the branching switching device 90, in which the solar power either directly from the photovoltaic elements 17 or is forwarded from the energy storage device 75 to the air conditioners for their power supply.
  • control and regulating device 69 there is also a comparison of the actual room temperature 93 with the actual surface temperature 95 obtained via the surface temperature sensor 80.
  • the actual difference value 100 is formed from the difference between these two temperatures and with one in the control, for example - and control device 69 or in the heat detection and control device 84 predetermined difference value compared. If the actual difference value 100 exceeds the difference value, the energy balance controller 88 of the control and regulating device 69 is activated and an energy supply in the form of electrical energy into the surface heating device 1 is carried out until the actual difference value 100 reaches the difference value.
  • the solar power that is still produced is controlled by the control and regulating device 69, in particular by the energy balance controller 88 and / or the branching switching device 90, in order to supplement the energy drawn from the energy store 75 until it reaches a fixed upper capacity limit and / or a reusable heat exchanger 77 a water heater of the heating device 79 or excess energy via lines 72 and possibly an energy measuring device fed to the public energy network 73.
  • An energy supply of excess energy from the solar cell arrangement 18 via the energy balance controller 88 and / or the branch switching device device 90 to the energy store 95 and / or the reusable heat exchanger 77 and / or the energy network 73 also takes place, for example, when an actual surface temperature 95 of the surface heating device 1 is greater than the actual room temperature 93 minus the difference value.
  • the actual room temperature 93 is less than the target room temperature and / or the target room temperature is less than the actual outside temperature 99, which is determined, for example, by the outside temperature sensor 82 and processed in the control and regulating device 69, then a switch-on signal occurs from the energy balance controller 88 to the heating device 79, for example to the reusable heat exchanger 77 or to an oil burner or to the panel heating device 1. At the same time there is a switching signal from the energy balance controller 88 to the branching switching device 90, by means of which the current connection from the photovoltaic elements 17 to the heating device 79 is established .
  • a switch-on signal is sent from the energy balance controller 88 to the panel heating device 1 Furthermore, there is a switching signal from the energy balance controller 88 to the branching switching device 90, as a result of which the current connection between the surface heating device 1 and the photovoltaic elements 17 and / or the energy store 75 is established.
  • a priority circuit can be provided in the energy balance controller 88, in which the branching switching device 90 provides a power line between the photovoltaic elements 17 and the energy store 75 and / or the surface heating device 1.
  • the branching switching device 90 provides a power line between the photovoltaic elements 17 and the energy store 75 and / or the surface heating device 1.
  • This can e.g. be designed such that when an actual outside temperature 99 is greater than a desired outside temperature, for example specified in the energy balance controller 88, a branching device 90 establishes a power line between the photovoltaic elements 17 and the energy store 75. However, if the actual outside temperature 99 is lower than the target outside temperature, then a power line can be established between the photovoltaic elements 17 and the surface heating device 1 via the branching switching device 90.
  • the base element 5 can also be coated with a coating 101 on the outer surface 28, e.g. an insulating and / or a photochromatic layer, be provided and / or be formed from thermo glass.
  • the current conducting layer 7 can be supplied with direct current or alternating current and has a specific resistance which is constant in a temperature range from 15 ° to 30 °.
  • a medium 103 identified by lines, e.g. a gas or gas mixture.
  • a gas mixture is used for the medium 103 according to the invention, with which the radiation passage differs depending on the frequency range.
  • a gas mixture e.g. the passage of the infrared heat having an infrared range, as it is present in an interior, is largely prevented by absorption and reflection, on the other hand an almost unhindered passage of the light rays incident in the frequency range of visible light from the outside (“sunlight”) is made possible.
  • the infrared reflection of the heat radiation from below from the gas mixture is also advantageous in summer.
  • gases are e.g. CO2, CH., D and partially halogenated hydrogens or mixtures thereof.
  • the separating lines drawn between the base element 5 and the current-conducting layer 7 in the various figures for the sake of simplicity, in particular when they are formed as a silane-metal oxide connection, are only a hypothetical dividing line, since they form Molecular connection - as already described in FIGS. 1 and 2 - the transition zone 9 is formed.

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Flächenheizeinrichtungen für bauliche Anlagen sowie eine Elektrizitätserzeugungs- und -versorgungseinrichtung und ein Verfahren zum Betrieb zumindest einer Elektrizitätserzeugungs- und -versorgungseinrichtung mit zumindest einer Heizeinrichtung. Die Flächenheizeinrichtung (1) ist für den Einsatz in baulichen Anlagen, insbesondere für Innenräume (2) begrenzende Wandteile (3), gedacht und besteht aus einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten, Flächenelement (4), welches aus einem oder mehreren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder anorganischen, nichtmetallischen Bau- und Werkstoffen gebildeten Basiselementen (5) und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten (6) besteht, wobei zumindest eine Schichte (6) als Stromleitschichte (7) ausgebildet ist. Die Stromleitschichte (7) besteht aus einer Kernschichte (21) und einer diese zumindest bereichsweise umgrenzende Randschichte (22), wobei die Randschichte (22) eine Randschichtdicke (24) besitzt, die grösser ist als eine Kernschichtdicke (26) der Kernschichte (21).

Description

Flächenheizeinrichtung mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten Flächenelement und Verfahren zum Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Flächenheizeinrichtung für bauliche Anlagen, insbesondere für Innenräume begrenzende Wandteile, wie sie in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bis 4 beschrieben ist.
Es ist bereits ein exothermisch-transparenter Körper, z.B. eine Fensterscheibe, eine Wind- schutzscheibe oder dgl., aus der DE 34 18 612 A1 bekannt, welcher eine elektrisch leitende, durchsichtige Filmschichte enthält, die auf mindestens einer Oberfläche eines transparenten Substrates eines Körpers gleichmäßig gebildet ist. Auf der elektrisch leitenden Filmschichte befindet sich mindestens ein Paar von Metallelektroden entlang den beiden gegenüberliegenden Seiten der Schichte. Mit deren Hilfe wird elektrische Leistung in die elektrisch leitende, tran- sparente Filmschichte eingespeist, sodaß die Oberfläche des exothermisch-transparenten Körpers erwärmt wird, wodurch ein Beschlagen der Oberfläche des Körpers verhindert wird. Die Filmschichte besteht dabei aus mindestens einem der Elemente, die aus der Gruppe Zinndioxid, Titandioxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid und Gold besteht. Die Schichtdicke der Filmschichte beträgt 1500 Angström, der Flächenwiderstand des Films beträgt vorzugsweise weniger als 100 Ohm/Flächeneinheit.
Nachteilig bei dieser Flächenheizeinrichtung ist der Einsatz von Zinndioxid, Titandioxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid und Gold, welche einen relativ großen spezifischen Widerstand aufweisen, wodurch eine zum Erwärmen einer Oberfläche eines transparenten Substrates er- forderliche Stromwärme nur durch Vergrößerung des Leitungsquerschnittes (durch Erhöhung der Schichtdicke der Heizschichte) oder durch Vergrößerung der Stromstärke oder der Spannung erzielt werden kann. Aus diesem Grund weist die elektrisch leitende Filmschichte eine Schichtdicke von 1500 Angström (= 1,5 x 10 mm) auf. Diese große Schichtdicke hat jedoch auf die optischen Eigenschaften (insbesondere auf die Transparenz) negative Einflüsse. Ein weiterer Nachteil dieser Flächenheizeinrichtung besteht darin, daß ein in den Randzonen des transparenten Substrates eintretender Wärmeverlust, welcher größer ist als jener in einer Kernzone des transparenten Substrates, nicht ausgeglichen wird, wodurch ein Beschlagen des transparenten Substrates in der Randzone nicht verhindert werden kann. Schließlich kann die in einem Innenraum vorhandene Wärmeenergie ungehindert durch den exothermisch-transparen- ten Körper durchtreten, was zu einer Erhöhung des Energieverbrauches führt, welcher insbesondere bei der Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen aus Umweltschutzgründen unerwünscht ist. Aus einer weiteren Druckschrift - nämlich der DE 39 40 748 AI- ist eine elektrisch beheizbare Autoglasscheibe aus Verbundglas bekannt, die eine zwischen zwei Scheiben befindliche Mehrfachschichte aufweist, die aus einer an der Innenseite der ersten Glasscheibe angeordneten Zinkoxidschichte, einer auf dieser angeordneten elektrisch leitfähigen Schichte aus Silber, einer auf dieser angeordneten Entspiegelungs-Deckschichte aus Zinkoxid und einer auf dieser angeordneten haftungsverbessernden Schichte aus einem Metall oder Metalloxid besteht.
