DE20014518U1

DE20014518U1 - Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen und daraus aufgebautes Direkt-Heizungssystem

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Publication number: DE20014518U1
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Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2010-08-22

Description

Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen und daraus aufgebautes Direkt-Heizungssvstem

Die Erfindung betrifft ein Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen, wie z. B. in Form einer Stein- bzw. einer Marmorplatte, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Direkt-Heizungssystem, das vorteilhafterweise mit Heizelementen nach Anspruch 1 betrieben werden kann, gemäß Anspruch 14.

Heizelemente der eingangs beschriebenen Art sind bekannt und werden zunehmend dann eingesetzt, wenn es darum geht, Gebäude mit einem Höchstgrad an Flexibilität wirtschaftlich zu beheizen. Insbesondere dann, wenn als flächiger Radiator eine Marmorplatte verwendet wird, ergibt sich eine äußerst vorteilhafte Verknüpfung von Design und Funktion. Denn das Naturmaterial ist nicht nur in verschiedensten Farben und Strukturen erhältlich. Es zeichnet sich vielmehr dadurch aus, dass es eine der kompaktesten und stabilsten Steinsorten ist und dementsprechend ein hervorragendes Wärmespeicherpotential hat. Die Stein- bzw. Marmorplatte wird mittels elektrischer Energie erwärmt, speichert die Wärme und wandelt die Energie in Infrarotstrahlen um, mit der alle festen Gegenstände im Raum erwärmt werden. Das Ergebnis ist ein angenehmes und gesundes Wohnklima, das sich komfortabel über einen Raumtemperatur-Regler individuell abstimmen lässt. Dabei besteht ein weiterer Vorteil der Beheizung mit einem Heizelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 darin, dass nur geringe Investitions- und Betriebskosten anfallen, mit dem weiteren Vorteil besonders niedriger Installationskosten. Die Besonderheit der Heizelement sind in dem hohen Wirkungsgrad und in den sehr geringen Übertragungsverlusten zu sehen. Wärme wird dort erzeugt, wo sie benötigt wird. Die sogenannte "Marmor-Heiztechnik" ist damit nicht nur prädestiniert als vorteilhafte Lösung für eine Rundum-Wärmeversorgung, sondern sie stellt gleichermaßen die ideale Form einer punktuellen Heizung in ausgewählten Räumen dar. Deshalb eignet sich diese Art von Heizelement auch in besonderer Weise - beispielsweise im Frühjahr und im Herbst - als zusätzliche Heizquelle, wenn das zentrale Heizsystem eines Gebäudes noch nicht die gewünschte behagliche Wärme liefert. Schließlich ist ein Heizelement der eingangs beschriebenen Art besonders pflegeleicht und das Heizprinzip der Wärmestrahlung hat den

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Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen und daraus aufgebautes Direkt-Heizungssystem Schleicher Franz Dr.

weiteren, vorteilhaften Effekt, dass - anders als bei herkömmlichen Konvektionsheizungen - wenig Luftzirkulation entsteht, so dass dementsprechend auch wenig Feinststaub emporgetragen und dementsprechend die Atemluft nur in geringem Umfang mit Keimen bzw. Allergenen durchsetzt wird.

Bekannte Bauformen dieser Heizelemente sind so aufgebaut, dass auf der dem Raum abgewandten Rückseite der Stein- bzw. Marmorplatte an dieser ein Heizregister, d. h. eine Kunststoffplatte mit eingebetteten Heizleitern

&iacgr;&ogr; befestigt wird, wobei das Heizregister flächig von einer isolierenden Platte abgedeckt wird. Bei diesen bekannten Bauformen hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass - insbesondere bei längerem Betrieb im höheren Leistungsbereich - örtliche Überhitzungen des Heizregisters auftreten, die im schlimmsten Fall dazu führen, dass das komplette Heizelement ausgetauscht werden muss. Aus diesem Grunde ist bei herkömmlichen, gattungsbildenden Heizelementen dafür zu sorgen, dass ein Wärmestau auf der Strahlungsseite, beispielsweise durch über das Heizungselement gelegte Handtücher und dergleichen zuverlässig verhindert wird. Gleichzeitig muss bei Heizsystemen, die derartige, herkömmliche Heizelemente verwenden, dafür gesorgt werden, dass die Temperatur des Heizelements eine bestimmte Maximaltemperatur nicht überschreitet, wodurch letztlich der Wirkungsgrad des Heizungssystems beschränkt wurde.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, dass überhitzungsbedingte Schäden am Heizelement selbst dann nicht mehr auftreten, wenn die Maximaltemperatur des Heizelements wesentlich angehoben wird und das Heizelement diese Maximaltemperatur über eine lange Zeitspanne hält. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Direkt-Heizungssystem zu 0 schaffen, dass in vorteilhafter Weise mit erfindungsgemäßen Heizelementen betrieben werden kann und das sich durch ein Höchstmaß an Flexibilität im