Der Nachteil dieser Autoglasscheibe liegt darin, daß der in den Randzonen eintretende Wärmeverlust, welcher größer ist als der in der Kernzone, nicht ausgeglichen wird, wodurch es zu einer ungleichförmigen Wärmeverteilung an der Oberfläche der Verbundglasscheibe kommt. Weiters kann die im Innenraum des Fahrzeuges vorhandene Wärmeenergie ungehindert durch die Verbundglasscheibe hindurchtreten, wodurch es zu einer schlechten Energiebilanz der Wärmeerzeugungsanlagen kommt. Da diese mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, ist auch eine unerwünschte Umweltbelastung gegeben. Aufgrund der homogenen Ausführung der elektrisch leitfähigen Schichte wird ein Widerstand erzeugt, welcher größer ist als der Gesamtwiderstand einer aus in Serie geschalteter Einzelwiderstände bestehenden Flächenheizeinrichtung. Dies bedeutet, daß der elektrische Strom und damit die durch eine homogene elektrisch leitfähige Schichte erzeugte Stromwärme geringer ist als jene, welche durch seriell geschaltete Einzelwiderstände erreicht wird. Dies führt wieder zu einer Erhöhung der Schichtdicken um die geringere Stromwärme auszugleichen, wodurch nachteilige Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften der Verbundglasscheibe gegeben sind.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Flächenheizeinrichtung zu schaffen, mit der ein Wärmeverlust von durch fossile Brennstoffe erzeugter Wärmeenergie einer baulichen Anlage, eines Fahrzeuges und anderer Innenräume begrenzender Wandteile reduziert wird und insbesondere beim Einsatz von transparenten Flächenelementen gute optische Eigenschaften, wie Transmissonsvermögen, Absorptionsvermögen und Reflexionsvermögen, erhalten bleiben. Weiters soll eine gleichförmige Oberflächentemperatur der Wandteile erreicht werden. Die Stromleitschichte soll einen möglichst geringen Widerstand aufweisen und die erzeugte Strom- wärme soll erhöht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß der Wärmeverlust in einer Randzone eines Wandteiles, welcher größer ist als der einer Kernzone, ausgeglichen wird, wo- durch eine gleichmäßige Oberflächentemperatur erzeugt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 2 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß die Stromleitschichte durch in Serie geschaltete Widerstände in Form von Schichtstreifen gebildet ist, wodurch ein Gesamtwiderstand reduziert, eine Stromstärke und damit die erzeugte Stromwärme erhöht wird, ohne die Schichtdicke der Stromleitschichte zu erhöhen. Dadurch werden insbe- sondere auch die guten optischen Eigenschaften des Flächenelementes bewahrt.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 3 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß eine in einem Innenraum befindliche Wärmeenergie nicht durch das Flächenelement hindurchtreten kann, wodurch die Energiebilanz verbessert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 4 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß durch den bevorzugten Einsatz einer Silan-Metalloxid Verbindung, welche einen im Vergleich zu herkömmlichen tran- sparenten, leitfähigen Beschichtungen geringeren spezifischen Widerstand aufweist, der erforderliche Leitungsquerschnitt der Heizschichte durch Verminderung der Schichtdicke reduziert werden kann, ohne dadurch eine unerwünschte Reduktion der Stromwärme zu bewirken. Dadurch können die an sich gegensätzlichen, elektrischen und optischen Eigenschaften der Heizschichte optimal vereinbart werden.
Die Ausbildungen nach den Ansprüchen 5 und 6 ermöglichen in einfacher Weise eine Serienschaltung von als Stromleitschichten dienenden Einzelwiderständen und damit eine Erhöhung der zu erzeugenden Stromwärme.
Von Vorteil ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 7, wodurch durch den Einsatz einer
Silan-Metalloxid Verbindung der erforderliche Leitungsquerschnitt der Stromleitschichte durch Verminderung der Schichtdicke reduziert werden kann, ohne daß dadurch eine unerwünschte Reduktion der Stromwärme eintritt.
Vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 8, wodurch die optischen Eigenschaften der Stromleitschichte verbessert werden.
Eine Ausführungsvariante nach Anspruch 9 hat den Vorteil, daß die Oberflächentemperatur einer einem Innenraum zugewandten Innenseite erhöht wird, wodurch der Wärmestrom einer im Innenraum befindlichen Energie in das Basiselement reduziert wird und somit ein Wärmeverlust von durch fossile Brennstoffe erzeugter Wärmeenergie vermieden und damit auch ein Schadstoffausstoß an die Umwelt verringert wird. Eine möglich vorteilhafte Weiterbildung ist in Anspruch 10 beschrieben, wodurch ein selbsttätiges Lösen des Schichtverbandes, beispielsweise durch UV-Bestrahlung, vermieden wird und so ein unerwünschtes, rasches Altern der Verbindungsbereiche zweier Schichten vermieden wird.
Günstig ist eine Ausbildung nach Anspruch 11, wodurch ein elektrischer Widerstand weiter reduziert wird und damit die Stromstärke bzw. die Stromwärme erhöht werden kann.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 12 ermöglicht es, den Einbau eines Basiselementes bzw. der Flächenheizeinrichtung in baulichen Anlagen, insbesondere in Innenräume begrenzende Wandteile zu erleichtern und Montagekosten zu reduzieren.
Von Vorteil ist eine Weiterbildung nach Anspruch 13, wodurch die Flächenheizeinrichtung als Fenster, welche an sich einen unerwünscht hohen Wärmedurchgang ermöglichen, ausgebildet werden kann und somit in Fensterbereichen eine Substitution eines Wärmeverlustes einer durch fossile Wärmeenergie durch einen Wärmeverlust von durch Solarenergie gewonnener Wärme erfolgt und überdies der Wärmedurchgang im Rahmenbereich reduziert wird. Neben dem wärmetechnischen Effekt, der durch weitgehenste Vermeidung von Wärmeverlusten gegeben ist, werden damit auch statische Funktionen erfüllt, die eine höhere Stabilität der Rahmen und Rahmenteile bewirken und damit vielfach auch besonders wärmeleitende Aussteifungen durch Metallprofile entfallen.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante nach Anspruch 14, wodurch Außenflächen, welche einer intensiven Sonnenbestrahlung ausgesetzt sind, zur Erzeugung von Elektrizität, insbeson- dere zur Betreibung der Flächenheizeinrichtung, genutzt werden können.
Eine Weiterbildung nach Anspruch 15 hat den Vorteil, daß die Solarzellen bei gutem Wirkungsgrad in einfacher Weise hergestellt werden können, wodurch Betriebskosten reduziert werden.
Durch eine Weiterbildung nach Anspruch 16 wird erreicht, daß ein Spektralteil des Lichtes, insbesondere im Infrarotbereich, reflektiert wird, wodurch z.B. Strahlungswärme im Bereich der Flächenheizeinrichtung nicht aus einem Innenraum austreten kann und überdies ein weiterer Spektralteil des einfallenden Lichtes gefiltert bzw. reflektiert wird, wodurch im Innenraum eine Verdunkelung stattfindet und ein unerwünschtes Aufheizen des Innenraums bei intensiver Sonnenbestrahlung unterbleibt. Von Vorteil ist eine Weiterbildung nach Anspruch 17, wodurch die Stromleitschichte durch äußere mechanische Einwirkungen, z.B. beim Fensterputzen, nicht beschädigt werden kann.
Möglich ist aber auch eine vorteilhafte Weiterbildung, wie in den Ansprüchen 18 und 19 be- schrieben, um damit Eigenschaften bestimmter Gase und Gaszusammensetzungen vorteilhaft einzusetzen, um, z.B. Infrarotstrahlung und damit Strahlungswärme, die in beheizten Innenräumen auftritt, am Durchgang zu hindern und andererseits die von außen auftreffende Lichtstrahlung des Sonnenlichtes durchzulassen.
Möglich ist dabei auch eine Ausbildung nach Anspruch 20, wodurch ein einfacher und damit kostengünstiger Aufbau für ein derartiges Flächenelement erreicht wird.
Die Erfindung betrifft weiters eine Elektrizitätserzeugungs- bzw. -Versorgungseinrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 21 beschrieben ist.
Gemäß der DE 38 01 090 AI ist bereits eine Elektrizitätserzeugungs- bzw. -Versorgungseinrichtung, insbesondere ein System zur Nutzung der auf Baukörper auftreffenden Strahlung, insbesondere der Solarstrahlung, durch Erfassung und Umwandlung der Strahlung in elektrische Energie mittels Solarzellen bekannt. Diese dienen der Elektrizitätsversorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern und sind bereichsweise an Außenflächen eines Gebäudes angeordnet. Die mittels der Solarzellen erzeugte, überschüssige Energie kann dabei in regionale Stromnetze eingespeist werden, wodurch der Anteil von durch Verfeuerung fossiler Brennstoffe erzeugter Energie reduziert und damit eine Kohlendioxidbelastung der Umwelt minimiert wird.
Nachteilig bei diesem System ist, daß mit dem erzeugten Solarstrom keine Flächenheizeinrich- tungen betrieben werden, wodurch die Beheizung eines derartigen Gebäudes weiterhin durch Verfeuerung fossiler Brennstoffe erfolgen muß und so eine Reduzierung der Umweltbelastungen nur in sehr geringem Ausmaß erfolgt. Darüber hinaus weist dieses System keinen, als Energiebilanzregler ausgebildeten Rechner auf, wodurch keine bedarfsgerechte Verteilung des er- zeugten Solarstromes, wie dies z.B. für Heizeinrichtungen bei unterschiedlichen Außentemperaturen erforderlich ist, erfolgt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde Heizeinrichtungen mittels Solarstrom so zu versorgen, daß die mit diesem erzeugte Wärmeenergie verschiedenen Parametern, insbesondere der Außentemperatur oder Innentemperatur im Gebäude, angepaßt werden kann, um so den Wärmeverlust von durch fossile Brennstoffe erzeugter Wärmeenergie zu reduzieren. Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruches 21 beschriebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß die Verbraucher rechnergestützt, d.h. bedarfsgerecht mit Solarstrom, versorgt werden und insbesondere eine Beheizung von Wandelementen erfolgt, welche ohne Beheizung einen großen Wärmeverlust verursachen würden.
Von Vorteil ist eine Weiterbildung nach Anspruch 22, wodurch die erzeugte Energie in einfacher Weise auf verschiedenste Verbraucher verteilt werden kann.
Vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 23, wodurch eine Anspeisung der Verbraucher entsprechend automatisch ermittelter und verarbeiteter Parameter erfolgt, wodurch ein Bedienungsaufwand reduziert wird.
Möglich ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 24, wodurch die auf die Solar zellenanord- nung einfallende Solarstrahlung, welche je nach Intensität ein vermehrtes bzw. vermindertes Betreiben der Flächenheizeinrichtung erfordert, als Steuergröße verwendet werden kann.
Anspruch 25 beschreibt in vorteilhafter Weise einen gegen mechanische Abnutzung widerstandsfähigen Sensor.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Betrieb einer Heizeinrichtung, wie es im Oberbegriff des Anspruches 26 beschrieben ist.