Bereich der Steuerung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Heizelements durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Direkt-Heizungssystems durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.

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Erfindungsgemäß wird die Heizleiteranordnung von einem flachen Karbonfaser-Band gebildet, das sandwichartig zwischen dem flächigen Radiator, mit hohem Speichervermögen, wie z.B. einer Stein- bzw. einer Marmorplatte, und einer rückseitigen Wärmedämmplatte aufgenommen ist. Einer derartige Heizleiteranordnung ist nicht nur extrem hoch hitzebeständig. Sie zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass sie bei vorgegebener Heizleistung mit extrem geringer Stärke ausgebildet werden kann. Dadurch gelingt es, sowohl die Stein- bzw. Marmorplatte mit einer vollkommen ebenen Rückseite und auch die Wärmedämmplatte mit einer dazu plan-parallelen Oberfläche auszustatten, was sich positiv auf die Senkung der Fertigungskosten auswirkt. Darüberhinaus gelingt es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, den Wärmeübergang zwischen der Heizleiteranordnung und dem flächigen Radiator wesentlich zu verbessern, weil erfindungsgemäß zwischen Heizleiteranordnung und Radiator eine extrem dünne elektrisch isolierende Kunststoff-Folie geschaltet ist, deren Wärmedurchgangskoeffizient verhältnismäßig hoch gehalten werden kann. Dadurch, dass als Heizleiter ein flaches Band Verwendung findet, wird - bei vorgegebener Stromdichte - eine verhältnismäßig große Fläche des Radiators erfasst, wodurch die Erwärmung des Radiators gleichmäßiger als bislang erfolgt. Durch die Zwischenschaltung der elektrisch isolierenden Kunststoff-Folie ergibt sich eine zusätzliche Vergleichmäßigung der Erwärmung. Schließlich ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gestaltung des Heizelements darin zu sehen, dass das Verlegen der Heizleiteranordnung äußerst flexibel erfolgen kann, da das Karbonfaser-Band beliebig auf der Rückseite des Radiators und dementsprechend unter optimaler Anpassung an die Formgebung verlegt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

0 Grundsätzlich ist es möglich, die Heizleiteranordnung ebenso wie die

elektrisch isolierenden Kunststoff-Folien dadurch zu fixieren, dass die Wärmedämmplatte mit dem Radiator, d. h. mit der Stein- bzw. Marmorplatte zusammengespannt wird. Eine Vereinfachung der Montage ergibt sich durch die Weiterbildung des Anspruchs 2.

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In vorteilhafter Weise wird - gemäß Anspruch 3 - die zweite elektrisch isolierende Kunststoff-Folie dazu herangezogen, die Heizleiteranordnung zu fixieren.

Es hat sich herausgestellt, dass ein Karbonfaser-Band mit einer Dicke im Bereich zwischen 0.1 und 0.3 mm ohne weiteres genügt, um beispielsweise eine Steinplatte mit einer Breite von ca. 120 cm und einer Höhe von ca. 55 cm mit einer Heizleistung von etwa 1,5 kW so zu beheizen, dass eine Oberflächentemperatur von etwa 95⁰C regelbar ist. In diesem Fall hat das Karbonfaser-Band vorzugsweise eine Breite zwischen 20 und 30 mm.

Obwohl das Karbonfaser-Band vorzugsweise verhältnismäßig breit ausgeführt ist (vgl. Anspruch 7), ist der Gesamtquerschnitt des Bandes doch verhältnismäßig begrenzt, so dass die Stromversorgung ohne weiteres über einen herkömmlichen Quetschkabelschuh hergestellt werden kann, dessen Durchmesser zwischen etwa 1 und 2 mm liegt. Die in der Wärmedämmplatte benötigten Durchtrittsöffnungen für die Stromversorgung der Heizleiteranordnung können auf diese Weise verhältnismäßig kleinflächig ausgebildet werden.