Es sind bereits Verfahren zum Betrieb von Heizeinrichtungen bekannt, bei denen in Wärme- erfassungs- und -kontrolleinrichtungen Soll-Temperaturen vorgegeben werden. Weiters wird in einer eigenen Steuer- und Regeleinrichtung oder direkt in der Wärmeerfassungs- und -kontroll- einrichtung ein Vergleich der Solltemperatur mit einer über einen Temperatur sensor ermittelten Ist-Temperatur durchgeführt, wobei bei Unterschreitung der Soll- Temperatur ein Energiebilanzregler der Steuer- und Regeleinrichtung aktiviert wird, der eine Energiezufuhr in die Heizeinrichtung bewirkt.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß die Abnahme der Ist- Temperatur meist zentral im Raum eines Gebäudes bzw. an einer Innenwand des Gebäudes erfolgt, wodurch eine dem Energieverlust durch Außenwände bzw. Außenelemente von Gebäuden entsprechende Beheizung von insbesondere an diesen angeordneten Heizeinrichtungen nicht erfolgt. Dies bewirkt, daß an den Innenflächen der Außenwände bzw. Außenelemente die Temperatur in einem solchen Ausmaß geringer ist als die Raumtemperatur, daß dadurch ein unerwünschter Wärmestrom vom Innenraum in die Innenfläche der Außenwandteile bzw. Außenwandelemente erfolgt, wodurch der Energieverlust zumeist durch fossiler Brennstoffe erzeugter Wärmeenergie unnötig groß ist.
Es ist nun eine Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Heizeinrichtung so zu regeln, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur der Innenfläche, welche insbesondere als Flächenheizeinrichtung ausgebildet ist, und der Innenraumtemperatur so verringert wird, daß ein Wärmestrom vom Innenraum in die Innenfläche der Flächenheizeinrichtung bzw. der Außenwände bzw. Außenwandelemente reduziert wird und damit der Verlust von in Innenräumen vorhandener Wärmeenergie, welche üblicherweise durch fossile Brennstoffe erzeugt wird, reduziert wird. Dadurch sollen negative Umwelteinflüsse, d.h. insbesondere Schadstoffemissionen, welche bei Verfeuerung fossiler Brennstoffe entstehen, reduziert werden.
Vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsvariante nach Anspruch 27, wodurch die nicht erforderliche, d.h. nicht der Flächenheizeinrichtung zuzuführende, Solarenergie anderen Nutzungen zu- geführt werden kann.
Die in Anspruch 28 beschriebenen Merkmale haben den Vorteil, daß ein Umrichten des mittels der Solarzellenanordnung erzeugten Solarstromes nicht erforderlich wird.
Günstig ist weiters eine Ausführungsvariante nach Anspruch 29, bei dem die Flächenheizeinrichtung durch extern zugeführten Strom, z.B. aus dem öffentlichen Netz, betrieben werden kann.
Vorteilhaft sind aber auch die Ausführungsvarianten nach den Ansprüchen 30 bis 32, wodurch der Wärmedurchgang und damit der Wärmeverlust weiter reduziert wird.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante nach Anspruch 33, durch welche eine Regelung bzw. Steuerung der Innenraumtemperatur erfolgt, welche mittels eines Mehrwegwärmetauschers, der mit Solarstrom betrieben wird, erhöht werden kann.
Weiters ist eine Ausbildungsmöglichkeit nach Anspruch 34 von Vorteil, durch die im Falle einer höheren Außentemperatur auch die Möglichkeit des Zuschaltens von Klimageräten in Sommerzeiten, welche mittels Solarstrom betrieben werden, erreicht wird.
Von Vorteil ist eine Weiterbildung nach Anspruch 35, bei der die Flächenheizeinrichtung dann aktiviert wird, wenn ein Wärmeverlust von durch fossile Brennstoffe erzeugte Wärmeenergie ein bestimmtes Maß überschreitet bzw. zu hoch wird. Eine Weiterbildung nach Anspruch 36 hat den Vorteil, daß die zur Verteilung auf mehrere Verbraucher benötigte Energie entsprechend einer individuell festzusetzenden Priorität verteilt werden kann.
Schließlich ist noch eine Ausbildungsvariante nach Anspruch 37 möglich, bei der die nach individuellen Prioritäten festgelegte Verteilung der Anspeisung verschiedener Verbraucher entsprechend den äußeren Witterungsbedingungen angepaßt werden kann, wobei jedoch auch eine Anpassung an andere Parameter, beispielsweise der Innentemperatur, möglich ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Flächenheizeinrichtung, in der Seitenansicht;
Fig. 2 die erfindungsgemäße Flächenheizeinrichtung, geschnitten, gemäß den Linien II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Flächenheizeinrichtung, in der Seitenansicht;
Fig. 4 die erfindungsgemäße Flächenheizeinrichtung, geschnitten, gemäß den Linien
IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Teilbereich einer anderen erfindungsgemäßen Flächenheizeinrichtung, geschnitten, in der Stirnansicht;
Fig. 6 einen Teilbereich einer weiteren erfindungsgemäßen Flächenheizeinrichtung, geschnitten, in der Stirnansicht;
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Stromerzeugungs- und -Versorgungseinrichtung in schema- tischer Darstellung;
Fig. 8 ein Temperaturverlauf des Wärmedurchganges an einem Flächenelement.
In den gemeinsam beschriebenen Fig. 1 und 2 ist eine Flächenheizeinrichtung 1 für beispielsweise bauliche Anlagen, Fahrzeuge, Container etc. gezeigt. Diese dient insbesondere für den Einsatz an bzw. als Innenräume 2 begrenzende Wandteile 3 und weist ein mehrschichtiges, bevorzugt transparentes, Flächenelement 4 auf, welches zumindest aus einem Basiselement 5 und zumindest aus einer auf diesem angeordneten Schichte 6 besteht. Das Basiselement 5 ist dabei beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Beton gebildet und zumindest eine Schichte 6 ist als Stromleitschichte 7 ausgebildet. Die Stromleitschichte 7 ist auf einer dem Innenraum 2 zugewandten Innenseite 8 des Basiselementes 5 angeordnet und besteht bevorzugt aus einer homogenen, leitfähigen und vorzugsweise transparenten Silan-Metalloxid Verbindung. Sie kann jedoch auch beispielsweise aus Gold, Silber, Platin, Cadmium, Zinn, Indium oder aus Oxiden und/oder adäquate Elemente des Periodensystems der chemischen Elemente bzw. deren Ver- bindungen und Oxiden bestehen.
Die Stromleitschichte 7 ist auf der Innenseite 8 des Basiselementes 5 unter Bildung einer Molekularverbindung in einer Übergangszone 9 festhaltend aufgebracht. Diese Übergangszone 9 kann auch als thermoplastische Zwischenschichte, beispielsweise aus Polyvenylbutyral, und/ oder einer dünnen Schichte aus Titan, Nickel, Chrom, Tantal oder aus einem Oxid und/oder einer Verbindung dieser Metalle bestehen. Damit wird die Haftung der Stromleitschichte 7 am Basiselement 5 verbessert. Die Stromleitschichte 7 wird entgegengesetzt zum Innenraum 2 von einer Übergangsfläche 10, welche der Innenseite 8 oder der Übergangszone 9 zugewandt ist, begrenzt. Die Stromleitschichte 7 kann auch in Form eines kratzfesten, organisch/anorgani- sehen Nanokomposites gebildet sein.
Das Flächenelement 4, beispielsweise das Basiselement 5, wird von zumindest einem Rahmen 11 umgrenzt, welcher beispielsweise aus Holz, Metall oder Kunststoff gebildet ist. Der Rahmen 11 kann dabei als Fensterrahmen 12 ausgebildet sein, welcher Hohlprofile 13 aufweist. Ein Hohlprofil 13 besitzt zumindest einen Hohlraum 14, in dem ein Kern 15 aus geschäumtem Kunststoff angeordnet ist. Selbstverständlich ist es möglich, den Hohlraum 14 ohne Kern 15 und mit oder ohne Innenstege auszubilden bzw. den Kern 15 aus anderen Materiahen, beispielsweise aus Mineralwolle etc., zu gestalten. Darüber hinaus ist es möglich, den Fensterrahmen 12 nicht mit Hohlprofilen 13 auszugestalten, sondern mit Vollprofilen. An einer dem In- nenraum 2 abgewandten Seitenfläche 16 des Rahmens 11, insbesondere des Fensterrahmens 12, sind vorzugsweise mehrere photovoltaische Elemente 17 angeordnet, welche der Aufnahme von Solarstrahlung dienen und so die Stromversorgung der Stromleitschichte 7 oder anderer Verbraucher übernehmen. Die photovoltaischen Elemente 17 können dabei aus einer Solarzellenanordnung 18 aus polykristallin-amorphen Solarzellen bestehen. Diese weisen einen Wir- kungsgrad von größer 10 % auf. Der Fensterrahmen 12 wird beispielsweise von einem Fenstersturz 19 und dieser beispielsweise durch eine in Wandelementen verankerte Fensterverkleidung 20 umgrenzt. Die photovoltaischen Elemente 17 können dabei auch an einer dem Innenraum 2 abgewandten Seite des Fenstersturzes 19 und/oder der Fensterverkleidung 20 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, die photovoltaischen Elemente 17 direkt am Flächenelement 4 oder an jeder beliebigen Stelle, beispielsweise eines Gebäudes, eines Fahrzeuges oder eines Containers, anzuordnen.
Die Stromleitschichte 7 besteht aus einer Kernschichte 21 und einer diese zumindest bereichsweise umgrenzenden Randschichte 22, welche die Stromleitschichte 7 in Richtung des Rahmens 11, insbesondere des Fensterrahmens 12, begrenzt. Die Randschichte 22 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch eine Randschichtinnenfläche 23 begrenzt, welche von der Übergangs- fläche 10 der Stromleitschichte 7 in Richtung zum Innenraum 2 durch eine rechtwinkelig zur Übergangsfläche 10 gemessene Randschichtdicke 24 distanziert wird. Die Kemschichte 21 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch eine Kernschichtinnenfläche 25 begrenzt, welche von der Übergangsfläche 10 in Richtung zum Innenraum 2 um eine rechtwinkelig zur Übergangsfläche 10 gemessene Kernschichtdicke 26 distanziert ist. Diese ist dabei geringer als die Rand- schichtdicke 24. Die Stromleitschichte 7, d.h. die Randschichtdicke 24 und die Kernschicht- dicke 26 betragen in etwa 10 5 mm bis 10 7 mm. Das Basiselement 5, welches beispielsweise als Glasscheibe 27 ausgebildet ist, wird entgegengesetzt zum Innenraum 2 durch eine parallel zur Innenseite 8 verlaufende Außenseite 28 begrenzt, welche von der Innenseite 8 um eine
Dicke 29 entgegengesetzt zum Innenraum 2 beabstandet ist.
Die Innenseite 8 und die Außenseite 28 des Basiselementes 5, insbesondere der Glasscheibe 27, werden durch eine vorzugsweise rechtwinkelig zur Innenseite 8 verlaufende Stirnseitenfläche
30 verbunden, welche umlaufend ausgebildet ist und das Basiselement 5 umgrenzt.
Da nun der Wärmeverlust in diesem umlaufenden Bereich aufgrund der durch die Stirnseitenfläche 30 vergrößerten Abstrahlungsfläche erhöht ist, muß, um beispielsweise Kältebrücken zu vermeiden bzw. eine gleichmäßige Oberflächentemperatur der Innenseite 8 des Basiselementes 5 zu erreichen, dieser Bereich einer größeren Wärmezufuhr ausgesetzt werden. Dies erfolgt durch die Randschichte 22, da durch die Randschichtdicke 24, welche größer ist als die Kern- schichtdicke 26, eine größere Stromstärke fließen kann und somit in diesem Bereich eine größere Stromwärme erzeugt wird, welche den im Randbereich im Verhältnis zum Kernbereich erhöhten Wärmeverlust ausgleicht.
In den gemeinsam beschriebenen Fig. 3 und 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Flächenheiz- einrichtung 1 dargestellt. Diese weist zumindest ein Basiselement 5 auf, welches beispielsweise aus Kunststoff oder Beton oder als Glasscheibe 27 ausgebildet ist. Diese wird durch eine einem Innenraum 2 zugewandte Innenseite 8 und eine parallel zu dieser verlaufende, dem Innenraum 2 abgewandte Außenseite 28 begrenzt, welche voneinander um eine Dicke 29 beabstandet sind. Auf der Innenseite 8 und/oder Außenseite 28 ist zumindest eine Schichte 6 angeordnet, wobei zumindest eine Schichte 6 als Stromleitschichte 7 ausgebildet ist. Das Basiselement 5 und die Schichte 6 bilden ein Flächenelement 4, welches durch eine Breite 31 und eine rechtwinkelig zu dieser gemessene Länge 32 begrenzt wird.
Die Stromleitschichte 7 wird durch mehrere Schichtstreifen 33 gebildet, welche aus parallel zur Länge 32 verlaufenden Längsschichtstreifen 34 und parallel zur Breite 31 verlaufenden Querschichtstreifen 35 bestehen. Die Schichtstreifen 33, insbesondere die Längsschichtstreifen 34, sind dabei durch beispielsweise parallel zur Länge 32 verlaufende Zwischenräume 36 getrennt. Diese können so hergestellt werden, daß eine homogene Stromleitschichte 7 gebildet wird, in der die Zwischenräume 36 beispielsweise durch Fräsen, Schleifen, Ätzen hergestellt werden. Jeweils zwei benachbarte Längsschichtstreifen 34 sind über einen Querschichtstreifen 35 lei- tungsverbunden. Die Querschichtstreifen 35 verlaufen jeweils benachbart zu einer Oberseite 37 bzw. einer Unterseite 38, welche voneinander durch die Länge 32 distanziert sind. Die Stromleitschichte 7 weist einen mäanderförmigen Verlauf auf, wobei jeweils ein Zwischenraum 36 von der Oberseite 37 in Richtung zur Unterseite 38 verläuft und ein diesen Zwischenraum 36 benachbarter Zwischenraum 36 von der Unterseite 38 in Richtung zur Oberseite 37 verläuft. Die Stromleitschichte 7 kann über eine Molekularverbindung oder über eine zwischen einer Übergangsfläche 10 der Stromleitschichte 7 angeordnete Übergangszone 9 mit der Innenseite 8 des Basiselementes 5 verbunden sein. Die Stromleitschichte 7 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch eine Schichtinnenfläche 39 begrenzt, welche von der Übergangsfläche 10 um eine Schichtdicke 40 beabstandet ist. Die Längsschichtstreifen 34 besitzen eine parallel zur Breite 31 gemessene Längsstreifenbreite 41 und eine rechtwinkelig zu dieser gemessene Längsstrei- fenlänge 42, welche der Länge 32 entspricht. Die Zwischenräume 36 besitzen eine parallel zur Längsstreifenbreite 41 gemessene Zwischenraumbreite 43, welche bevorzugt kleiner ist als die Längsstreifenbreite 41. Die Querschichtstreifen 35 weisen eine rechtwinkelig zur Längsstreifenbreite 41 gemessene Querstreifenbreite 44 auf, welche beispielsweise der Längsstreifenbreite 41 entspricht. Die Stromleitschichte 7 ist über Kontaktierungselektroden 45 in einen Stromkreis eingebunden. Eine Kontaktier ungselektrode 45 ist dabei zumindest bereichsweise über die Längsstreifenbreite 41 oder die Längsstreifenlänge 42 angeordnet und die zweite Kon- taktierungselektrode 45 ebenfalls, wobei diese an jenem Längsschichtstreifen 34 angeordnet ist, welcher vom Längsschichtstreifen 34 der ersten Kontaktierungselektrode 45 am weitesten beabstandet ist.
Der Übergangsbereich der Kontaktierungselektrode 45 zur Stromleitschichte 7 kann beispielsweise durch Aufbringen eines elektrisch leitenden dünnen Films oder einer elektrisch leitenden Paste ausgebildet sein, sodaß ein Anstieg des elektrischen Widerstandes zwischen den Kontak- tierungselektroden 45 und der Stromleitschichte 7 vermindert wird. Durch diese Ausbildung der Stromleitschichte 7 wird erreicht, daß diese durch seriell in Verbindung stehende Schichtstreifen 33 gebildet ist, wobei der Gesamtwiderstand der Stromleitschichte 7 aus dem Kehrwert der Kehrwerte der Einzelwiderstände der einzelnen Schichtstreifen 33 gebildet wird, wodurch der Gesamtwiderstand im Vergleich zu einer vollflächig ausgebildeten Stromleitschichte 7 gering gehalten werden kann. Dadurch wird eine Stromstärke und damit eine erzeugte Stromwärme erhöht, wodurch die Heizleistung einer derartigen Stromleitschichte 7 erhöht wird.
In der Fig. 5 ist ein Teilbereich einer anderen erfindungsgemäßen Flächenheizeinrichtung 1 dargestellt. Diese besteht wiederum aus einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten Flächenelement 4, welches von einem Rahmen 11, beispielsweise einem Fensterrahmen 12, umgrenzt wird. Dieser besteht aus einem Hohlprofil 13, beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall, mit oder ohne Zwischenstege und umgrenzt einen Hohlraum 14, in dem ein Kern 15, vorzugsweise aus geschäumten Kunststoff, angeordnet ist. In einem dem Flächenelement 4 zugewandten, um dieses umlaufenden Teilbereich besitzt der Rahmen 11 beispielsweise zwei Ein- formungen 46 zur Halterung von Dichtungselementen 47, welche vorzugsweise aus Gummi hergestellt sind.
Das Flächenelement 4 besteht aus zwei in einem Abstand 48 voneinander distanzierten Basiselementen 5, welche beispielsweise als Glasscheiben 27 ausgebildet sind. Die einem Innenraum 2 benachbart angeordnete Glasscheibe 27 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch eine ebenflächige Innenseite 8 begrenzt, an der zumindest eine Stromleitschichte 7, vorzugsweise aus einer homogenen, leitfähigen und transparenten Silan-Metalloxid Verbindung, angeordnet ist. Diese ist auf dem Basiselement 5 unter Bildung einer Molekularverbindung festhaltend aufgebracht, welche in einer Übergangszone 9 angeordnet ist. Die Stromleitschichte 7 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch eine parallel zur Innenseite 8 verlaufende Schichtinnenseite 39 begrenzt, welche von einer der Innenseite 8 zugewandten Übergangsfläche 10 der Stromleitschichte 7 um eine rechtwinkelig zu dieser gemessene Schichtdicke 40 in Richtung zum Innen- räum 2 distanziert ist, welche 10 mm bis 10 mm, bevorzugt 10 mm, beträgt. Die Stromleitschichte 7 ist dabei in Form eines kratzfesten, organisch/anorganisch Nanokomposits gebildet.
An der Schichtinnenfläche 39 der Stromleitschichte 7 ist in Richtung zum Innenraum 2 eine weitere Schichte 6, insbesondere eine Reflexionsschichte 49, angeordnet. Diese dient der Reflexion einer im Innenraum 2 vorhandenen Wärmeenergie, welche vorzugsweise in Form von Infrarotstrahlung - Pfeil 50 - vom Innenraum 2 entgegengesetzt zu diesem gerichtet, auf eine parallel zur Schichtinnenfläche 39 der Stromleitschichte 7 verlaufende Reflexionsfläche 51 auftrifft und von dieser in Richtung zum Innenraum 2 umgelenkt bzw. reflektiert wird. Die von der dem Innenraum 2 benachbart angeordneten Glasscheibe 27 in entgegengesetzter Richtung zum Innenraum 2 um den Abstand 48 distanzierte Glasscheibe 27 wird durch die dem Innenraum 2 zugewandte Innenseite 8 begrenzt, an der ebenfalls eine Reflexionsschichte 49 angeordnet sein kann, welche in Richtung zum Innenraum 2 durch die Reflexionsfläche 51 begrenzt wird. Die Glasscheibe 27 besitzt eine Dicke 29, welche durch die Innenseite 8 und die Außenseite 28 begrenzt wird. Die Reflexionsschichte 49 weist eine Schichtstärke 52 auf, welche durch die Reflexionsfläche 51 und einer dieser abgewandten und parallel zu dieser verlaufenden Anlagefläche 53 begrenzt wird. Das Flächenelement 4 kann auch so ausgebildet sein, daß der Abstand 48 der Schichtstärke 52 der Reflexionsschichte 49 entspricht, sodaß die Reflexionsfläche 51 einer an einer Glasscheibe 27 angeordneten Reflexionsschichte 49 an der Außenseite 28 einer weiteren Glasscheibe 27 anliegt.