Vorzugsweise trägt die Wärmedämmplatte auf der Rückseite eine Steuereinheit zur Einstellung der Heizleistung, wobei in diese Steuereinheit eine Steuerplatine integriert sein kann.

Das Direkt-Heizungssystem gemäß Anspruch 14, das in vorteilhafter Weise mit Heizelementen nach den Ansprüchen 1 bis 13 betrieben werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass seine Steuerung in besonders einfacher Weise "aufwärts" konfigurierbar ist. Da derartige Direkt-Heizungssystem dort heizen, wo die Heizleistung benötigt wird, wobei der Nebeneffekt zu 0 berücksichtigen ist, dass aufgrund des verhältnismäßig hohen Strahlungsanteils an der abgegebenen Heizungsleistung die Raumtemperatur niedriger bleibt als dies beispielsweise beim Einsatz von Konvektionsheizkörpern der Fall ist, besteht ein wesentliches Kriterium des Direkt-Heizungssystems darin, dass jedes Heizelement so aufgebaut ist, dass 5 es für sich alleine funktionsfähig ist. Erst wenn ein Heizelement mit einem Raumtemperaturfühler/Geber ausgestattet wird, wird es zu einem Raumtemperatur-Regler, über den dann weitere Heizelemente, d. h.

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sogenannte "Slaves" steuerbar sind. Am Geber wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt, wobei der Heizkörper auch diese Temperatur regelt. Es ist ohne weiteres möglich, dass der mit Raumtemperaturfühler/Geber ausgestattete Heizkörper noch bis zu zwanzig weitere Heizkörper (Slaves) steuern kann. Vorzugsweise werden diese "Slaves" durch logische Installation dem Heizkörper mit Raumtemperaturfühler/Geber, d. h. dem sogenannten "Master" zugeordnet, wobei man hier vorzugsweise auf die Technik des "Local Operating Network" LON zurückgreift. Die Systemarchitektur des Direkt-Heizungssystems wird vorzugsweise nach oben so weitergebildet, dass bis zu

&iacgr;&ogr; 100 Master-Heizkörper (mit oder ohne Slaves) nach ihrer logischen Installation von einer sogenannten "Unterzentrale" aus mit zeitabhängigen Sollwerten versorgt werden, so dass es auch gelingt, Zeitprogramme zu fahren. Die Unterzentralen können wiederum von einer vorzugsweise PC-gestützten Hauszentrale gesteuert werden, die als zentrale Bedien- und Beobachtungsstation fungiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere

Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Heizelements in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen, wie z. B. einer Stein- bzw. Marmorplatte, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

0 Fig. 1A in einer Ansicht ähnlich einer Explosionsdarstellung die Einzelheit

"IA" in Fig. 1;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung eine perspektivische Ansicht einer im Heizelement nach Fig. 1 verwendeten Heizleiteranordnung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Endabschnitts der Heizleiteranordnung;

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Fig. 4 eine perspektivische Teil-Ansicht zur Darstellung des Verlegemusters der Heizleiteranordnung auf der Rückseite der Stein- bzw. Marmorplatte;

Fig. 5 in einer der Fig. 4 ähnlichen Ansicht das Verlegemuster der Heizleiteranordnung an einer anderen Stelle des Heizelements;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs des Heizelements auf der Rückseite, auf dem ein Sockel zum Tragen eines Steuerteils angeordnet ist;

Fig. 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Steuerteils für das Heizelement gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 die Darstellung einer Systemarchitektur eines Direkt-Heizungssystems unter Verwendung von Heizelementen nach den Figuren 1 bis 7.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen, wie z. B. in Form einer Stein- bzw. Marmorplatte bezeichnet. In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Rückseite des Heizelements 10 sichtbar, die in montiertem Zustand der Wand eines Wohnraums zugewandt ist. Das Heizelement besteht aus folgenden Komponenten:

Der eigentliche flächige Radiator mit hohem Wärmespeicherverrnögen, der dem Wohnraum zugewandt ist, ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Gängige Abmessungen einer derartigen Stein- bzw. Marmorplatte betragen 0 zwischen 30 und 130 cm in der Breite und zwischen 50 und 125 cm in der Höhe. Die Stärke S12 liegt vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 35 und 40 mm.