Insbesondere bei der vom Innenraum 2 entfernteren Reflexionsschichte 49 kann die Anlage- fläche 53 als Reflexionsfläche 51 bzw. die Reflexionsfläche 51 als Anlagefläche 53 ausbildet sein. Die vom Innenraum 2 entferntere Reflexionsschichte 49 bewirkt nun, daß die von einem Außenbereich 54, welcher durch das Flächenelement 4 vom Innenraum 2 getrennt ist, in Richtung zum Innenraum 2 gerichtete Wärmeenergie, vorzugsweise in Form von Infrarotstrahlung - Pfeil 50 -, durch die Glasscheibe 27 hindurchtritt und an der Anlagefläche 53 oder der Reflexionsfläche 51 in entgegengesetzter Richtung zum Innenraum 2 umgelenkt und reflektiert wird. Ein nicht reflektierter Anteil der Infrarotstrahlung kann durch die vom Innenraum 2 entfernte Reflexionsschichte 49 hindurchtreten und wird an der Anlagefläche 53 oder Reflexionsfläche 51 der dem Innenraum 2 zugewandten Reflexionsschichte 49 in entgegengesetzter Richtung zum Innenraum 2 umgelenkt und in Richtung zur vom Innenraum 2 entfernteren Reflexions- schichte 49 geleitet, von der die Infrarotstrahlung wiederum in Richtung zum Innenraum 2 umgelenkt werden kann. Dadurch kann ein durch die Außenseite 28 der dem Innenraum 2 benachbart angeordneten Glasscheibe 27 und der Reflexionsfläche 51 der vom Innenraum 2 entfernteren Reflexionsschichte 49 umgrenzter Innen bereich 55 des Flächenelementes 4 aufgeheizt bzw. erwärmt werden.
Die Dichtungselemente 47 besitzen parallel zu den Schichten 6 verlaufende Dichtflächen 56, wobei die Dichtfläche 56 des dem Innenraum 2 zugewandten Dichtelementes 47 Ausnehmungen 57 aufweist, die der Aufnahme von Kontaktierungselektroden 45 und der Aufnahme eines Oberflächen-Temperatursensors 58 dienen. Die Reflexionsschichte 49 und/oder die Glasscheibe 27 und/oder die Stromleitschichte 7 können photochromatisch ausgebildet sein, sodaß sie bei erhöhtem Lichteinfall selbständig verdunkeln. In der Fig. 6 ist ein Teilbereich einer weiteren erfindungsgemäßen Flächenheizeinrichtung 1 im Querschnitt dargestellt. Diese besteht aus einem Flächenelement 4, welches von einem Rahmen 11, insbesondere einem Fensterrahmen 12, in Form eines Hohlprofils 13 umgrenzt wird. Das Hohlprofil 13 weist vorzugsweise mehrere durch Zwischenstege 59 voneinander getrennte Hohlräume 14 auf. Es ist jedoch auch möglich, den Rahmen 11 durch ein Vollprofil auszubilden. Das Hohlprofil 13 besitzt Einformungen 46, in denen Dichtungselemente 47 angeordnet sind. Das Flächenelement 4 ist wiederum mehrschichtig, bevorzugt transparent, ausgebildet und weist zwei parallel zueinander in einem Abstand 48 voneinander distanziert angeordnete Basiselemente 5, beispielsweise Glasscheiben 27, auf. Die dem Innenraum 2 benachbart angeord- nete Glasscheibe 27 wird in Richtung zum Innenraum 2 durch die Innenseite 8 begrenzt, an der eine Stromleitschichte 7 mit einer Übergangsfläche 10 oder durch eine Übergangszone 9 angeordnet ist. Die Glasscheibe 27 besitzt eine Dicke 29, welche die Innenseite 8 von einer dem Innenraum 2 abgewandten Außenseite 28 distanziert. Die Stromleitschichte 7 weist eine Schichtdicke 40 auf, welche eine dem Innenraum 2 zugewandte Schichtinnenfläche 39 von der Über- gangsfläche 10 in Richtung zum Innenraum 2 distanziert. An der Schichtinnenfläche 39 befindet sich eine Schutzschichte 60, welche an der Schichtinnenfläche 39 festhaftend angeordnet ist und diese um eine Schichtdicke 61 in Richtung zum Innenraum 2 überragt. Diese distanziert eine Innenschichtseite 62 der Schutzschichte 60, welche dem Innenraum 2 zugewandt ist, von einer an der Schichtinnenfläche 39 der Stromleitschichte 7 anliegenden Außenschichtseite 63, über die die Schutzschichte 60 an der Stromleitschichte 7 angeordnet ist. Die Schutzschichte 60 kann jedoch auch an der Innenseite 8 und/oder an der Außenseite 28 des Basiselementes 5 angeordnet sein. Darüber hinaus ist es möglich, die Schutzschichte 60 auch an einer Anlagefläche 53 und/oder einer Reflexionsfläche 51 einer in strichlierten Linien dargestellten Reflexions- schichte 49 angeordnet sein. An einer Außenseite 28 des vom Innenraum 2 entfernteren Basis- elementes 5 kann eine Metallschichte 64 angeordnet sein.
In den Fig. 7 und 8 ist schematisch eine Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung 65 und ein möglicher Temperaturverlauf dargestellt. Die Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung 65 dient der Versorgung einer Mehrzahl von Verbrauchern 66 mit aus photo- voltaischen Elementen 17, insbesondere Solarzellenanordnung 18, gewonnenem Strom. Diese sind bereichsweise an Außenflächen 67 eines Gebäudes 68, beispielsweise an Wandteilen, Dachelementen, Balkonen oder auch an einem Flächenelement 4 einer Flächenheizeinrichtung 1, angeordnet. Die Elektrizitätserzeugungs- und -versorungseinrichtung 65 besitzt eine Steuer- und Regeleinrichtung 69, welche mit der einen Verbraucher 66 bildenden Flächenheizeinrich- tung 1 über eine oder mehrere Leitungen 70 leitungsverbunden ist. Die Steuer- und Regeleinrichtung 69 ist weiters über zumindest eine Leitung 71 mit den photovoltaischen Elementen 17 über zumindest eine Leitung 72 mit einem öffentlichen Energienetz 73 über zumindest eine Leitung 74 mit einem Energiespeicher 75, welcher beispielsweise als Akku ausgebildet ist, und mit zumindest einer Leitung 76 mit einem als Verbraucher 66 ausgebildeten Mehrwegwärmetauscher 77 verbunden. Dieser ist über Hydroleitungen 78 mit einer Heizeinrichtung 79 verbunden. Der Mehrwegwärmetauscher 77, welcher mittels des Solarstroms gespeist wird, heizt da- bei ein in der Heizeinrichtung 79 und in den Hydroleitungen 78 vorhandenes Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, auf.
Die Flächenheizeinrichtung 1 besteht, wie bereits beschrieben, aus einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten Flächenelement 4, welches aus einem oder mehreren beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Beton gebildeten Basiselementen 5 und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten 6 besteht. Zumindest eine dieser Schichten 6 ist als Stromleitschichte 7 ausgebildet, welche an einer Innenseite 8 des Basiselementes 5 angeordnet ist und diese in Richtung eines Innenraums 2 des Gebäudes 68 überragt. Die Stromleitschichte 7 ist beispielsweise aus einer homogenen, leitfähigen und bevorzugt transparenten Silan-Metalloxid Verbin- c n f. düng gebildet und weist eine Schichtdicke 40 von 10 bis 10" mm, bevorzugt 10" mm, auf. Sie ist auf dem Basiselement 5 unter Bildung einer Molekularverbindung festhaltend aufgebracht und ist in Form eines kratzfesten, organisch/anorganischen Nanokomposites gebildet. An einer dem Innenraum 2 abgewandten Außenseite 28 des Basiselementes 5 ist beispielsweise eine Reflexionsschichte 49 angeordnet. An der Innenseite 8 des Basiselementes 5 oder einer Schichtinnenfläche 39 der Stromleitschichte 7 ist zumindest ein Oberflächen-Temperatursensor 80 angeordnet, welcher über eine Leitung 81 mit der Steuer- und Regeleinrichtung 69 leitungs- verbunden ist. An der Außenfläche 67 des Gebäudes 68 ist beispielsweise ein Außentemperatursensor 82 und an einer der Außenfläche 67 abgewandten und dem Innenraum 2 zugewandten Innenfläche 83 des Gebäudes 68 eine Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 und/oder Zeiterfassungs- und Kontrolleinrichtung 85 angeordnet. Der Außentemperatursensor 82 ist über eine Leitung 86 und die Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 und/oder Zeiterfassungs- und Kontrolleinrichtung 85 über zumindest eine Leitung 87 mit der Steuer- und Regeleinrichtung 69 leitungsverbunden.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 69 besteht dabei aus einem Energiebilanzregler 88 und einer mit diesem über eine Leitung 89 verbundene Verzweigungsschalteinrichtung 90. Die Verzweigungsschalteinrichtung 90 ist beispielsweise als Leistungsschaltteil über Anschlüsse mit zumindest einer Flächenheizeinrichtung 1 und/oder einem Energiespeicher 75 und/oder einem Mehrwegwärmetauscher 77 und/oder dem Energienetz 73 und an zumindest einem Anschluß mit der Solarzellenanordnung 18 verbunden. Der Energiebilanzregler 88, welcher als Steuerteil, beispielsweise in Form eines Rechners, ausgebildet ist, oder die Verzweigungsschalteinrichtung 90 weist Eingänge auf, an denen die Leitungen 81, 86 und 87 als Steuerleitungen angeordnet sind. Dadurch ist der Energiebilanzregler 88 mit zumindest einer Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 und/oder einer Zeiterfassungs- und Kontrolleinrichtung 85 und/oder einem Außentemperatursensor 82 und/oder einem Oberflächen-Temperatursensor 80 leitungsverbunden. Der Oberflächen-Temperatursensor 80 kann dabei als Strahlungstemperatursensor 91 ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, zusätzlich zum Oberflächen-Temperatursensor 80 einen eigenen Strahlungstemperatursensor 91 vorzusehen, welcher mit dem Energiebilanzregler 88 leitungsverbunden ist. Der Strahlungstemperatursensor 91 kann jedoch auch in der Solarzellenanordnung 18 und durch ein Bimetall-Piezzoschaltelement gebildet sein.
Wie nun der Fig. 8 besser zu entnehmen, bildet sich im Bereich der Flächenheizeinrichtung 1 ein Temperaturverlauf 92 aus, der in strichlierten Linien für den stationären Zustand, in dem der Stromleitschichte 7 keine Energie zugeführt wird, dargestellt ist. Die Flächenheizeinrichtung 1, insbesondere das Flächenelement 4, besteht wiederum aus einem Basiselement 5 in Form einer Glasscheibe 27 und einer auf dieser angeordneten Stromleitschichte 7. Das Flächen- element 4 trennt einen Innenraum 2 von einem Außenbereich 54, wobei die Stromleitschichte 7 dem Innenraum 2 zugewandt ist. Im Innenraum 2 herrscht eine Ist-Raumtemperatur 93, welche in Richtung zur Stromleitschichte 7 in einer ersten Wärmeübergangszone 94 bis zu einer Ist- Oberflächentemperatur 95 der Schichtinnenfläche 39 der Stromleitschichte 7 abnimmt. Das Flächenelement 4 bildet eine Wärmeleitzone 96 aus, in der ein Temperaturabfall von der Ist- Oberflächentemperatur 95 auf eine Ist- Außenseitentemperatur 97 einer Außenseite 28 der Glasscheibe 27, welche dem Außenbereich 54 zugewandt ist, erfolgt. Von der Außenseite 28 erstreckt sich in entgegengesetzter Richtung zum Innenraum 2 eine zweite Wärmeübergangszone 98, in der ein Temperaturabfall von der Ist- Außenseitentemperatur 97 auf eine Ist- Außentemperatur 99 stattfindet.
Betrachtet man nun das System des Wärmedurchganges im stationären Zustand, d.h. ohne Energiezufuhr an die Stromleitschichte 7, so bildet sich ein Wärmestrom vom Innenraum 2 zum Außenbereich 54, welcher sich in Summe aus einem ersten Teilwärmestrom in der ersten Wärmeübergangszone 94 und dem Teilwärmestrom in der Wärmeleitzone 96 und dem Teilwärme- ström in der zweiten Wärmeübergangszone 98 zusammensetzt, wie dies schematisch durch ein Pfeilsymbol dargestellt ist.
Erhöht man nun die Ist-Oberflächentemperatur 95, wie dies durch volle Linien gezeigt ist, wobei durch die Regeleinrichtung unterschiedliche Temperaturen vorwählbar sind, mittels der Stromleitschichte 7 und reduziert damit einen Ist-Differenzwert 100, der aus Ist-Raumtemperatur 93 abzüglich der Ist-Oberflächentemperatur 95 gebildet wird, so wird der erste Teilwärmestrom in der ersten Wärmeübergangszone 94 zum Teil durch einen Wärmestrom, der aus der Erhöhung der Oberflächentemperatur resultiert, ersetzt, wie dies ebenfalls schematisch durch einen diesen Wärmestrom darstellenden Pfeil zeigt. Dies bewirkt, daß im Innenraum 2 gespeicherte Wärmeenergie, welche üblicherweise durch konventionelle Heizung und damit Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird, nicht in dem Ausmaß durch Wärmeverlust verloren geht. Durch die Zufuhr des Solarstromes in die Stromleitschichte 7 läßt sich in Verbindung mit der Steuer- und Regeleinrichtung 69 wahlweise die Oberflächentemperatur im Bereich des Ist- Differenzwertes 100 regeln, wobei es sich herausgestellt hat, daß ein wirtschaftlicher Betrieb dann erreicht wird, wenn die Oberflächentemperatur etwas unterhalb der Ist-Raumtemperatur 93 liegt.
Zur Regelung dieses Systems wird nun eine Soll-Raumtemperatur, beispielsweise in der Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 oder in der als Rechner ausgebildeten Steuer- und Regeleinrichtung 69, beispielsweise in dem als Rechner ausgebildeten Energiebilanzregler 88, vorgegeben. Diese wird mit einer Ist-Raumtemperatur 93 verglichen, welche beispielsweise in der Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 gemessen wird. Ist nun die Ist- Raumtemperatur 93 größer als die Soll-Raumtemperatur, so erfolgt über den Energiebilanzregler 88 ein Einschaltsignal an einen beispielsweise als Klimagerät ausgebildeten Verbraucher 66 und ein Steuersignal an die Verzweigungsschalteinrichtung 90, in der der Solarstrom entweder direkt von den photovoltaischen Elementen 17 oder vom Energiespeicher 75 an die Klimageräte zu deren Stromversorgung weiter geleitet wird.
In der Steuer- und Regeleinrichtung 69 erfolgt weiters ein Vergleich der Ist-Raumtemperatur 93 mit der über den Oberflächen-Temperatursensor 80 gewonnene Ist-Oberflächentemperatur 95. Aus der Differenz dieser beiden Temperaturen wird der Ist- Differenzwert 100 gebildet und mit einem beispielsweise in der Steuer- und Regeleinrichtung 69 oder in der Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung 84 vorgegebenen Differenzwert verglichen. Überschreitet der Ist-Differenzwert 100 den Differenzwert, so wird der Energiebilanzregler 88 der Steuer- und Regeleinrichtung 69 aktiviert und eine Energiezufuhr in Form von elektrischer Energie in die Flächenheizeinrichtung 1 solange durchgeführt, bis der Ist-Differenzwert 100 den Differenzwert er- reicht. Bei erreichen des Differenzwertes wird der weiterhin produzierte Solarstrom durch die Steuer- und Regeleinrichtung 69, insbesondere durch den Energiebilanzregler 88 und/oder die Verzweigungsschalteinrichtung 90 zur Ergänzung der aus dem Energiespeicher 75 entnommenen Energie diesem bis zum Erreichen einer festgelegten Kapazitätsobergrenze und/oder einem Mehrwegwärmetauscher 77 eines Brauchwasserbereiters der Heizeinrichtung 79 zugeleitet oder Überschußenergie über Leitungen 72 und gegebenenfalls eine Energiemeßvorrichtung dem öffentlichen Energienetz 73 zugeführt. Eine Energiezufuhr von Überschußenergie von der Solarzellenanordnung 18 über den Energiebilanzregler 88 und/oder die Verzweigungsschalteinrich- tung 90 an den Energiespeicher 95 und/oder den Mehrwegwärmetauscher 77 und/oder dem Energienetz 73 erfolgt beispielsweise auch dann, wenn eine Ist-Oberflächentemperatur 95 der Flächenheizeinrichtung 1 größer ist als die Ist-Raumtemperatur 93 abzüglich des Differenzwertes.
Ist die Ist-Raumtemperatur 93 kleiner als die Soll-Raumtemperatur und/oder ist die Soll-Raumtemperatur kleiner als die Ist-Außentemperatur 99, welche beispielsweise über den Außentemperatursensor 82 ermittelt und in der Steuer- und Regeleinrichtung 69 verarbeitet wird, so erfolgt ein Einschaltsignal vom Energiebilanzregler 88 an die Heizeinrichtung 79, beispielsweise an den Mehrwegwärmetauscher 77 oder an einen Olbrenner oder an die Flächenheizeinrichtung 1. Gleichzeitig erfolgt ein Schaltsignal vom Energiebilanzregler 88 an die Verzweigungsschalteinrichtung 90, durch die die Stromverbindung von den photovoltaischen Elementen 17 zu der Heizeinrichtung 79 hergestellt wird.
In einem Zustand, in dem die Ist-Oberflächen temperatur 95 kleiner ist als die Ist-Raumtemperatur 93, abzüglich des Differenzwertes, d.h., wenn der Ist-Differenzwert 100 größer ist als der Differenzwert, so erfolgt ein Einschaltsignal vom Energiebilanzregler 88 an die Flächenheizeinrichtung 1. Weiters erfolgt ein Schaltsignal vom Energiebilanzregler 88 an die Verzweigungsschalteinrichtung 90, wodurch die Stromverbindung zwischen Flächenheizeinrichtung 1 und den photovoltaischen Elementen 17 und/oder dem Energiespeicher 75 hergestellt wird. In einem Zustand, in dem der Energiespeicher 75 nicht voll aufgeladen ist und der Ist-Differenzwert 100 größer ist als der Differenzwert, kann im Energiebilanzregler 88 eine Vorrangsschaltung vorgesehen sein, bei der die Verzweigungsschalteinrichtung 90 eine Stromleitung zwischen den photovoltaischen Elementen 17 und dem Energiespeicher 75 und/oder der Flächen- heizeinrichtung 1 herstellt. Diese kann z.B. so ausgebildet sein, daß, wenn eine Ist- Außentemperatur 99 größer ist als eine beispielsweise im Energiebilanzregler 88 vorgegebene Soll- Außentemperatur durch die Verzweigungsschalteinrichtung 90 eine Stromleitung zwischen den photovoltaischen Elementen 17 und dem Energiespeicher 75 hergestellt wird. Ist die Ist- Außentemperatur 99 jedoch kleiner als die Soll- Außentemperatur, so kann über die Verzweigungs- schalteinrichtung 90 eine Stromleitung zwischen den photovoltaischen Elementen 17 und der Flächenheizeinrichtung 1 hergestellt werden.