Die dem Wohnraum abgewandte Rückseite der Marmorplatte trägt eine vorzugsweise aufgeklebte erste elektrisch isolierende Kunststoff-Folie 14, die vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigem Kunststoff, wie z. B. aus Teflon besteht und eine sehr geringe Dicke aufweist. Mit dem Bezugszeichen

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16 ist ein Heizleiter in Form eines flachen Karbonfaser-Bandes bezeichnet, das flächig auf die erste Kunststoff-Folie 14 meanderförmig aufgelegt ist. Die Verlegung des Karbonfaser-Bandes 16 erfolgt derart, dass eine möglichst große Fläche der Marmorplatte 12 erfasst wird, so dass letztere gleichmäßig und effektiv durch den durch die Heizleiteranordnung geführten Strom erwärmt wird.

Die Heizleiteranordnung 16 wird flächig durch eine Wärmedämmplatte 18 abgedeckt, die gleichzeitig die Funktion einer elektrischen Isolierung &iacgr;&ogr; übernehmen kann.

Um die elektrische Isolation zu verbessern, ist zwischen die

Heizleiteranordnung 16 und der Wärmedämmplatte 18 eine zweite elektrisch isolierende Kunststoff-Folie 20 geschaltet, die wiederum aus einem hitzebeständigem Kunststoff besteht und von der Konsistenz her identisch mit

der Kunststoff-Folie 14 sein kann.

Bevorzugterweise haben die erste und die zweite elektrisch isolierende Kunststoff-Folie 14 bzw. 20 auf der der Marmorplatte 12 zugewandten Seite 0 eine Klebeschicht. Die Klebeschicht der zweiten Kunststoff-Folie 20 kann dabei gleichzeitig die Aufgabe übernehmen, das Karbonfaser-Band 16 auf der Marmorplatte 12 bzw. auf der ersten Kunststoff-Folie 14 zu fixieren. Mit den Bezugszeichen 22 sind Spannbolzen bezeichnet, die in der Marmorplatte 12 verankert sind und sich durch entsprechende Ausnehmungen in der Wärmedämmplatte 18 erstrecken, so dass letztere beispielsweise unter Zuhilfenahme von nicht gezeigten Spannmuttern gegen die Marmorplatte 12 gespannt werden kann. Zusätzlich und/oder alternativ kann eine Verklebung der Wärmedämmplatte mit der zweiten elektrisch isolierenden Kunststoff-Folie 14 erfolgen.

Wie später noch im einzelnen beschrieben werden wird, sind die Enden

des Karbonfaser-Heizleiterbandes 16 durch geeignete Durchtrittsöffnungen in der Wärmedämmplatte zu deren Rückseite geführt, und zwar zu den entsprechenden Stromanschlüssen einer mit 24 bezeichneten Steuereinheit, zu

35 der ein Versorgungs-Stromkabel 26 führt.

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Die Wärmedämmplatte 18 ist beispielsweise von einer ebenen Faserzementtafel gebildet, die im Fachhandel unter der Bezeichnung "Glasal-NT" erhältlich ist. Die Faserzementtafeln werden aus einer Mischung von Zellstofffasern, Zusatzstoffen, Zement und Wasser hergestellt. Sie werden gepresst und dampfgehärtet und können auf der Tafelsichtseite mit einer silikatischen Beschichtung versehen werden, die vorzugsweise pigmentiert ist. Die Rohdichte der Faserzementtafeln liegt im Bereich von 1,55 g/cm³, und sie sind wasserundurchlässig. Die Wärmeleitfähigkeit &lgr; liegt bei 0,35 W/mK, und die Dauertemperaturbeständigkeit liegt bei etwa 12O⁰C. Es hat sich gezeigt, &iacgr;&ogr; dass die Stärke S18 der Wärmedämmplatte 18 für Heizleistungen zwischen 700 W und 1500 W zwischen 5 und 10 mm, vorzugsweise bei 7,5 mm liegen kann, um die Temperatur zur Rückseite des Heizelements weit genug abbauen zu können.