Insgesamt ist festzuhalten, daß die Anwendung einer derartigen Flächenheizeinrichtung 1 an Flächenelementen 4, die infolge eines hohen Wärmedurchganges Schwachstellen in einem Energiesystem bilden, die Möglichkeit geschaffen wird, den Energieverlust über umweltschonende Energieerzeugung, z.B. Solarstrom, auszugleichen. Dies ermöglicht den bedarfsweisen Einsatz großzügig ausgelegter Flächenelemente 4 bei baulichen Anlagen bei gleichzeitiger Reduzierung des Einsatzes konventioneller und bei der Verbrennung die Umwelt belastender Brennstoffe. Zusätzlich zu der Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades durch die Verwendung kostengünstiger Solarenergie lassen sich Einsparungen dadurch erzielen, daß bei Erhöhung von Oberflächentemperaturen die Behaglichkeit für den Benutzer in einem Innenraum insgesamt steigt und damit generell mit reduzierten Innenraumtemperaturen das Auslangen gefunden wird.
Das Basiselement 5 kann weiters mit einer Beschichtung 101 auf der Außenfläche 28, z.B. einer Isolier- und/oder einer photochromatischen Schichte, versehen sein und/oder aus Thermo- glas gebildet werden. Die Stromleitschichte 7 kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom beaufschlagt werden und weist einen spezifischen Widerstand auf, welcher in einem Temperaturbereich von 15° bis 30° konstant ist.
Wie nun zusätzlich noch in Fig. 6 gezeigt, ist es möglich einen durch den Abstand 48 zwischen zwei Basiselementen 5 gebildeten Zwischenraum 102 mit einem durch Striche kenntlichgemachten Medium 103, z.B. einem Gas bzw. Gasgemisch, zu befüllen. Im Gegensatz zu den bekannten Edelgasen, die aufgrund ihrer Gasdichte einem Wärmedurchgang einen erhöhten Widerstand entgegensetzen, wird für das erfindungsgemäße Medium 103 ein Gasgemisch eingesetzt, mit dem der Strahlungsdurchgang in Abhängigkeit des Frequenzbereiches unterschied- lieh ist. Mit einem derartigen Gasgemisch ist z.B. der Durchgang der einen Infrarotbereich aufweisenden Strahlungswärme, wie sie in einem Innenraum vorhanden ist, durch Absorption und Reflexion weitestgehend unterbunden, andererseits wird ein nahezu ungehinderter Durchgang der im Frequenzbereich des sichtbaren Lichtes von außen auftreffenden Lichtstrahlen ("Sonnenlicht") ermöglicht. Auch im Sommer ist die Infrarot-Reflexion der von unten auftreffenden Wärmestrahlung durch das Gasgemisch von Vorteil. Derartige Gase sind z.B. CO2, CH ., d sowie teilhalogenierte Wasserstoffe bzw. Gemische aus diesen. Diese können nun sowohl Kon- vektion als auch Strahlungseinflüsse minimieren.
Es wird noch darauf hingewiesen, daß es sich bei den in den verschiedenen Figuren der Ein- fachheit halber gezeichneten Trennlinien zwischen Basiselement 5 und Stromleitschichte 7, insbesondere bei deren Ausbildung als Silan-Metalloxid Verbindung, nur um eine hypothetische Trennlinie, da durch die sich ausbildende Molekularverbindung - wie dies auch bereits in den Fig. 1 und 2 beschrieben - die Übergangszone 9 entsteht.
Schließlich sei darauf hingewiesen, daß zur besseren Sichtbarkeit der Ausführungsdetails die Figuren in den Zeichnungen teilweise unmaßstäblich dargestellt wurden. Abschließend sei weiters festgehalten, daß einzelne Ausführungsdetails, insbesondere die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Merkmale, Gegenstände eigener Erfindungen darstellen können und weiters beliebig miteinander kombinierbar sind.
B e z u g s z e i c h e n a u f s t e l l u n g
1 Flächenheizeinrichtung 41 Längsstreifenbreite
2 Innenraum 42 Längsstreifenlänge
3 Wandteil 43 Zwischenraumbreite
4 Flächenelement 44 Querstreifenbreite
5 Basiselement 45 Kontaktierungselektrode
6 Schichte 46 Einformung
7 Stromleitschichte 47 Dichtungselement
8 Innenseite 48 Abstand
9 Übergangszone 49 Reflexionsschichte
10 Übergangsfläche 50 Pfeil
11 Rahmen 51 Reflexionsfläche
12 Fensterrahmen 52 Schichtstärke
13 Hohlprofil 53 Anlagefläche
14 Hohlraum 54 Außenbereich
15 Kern 55 Innenbereich
16 Seitenfläche 56 Dichtfläche
17 Element 57 Ausnehmung 18 Solarzellenanordnung 58 Oberflächen-Temperatursensor
19 Fenstersturz 59 Zwischensteg
20 Fensterverkleidung 60 Schutzschichte
21 Kernschichte 61 Schichtdicke 22 Randschichte 62 Innenschichtseite
23 Randschichtinnenfläche 63 Außenschichtseite
24 Randschichtdicke 64 Metallschichte
25 Kernschichtinnenfläche 65 Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung
26 Kernschichtdicke 66 Verbraucher
27 Glasscheibe 67 Außenfläche
28 Außenseite 68 Gebäude
29 Dicke 69 Steuer- und Regeleinrichtung 30 Stirnseitenfläche 70 Leitung
31 Breite 71 Leitung
32 Länge 72 Leitung
33 Schichtstreifen 73 Energienetz 34 Längsschichtstreifen 74 Leitung
35 Querschichtstreifen 75 Energiespeicher
36 Zwischenraum 76 Leitung
37 Oberseite 77 Mehrwegwärmetauscher 38 Unterseite 78 Hydroleitung
39 Sichtinnenfläche 79 Heizeinrichtung
40 Schichtdicke 80 Oberflächen-Temperatursensor 81 Leitung
82 Außentemperatursensor
83 Innenfläche
84 Wärmeerfassungs- und Kontrollein- richtung
85 Zeiterfassungs- und Kontrolleinrichtung
86 Leitung 87 Leitung
88 Energiebilanzregler
89 Leitung
90 Verzweigungsschalteinrichtung 91 Strahlungstemperatursensor
92 Temperaturverlauf
93 Ist-Raumtemperatur
94 Wärmeübergangszone
95 Ist-Oberflächentemperatur
96 Wärmeleitzone
97 Ist-Außenseitentemperatur
98 Wärmeübergangszone
99 Ist-Außentemperatur 100 Ist-Differenzwert
101 Beschichtung
102 Zwischenraum
103 Medium

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Flächenheizeinrichtung für bauliche Anlagen, insbesondere für Innenräume begrenzende Wandteile, mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten, Flächenelement, wel- ches aus einem oder mehreren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder anorganischen, nichtmetallischen Bau- und Werkstoffen gebildeten Basiselementen und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten besteht, wobei zumindest eine Schichte als Stromleitschichte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) eine Kernschichte (21) und eine diese zumindest bereichsweise umgrenzende Randschichte (22) aufweist, welche eine Randschichtdicke (24) besitzt, die größer ist als eine Kernschichtdicke (26).
2. Flächenheizeinrichtung für bauliche Anlagen, insbesondere für Innenräume begrenzende Wandteile, mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten, Flächenelement, welches aus einem oder mehreren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder anorganischen, nicht- metallischen Bau- und Werkstoffen gebildeten Basiselementen und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten besteht, wobei zumindest eine Schichte als Stromleitschichte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) aus mehreren durch Zwischenräume (36) getrennte Schichtstreifen (33) besteht und einen mäanderförmigen Verlauf aufweist.
3. Flächenheizeinrichtung für bauliche Anlagen, insbesondere für Innenräume begrenzende Wandteile, mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten, Flächenelement, welches aus einem oder mehreren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder anorganischen, nichtmetallischen Bau- und Werkstoffen gebildeten Basiselementen und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten besteht, wobei zumindest eine Schichte als Stromleitschichte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Innenraum (2) zugewandte Innenseite (8) des Basiselementes (5) die Stromleitschichte (7) aufweist, auf welcher in Richtung zum Innenraum (2) eine Reflexionsschichte (49) angeordnet ist, und/oder daß eine dem Innenraum (2) abgewandte Außenseite (28) des Basiselementes (5) und/oder Innenseiten (8) und/oder Außen- Seiten (28) weiterer in entgegengesetzter Richtung zum Innenraum (2) angeordneter Basiselemente (5) Reflexionsschichten (49) aufweisen.
4. Flächenheizeinrichtung für bauliche Anlagen, Fahrzeuge, insbesondere für Innenräume begrenzende Wandteile, mit einem mehrschichtigen, bevorzugt transparenten, Flächen- element, welches aus einem oder mehreren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder Beton gebildeten Basiselementen und einem oder mehreren auf diesen angeordneten Schichten besteht, wobei zumindest eine Schichte als Stromleitschichte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) auf einer dem Innenraum (2) zugewandten Innenseite (8) des Basiselementes (5) angeordnet ist und aus einer homogenen, leitfähigen und bevorzugt transparenten Silan-Metalloxid Verbindung besteht.
5. Flächenheizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstreifen (33) durch parallel zueinander verlaufende Längsschichtstreifen (34) und rechtwinkelig zu diesen, parallel zueinander verlaufenden Querschichtstreifen (35) gebildet sind.