Mit dem Bezugszeichen 28 ist ein Stellelement bezeichnet, mit dem die

Heizleistung des Heizelements 10 einstellbar ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Heizleiteranordnung sandwichartig zwischen den elektrisch isolierenden Kunststoff-Folien 14, 20 einerseits und den Platten 12 bzw. 18 andererseits aufgenommen ist. Da das Karbonfaser-Band 16 extrem flach ausgebildet ist, trägt es beim Verlegen auf der Fläche 14 nicht auf, so dass die einander zugewandten Planflächen der Marmorplatte 12 und der Wärmedämmplatte 18 direkt aufeinander gepresst werden können, ohne Überbeanspruchungen der Wärmedämmplatte 18 befürchten zu müssen. Dieser Montagetechnik kommt zugute, dass der Elastizitätsmodul der Faserzementplatte bei ca. 15500 MN/mm² liegt, wobei die zulässige Biegespannung etwa 5,5 MN/m² beträgt. Die Temperaturdehnzahl des Werkstoffs der Faserzementtafel 18 liegt bei etwa 6 &khgr; 10-⁶ 1/K.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 der Aufbau des Karbonfaser-Bands 16 beschrieben:

In Fig. 2 sind mit den Bezugszeichen 16-1 die Kohlefasern bezeichnet, die sich in Kettrichtung erstrecken und durch ein weitmaschiges Kunststoffgewebe vorzugsweise aus einem Polyesther-Gam stabilisiert sind. Die Kett-Fäden des Polyesther-Gewebes sind mit 16-2 und die Schuss-Fäden mit 16-3 bezeichnet.

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Es hat sich herausgestellt, dass mit einer Fadenzahl von 4,5 &khgr; 4,5 eine ausreichend große Stabilisierung der Karbonfasern 16-1 erzielt wird, wobei der Polyesther-Faden in Schussrichtung vorzugsweise doppelt genommen ist. Die Garntype (nach DIN 60850) wurde beispielsweise bei einem konkreten Ausführungsbeispiel so gewählt, dass 200 tex Kohlefasern in Kettrichtung und 14 tex doppelt genommener Polyesther-Faden verwendet wurde. Die Bindung erfolgt vorzugsweise in Form einer kettverstärkten Leinwand und die Schlichte des Bandes als Epoxyd-Schlichte.

&iacgr;&ogr; Ein derartiges Karbonfaser-Band hat vorzugsweise eine Breite B16 von

etwa 25 mm. Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ergibt sich dann eine Dicke von etwa 0.2 mm.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Enden des Karbonfaser-Bands 16 mittels eines Quetschkabelschuhs 30 zusammengerafft, wodurch die Versorgung mit Strom möglich wird.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, erfolgt die Stromversorgung

dadurch, dass die betreffenden Quetschkabelschuhe 30-1 und 30-2 auf einer gestrichelt dargestellten Leiterplatte 32-1 bzw. 32-2 festgelegt werden. Die Leiterplatten 32-1 bzw. 32-2 sind dann vorzugsweise mit den Anschlusskabeln

34-1 bzw. 34-2 verlötet.

Man erkennt aus den Darstellungen nach den Figuren 4 und 5, dass die Verlegung des Karbonfaser-Bandes 16 meanderartig erfolgt, wobei die Richtungsänderungen - im gezeigten Ausführungsbeispiel um jeweils 90° durch Umschlagen des Bandes hervorgerufen werden. Dadurch, dass das Karbonfaser-Band 16 extrem dünn ist, trägt es auch im Überlappungsbereich 36 nur um maximal 0.4 mm auf, so dass die Wärmedämmplatte 18 immer noch

3 0 vollflächig an der Heizleiteranordnung anliegen kann.

Aus Fig. 5 ist entnehmbar, dass der erfindungsgemäße Aufbau des

Heizelements und insbesondere die Verwendung des erfindungsgemäßen Karbonfaser-Bandes 16 eine große Flexibilität bezüglich des Verlegungsmusters zulässt. So wird beispielsweise der Bereich der Marmorplatte 12 um den Befestigungsbolzen 22 herum dadurch in den

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Heizbereich einbezogen, dass mit dem Karbonfaser-Band 16 eine U-förmige Schleife 38 gelegt wird.