6. Flächenheizeinrichtung nach Anspruch 2 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenraum (36) von einer Oberseite (37) des Flächenelementes (4) in Richtung einer durch eine Länge (32) oder eine Breite (31) des Flächenelementes (4) von der Oberseite (37) distanzierten Unterseite (38) verläuft und ein diesem Zwischenraum (36) benachbarter Zwischenraum (36) von der Unterseite (38) in Richtung zur Oberseite (37) verläuft.
7. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) aus einer homogenen, leitfähigen und bevorzugt transparenten Silan-Metalloxid Verbindung besteht.
8. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ggeekkeennnnzzeeiicchhnn<et, daß die Stromleitschichte (7) eine Schichtdicke (40) von 10 5 mm bis 10 -7 mm aufweist.
9. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) an einer dem Innenraum (2) zuge- wandten Innenseite (8) des Basiselementes (5) angeordnet ist.
10. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) auf dem Basiselement (5) unter Bildung einer Molekularverbindung in einer Übergangszone (9) festhaltend aufgebracht ist.
11. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte (7) in Form eines kratzfesten, organisch/ anorganischen Nanokomposits gebildet ist.
12. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenelement (4) von zumindest einem Rahmen (11) aus Holz, Metall, Kunststoff etc. umgrenzt wird.
13. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (11) als Fensterrahmen (12) ausgebildet ist, welcher Hohlprofile (13) aufweist und die Hohlräume (14) bevorzugt mit wärmedämmenden Isolierstoffen, insbesondere Fließschäumen aus Kunststoff, befüllt sind.
14. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an einer dem Innenraum (2) abgewandten Seitenfläche (16) des Rahmens (11), insbesondere des Fensterrahmens (12), und/oder einer dem Innenraum (2) abgewandten Seitenfläche (16) eines den Fensterrahmen (12) umgrenzenden Fenstersturzes (19) und/oder einer dem Innenraum (2) abgewandten Seitenfläche (16) einer den Fenstersturz (19) umgrenzenden Fensterverkleidung (20) photovoltaische Elemente (17) angeordnet sind.
15. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die photovoltaischen Elemente (17) aus polykristallin-amorphen Solarzellenanordnung (18) bestehen.
16. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schichte (6) als Reflexionsschichte (49) und/oder photochromatisch ausgebildet ist.
17. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer dem Innenraum (2) zugewandten Schichtinnenfläche (39) der Stromleitschichte (7) oder einer Innenseite (8) und/oder einer Außenseite (28) des Basiselementes (5) und/oder einer Anlagefläche (53) und/oder einer Reflexionsfläche (51) der Reflexionsschichte (49) eine Schutzschichte (60) angeordnet ist.
18. Flächenheizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenelement (4) zwei zueinander in einem geringen Abstand voneinander distanzierte, parallelverlaufende Basiselemente (5) aufweist, die an einem um- laufenden Randbereich gasdicht miteinander verbunden sind und ein zwischen diesen Basiselementen (5) gebildeter Zwischenraum mit einem eine Wärmedämmung und/oder Reflexion und Absorption bewirkenden Medium (103), z.B. Gasgemisch, befüllt ist.
19. Flächenheizeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Me- dium aus einem Gasgemisch besteht und bevorzugt ein Gasbestandteil, z.B. aus einem teilhalo- genisierten Gas, gebildet ist.
20. Flächenheizeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (5) aus einem sogenannten Schaumglas gebildet ist und in unterschiedlicher Form und Anordnung insich geschlossene Hohlräume aufweist, die mit dem Medium (103) befüllt sind.
21. Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung für eine Mehrzahl von Verbrauchern, mit einer bereichsweise an Außenflächen eines Gebäudes angeordneten Solarzellenanordnung und einer, mit einem öffentlichen Energienetz und/oder Solar Stromspeicher leitungs- verbundenen Steuer- und Regeleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verbraucher (66) als Flächenheizeinrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20 ausgebildet ist, der mit der Steuer- und Regeleinrichtung (69) leitungsverbunden ist, welche einen als Energiebilanzregler (88) ausgebildeten Rechner und/oder eine Verzweigungsschalteinrichtung (90) aufweist.
22. Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiebilanzregler (88) und/oder die Verzweigungsschalteinrichtung
(90) über Ausgänge mit zumindest einer Flächenheizeinrichtung (1) und/oder zumindest einem Energiespeicher (75) und/oder Mehrwegwärmetauscher (77) und/oder dem Energienetz und an zumindest einem Eingang mit der Solarzellenanordnung (18) leitungsverbunden ist.
23. Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Eingänge des Energiebilanzreglers (88) und/oder der Verzweigungsschalteinrichtung (90) mit zumindest einem Strahlungstemperatursensor (91) und/oder einer Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung (84) und/oder einer Zeiterfassungs- und Kontrolleinrichtung (85) und/oder einem Außentemperatursensor (82) und/oder einem Oberflächen-Temperatursensor (80) leitungsverbunden ist.
24. Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungstemperatursensor
(91) in der Solarzellenanordnung (18) integriert angeordnet ist.
25. Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungstemperatursensor (91) durch ein Bimetall-Piezoschaltelement gebildet ist.
26. Verfahren zum Betrieb zumindest einer Elektrizitätserzeugungs- und -Versorgungseinrichtung mit zumindest einer Heizeinrichtung, bei dem eine Soll-Raumtemperatur vorgegeben und eine Ist-Raumtemperatur ermittelt wird, welche in eine Steuer- und Regeleinrichtung geleitet wird, in der ein Vergleich der Ist-Raumtemperatur mit einer über einen Oberflächen- Temperatursensor ermittelten Ist-Oberflächentemperatur erfolgt, wo bei Überschreiten eines als maximal zulässig definierten Differenzwertes der Ist-Raumtemperatur und der Ist-Oberflächentemperatur ein Energiebilanzregler der Steuer- und Regeleinrichtung aktiviert wird und eine Energiezufuhr in Form von elektrischer Energie in die Flächenheizeinrichtung bis zum Erreichen des Differenzwertes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen-Temperatursensor eine Ist-Oberflächentemperatur und/oder eine Oberflächenstrahlungstemperatur der Flächenheizeinrichtung ermittelt und der bei Erreichen des Differenzwertes weiterhin produzierte Solarstrom durch den Energiebilanzregler und/oder die Verzweigungsschalteinrichtung der Steuer- und Regeleinrichtung zur Ergänzung der aus einem Energiespeicher entnommenen Energie diesem bis zum Erreichen einer festgelegten Kapazitätsobergrenze und/oder einem Mehrwegwärmetauscher eines Brauchwasserbereiters einer Heizeinrichtung zugeleitet wird oder Überschußenergie über Leitungen und gegebenenfalls eine Energiemeßvorrichtung einem öffentlichen Energienetz zugeführt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ist-Oberflächentemperatur der Flächenheizeinrichtung größer als die Ist-Raumtemperatur abzüglich des Differenzwertes Überschußenergie der Solarzellenanordnung über den Energiebilanzregler und/ oder der Verzweigungsschalteinrichtung dem Energiespeicher und/oder dem Mehrwegwärme- tauscher und/oder dem Energienetz zugeführt wird.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte der Flächenheizeinrichtung mit Gleichstrom beaufschlagt ist.
29. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitschichte durch einen Wechselstrom beaufschlagt ist.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß das Basiselement mit einer, insbesondere eine Außenfläche bildenden
Isolierschichte versehen ist.
31. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement aus Thermoglas gebildet ist.
32. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand der Stromleitschichte in einem Temperaturbe- reich von 15° C bis 30° C konstant ist.
33. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Ist-Raumtemperatur kleiner ist als die Soll-Raumtemperatur, wel- ehe in der Wärmeerfassungs- und Kontrolleinrichtung und/oder im Energiebilanzregler vorgegeben ist, und/oder wenn die Soll-Raumtemperatur kleiner als eine über den Außentemperatursensor ermittelte Ist- Außentemperatur ist, der Energiebilanzregler ein Einschaltsignal an die z.B. als Mehrwegwärmetauscher, als Olbrenner oder als Holzbrenner ausgebildete Heizeinrichtung und an die Verzweigungsschalteinrichtung ein Steuersignal leitet, durch welches der Energiespeicher und/oder die Solarzellenanordnung mit der Heizeinrichtung verbunden wird.
34. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenn die Ist-Raumtemperatur größer ist als die Soll-Raumtemperatur der Energiebilanzregler ein Einschaltsignal an zumindest ein Klimagerät und an die Verzweigungs- schalteinrichtung leitet, welche die Solarzellenanordnung und/oder den Energiespeicher mit dem Klimagerät stromleitend verbindet.
35. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Ist-Oberflächentemperatur kleiner ist als die Ist-Raumtemperatur abzüglich des Differenzwertes, d.h., wenn der Ist-Differenzwert größer ist als der Differenzwert, der Energiebilanzregler ein Einschaltsignal an die Flächenheizeinrichtung richtet und die Verzweigungsschalteinrichtung die Flächenheizeinrichtung mit der Solarzellenanordnung und/ oder dem Energiespeicher leitungsverbindet.
36. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der Energiespeicher voll aufgeladen ist und der Ist-Differenzwert größer ist als der Differenzwert, der Energiebilanzregler eine Vorrangschaltung aufweist, bei der der aus der Solarzellenanordnung gewonnene Strom in den Energiespeicher und/oder in die Flächenheizeinrichtung weitergeleitet wird.
37. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrang Schaltung so ausgelegt ist, daß, wenn die Ist-Außentemperatur größer ist als die Soll- Außentemperatur, der Energiebilanzregler über die Verzweigungsschalteinrichtung die Solarzellenanordnung mit dem Energiespeicher leitungsverbindet oder wenn die Ist- Außentemperatur kleiner ist als die Soll- Außentemperatur, der Energiebilanzregler über die Verzweigungsschalteinrichtung die Solarzellenanordnung mit der Flächenheizeinrichtung stromleitend verbindet.
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