In Fig. 6 ist dargestellt, wie die Stromversorgungskabel von der Heizleiteranordnung 16 in den Bereich der Steuereinheit 24 geführt werden. Zu diesem Zweck ist in der Wärmedämmplatte 18 eine Durchtrittsöffnung 40 ausgebildet, durch die die Anschlusskabel 34 treten können. Die Durchtrittsöffnung 40 ist anschließend mit Isoliermaterial versiegelt. In diesem Bereich trägt die Wärmedämmplatte 18 einen Rahmensockel 42, auf den die

&iacgr;&ogr; Steuereinheit 24 (wie in Fig. 7 gezeigt) geschraubt werden kann. Mit den Bezugszeichen 44 ist eine Scheibe bezeichnet, die in Gewindeeingriff mit dem Spannbolzen 22 steht und für die die Wärmedämmplatte 18 gegen die

Marmorplatte 12 gespannt werden kann.

Wie in Fig. 7 gezeigt, hat die Steuereinheit 24 ein Gehäuse 46, in dem die erforderliche Steuerelektronik einschließlich einer Platine 48 aufgenommen ist. Die Bauteile der Steuerelektronik sind nur schematisiert und weitestgehend mit gestrichelten Linien angedeutet. Es soll an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass die für die Steuerung erforderlichen Bauelemente an sich

20 bekannt sind.

Im folgenden wird näher beschrieben, wie die Temperatursteuerung bzw. -regelung für ein vorstehend beschriebenes Heizelement erfolgt:

Nach einer ersten Variante wird die Plattentemperatur durch elektronische Temperaturfühler auf eine Maximaltemperatur begrenzt. Ein eingesetztes Bi-Metall kann zur zusätzlichen Absicherung dienen, also für den eher unwahrscheinlichen Fall, dass die elektronische Absicherung nicht funktionieren sollte. Ein Raumthermostat kann über eine Steuerspannung von beispielsweise 12 V angeschlossen werden, oder aber auch über das Netz betrieben werden. Bei Verwendung einer Steuerspannung ergibt sich aufgrund der geringeren Belastung eine längere Lebensdauer des Raumthermostaten.

Eine weitere Alternative der Temperaturregelung besteht darin, die Plattentemperatur über ein Potentiometer intern zu regeln. Auf diese Weise kann ein Raumthermostat entfallen.

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Andererseits benötigt man bei dieser Variante einen Temperaturfühler, der beispielsweise auf 84°C eingestellt wird. Auf der Platten-Rückseite können damit ca. 87⁰C und auf der Platten-Vorderseite ca. 82°C realisiert werden. Demgegenüber gelingt es, mit der Regelung nach der ersten beschriebenen Alternative Oberflächentemperaturen von ca. 95°C auf der Vorderseite und von ca. 85°C auf der Rückseite zu erreichen.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass das Heizelment für sich autark funktionsfähig ist. D. h. dass mit diesem Heizelement eine geregelte

&iacgr;&ogr; Oberflächentemperatur der Marmorplatte 12 realisiert werden kann. Im folgenden wird beschrieben, wie sich ein Direkt-Heizungssystem aufbauen lässt, dass flexibel verschiedensten Anwendungsfällen dadurch gerecht wird, dass es hierarchisch mehrstufig so aufgebaut wird, dass das Vorhandensein der nächsthöheren Stufe nicht zwingend notwendig ist. Ein derartiges Direkt-Heizungssystem ist in Fig. 8. Die Heizkörpersteuerung zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl sogenannter "Inselbetrieb", als auch vernetzer Betrieb möglich ist, wobei die Bedien- und Anzeigeelemente einerseits sparsam, jedoch gleichzeitig ausreichend ausgelegt sein sollen. In Fig. 8 ist mit SH die Ebene der sogenannten "Slave"-Heizkörper und mit MH die Ebene der sogenannten "Master"-Heizkörper bezeichnet. UZ bezeichnet die Ebene der Unterzentralen, während mit dem Bezugszeichen 50 eine Hauszentrale bezeichnet ist. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen Laststeuerbaustein, und das Bezugszeichen 54 ein Telefon-Fernschaltgerät.

Das System ist stufenweise von unten konfigurierbar. Dementsprechend ist die Kommunikation streng hierarchisch, da nicht davon ausgegangen werden kann, dass Geräte der höheren Hierarchiestufe vorhanden sind. Die Kommunikation zwischen den Hierarchiestufen wird nur dann aktiviert, wenn vorher dass stattgefunden hat, was in der LON (Local Operating Network)-Technologie gemeinhin als "Installation" bezeichnet wird, was bedeutet, dass die Geräte untereinander "bekannt" gemacht werden. Dabei soll diese Installation ohne besondere Kenntnisse und ohne jegliches Werkzeug erfolgen können.

Grundsätzlich gilt:

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Ein Heizkörper 10, der keinen eigenen Raumtemperaturfühler/Geber hat, ist für sich allein funktionsfähig. An einem Drehknopf 28 kann die Innentemperatur des Heizkörpers eingestellt werden.

Ein Heizkörper 10*, der mit einem Raumtemperaturfühler/Geber 56 ausgeestattet ist, realisiert einen Raumtemperatur-Regler. Am Geber wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt, und der Heizkörper 10* regelt diese Temperatur ein.

&iacgr;&ogr; Der Heizkörper 10* kann außerdem noch bis zu 20 weitere Heizkörper,

die sogenannten "Slaves" 10 steuern. Diese werden durch logische Installation dem Heizkörper 10* mit Raumtemperaturfühler/Geber zugeordnet, der damit als sogenannter "Master" fungiert. Mit dem Drehknopf 28 an der Heizkörperelektronik kann die Heizleistung eines Heizkörpers 10 individuell variiert werden.

Bis zu 100 "Master"-Heizkörper 10* - mit oder ohne Slaves - können, nach jeder logischen Installation, von einer Unterzentrale 58-1 bzw. 58-2 aus mit zeitabhängigen Sollwerten versorgt werden, so dass Zeitprogramme gefahren 0 werden können.

Bis zu 253 Unterzentralen können mit einer vorzugsweise PC-gestützten Hauszentrale 50 als zentrale Bedien- und Beobachtungsstation verbunden werden.

Die Heizkörpersteuerung ist so aufgebaut, dass sowohl Inselbetrieb als auch vernetzter Betrieb möglich ist und die Bedien- und Anzeigeelemente zwar sparsam aber ausreichend ausgelegt sein müssen. Als Bedienelemente sind ein Schalter mit Mittelstellung (Heizkörper Ein), Tastfunktion in der einen 0 (Installationstaste) und Raststellung (Heizkörper Aus) in der anderen Richtung gewählt und ein Drehpotentiometer zur Temperaturvorgabe der Heizkörper. Eine Dreifarben-LED zeigt die Betriebszustände an. Außer den Bedien- und Anzeigeelementen besteht jede Heizkörpersteuerung aus einem LON-Knoten mit 3150-Neuron und 32K OTP-ROM, FTT1 O-Transceiver, zwei Bussteckern, 5 A/D-Wandler, Stecker für Fensterkontakt, Anschlussstecker für den externen Raumtemperaturfühler/Geber, Triac mit Ansteuerung und Netzteil. Durch die

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Dreifarben-LED ist es möglich, eine Reihe von Fehlerzuständen anzuzeigen und damit den Servicetechniker zu unterstützen:

- A/D-Wandler defekt,

- Temperaturfühler defekt (intern und extern),

- externer Geber defekt,

&iacgr;&ogr; - Triac schaltet nicht mehr aus,

- Drahtbruch im Heizdraht und

- Kommunikationsfehler

Der Master-Heizkörper kann außerdem einen Brandalarm zur

Unterstützung einer Brand meldezentrale und einen Frostalarm auslösen. Die Alarme werden an die PC-Hauszentrale gesendet und dort ausgewertet. Die detektierten Fehlerzustände werden ebenfalls an die PC-Hauszentrale gemeldet.

Sind in einem Raum mehrere Heizkörper in Betrieb, so können diese vernetzt betrieben werden. Dabei übernimmt der Heizkörper 10* mit Raumtemperaturfühler/Geber 56 die Masterfunktion (Einzeiraumregelung), alle anderen Heizkörper 10 sind Slaves. Master-Heizkörper und Slave-Heizkörper erkennen sich automatisch. Die Installation erfolgt so, dass zunächst der Master in den "Installationszustand" versetzt wird. Dies geschieht durch Drücken des Schalters in die Taststellung für einige Sekunden, bis die Dreifarben-LED gelb-grün blinkt. Der Master erwartet jetzt Telegramme mit &ogr; Adressinformationen seiner Slaves. Diese werden durch kurze Betätigung des Schalters an den Slaves ausgelöst. Der korrekte Ablauf der Installation wird an jedem Slave 10 durch ein kurzes rotes Blinken der LED angezeigt. Nach der Installation aller Slaves 10 eines Raumes wird der Master 10* durch ein weiteres kurzes Betätigen des Schalters in die Taststellung aus dem 5 Installationszustand zurückgeholt, Nun können die Slaves 10 des nächsten Raumes installiert werden.

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Der Benutzer kann den Raumtemperaturfühler/Geber 56 von einem

Heizkörper 10* entfernen und an einen anderen Heizkörper des gleichen Raumes anschließen. Die für diesen Masterwechsel notwendigen kommunikationstechnischen Abläufe werden vorzugsweise automatisch ausgelöst, was für den Betrieb mit oder ohne Unterzentrale gleichermaßen gilt.

Das Verfahren, die Installation von den "Slaves" 10 zum jeweiligen Master 10* hin durchzuführen, wird auch bei der Installation der Räume zur Unterzentrale 58 hin angewandt. Der "Master", in diesem Falle die

&iacgr;&ogr; Unterzentrale 58-1 bzw. 58-2, wird durch Anwählen des entsprechenden Menüs in den Installationszustand versetzt. Danach wird der Raumbezeichner eingegeben. Hierzu kann ein sechs Tasten umfassendes Tastenfeld der Unterzentrale 58 oder eine PC-Tastatur benutzt werden. Nach Betätigen der Enter-Taste erwartet die Unterzentrale ein Telegramm mit Adressinformation.

Dieses wird durch Betätigen der Installationstaste am zu installierenden Master-Heizkörper ausgelöst. Den erfolgreichen Abschluss des gesamten Vorgangs erkennt man an der Unterzentrale, die aus dem Installationsmenü zurückspringt.

Im Heizungsbetrieb regeln die im Inselbetrieb arbeitenden "Slaves" 10 ihre Innentemperatur nach der Stellung des Drehknopfes 28 zwischen 20 und 99°C. Ein installierter Slave dagegen erhält seine Solltemperatur vom "Master" 10*, kann diese aber durch den Drehknopf 28 um ±20% variieren, so dass eine individuelle Heizleistungsverteilung erreicht wird. Der Master 10* erhält, sofern er nicht zu einer Unterzentrale 58-1 bzw. 58-2 hin installiert ist, seinen Sollwert vom Geber, mit der die Default-Temperatur von 21⁰C um ±5°C variiert werden kann. Ist der Master installiert, dann bestimmt die Unterzentrale den Sollwert der Raumtemperatur. Durch den Drehknopf am Raum-Sollwertgeber ist dann noch eine Variation von ±30°C möglich.

Zur Verringerung von Lüftungsverlusten kann an jeden Heizkörper,

gleichgültig ob Master oder Slave, ein Fensterkontakt angeschlossen werden.

Beim Öffnen eines oder mehrerer Fenster wird der Sollwert der Raumtemperatur auf 8°C (Frostschutz) eingestellt bis alle Fenster wieder

35 geschlossen sind.

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Die Unterzentrale 58-1 bzw. 58-2 ist vorzugsweise ein Neuron-basierter LON-Knoten und mit dem 3150-Chip, 644 Flash Speicher, 8K RAM, PC-Tastatur-Controller, Echtzeituhr und Netzteil ausgerüstet und in einem Handgehäuse (Bild 3) untergebracht, damit der Installateur bei der Installation in größeren Gebäuden die Unterzentrale von Raum zu Raum mitnehmen und damit vor Ort den Raumbezeichner eingeben kann. Im eigentlichen Betrieb wird die Unterzentrale an der Wand befestigt. Als Anzeige dient ein 420 Zeichen alphanumerisches LCD-Display mit Hintergrundbeleuchtung, die bei Tastenbetätigung automatisch einschaltet. Mit sechs Tasten ("Escape" zum &iacgr;&ogr; scrollen durch das Hauptmenü, "Enter" für Eingabe, "aufwärts", "abwärts" zum scrollen durch die Untermenüs der Betriebsarten bzw. zum auswählen alphanumerischer Zeichen für die Eingabe von Raumname, Datum und Uhrzeit sowie "rechts", "links" zum Positionieren des Cursors) werden die Eingaben getätigt. Zusätzlich ist eine Standard-PC-Tastatur anschließbar.

Die Unterzentrale 58-1 bzw. 58-2 bestimmt die momentane Solltemperatur aller ihr zugeordneten Räume. Jeder Raum hat drei nur für ihn gültige, vom Benutzer einstellbare ^ Solltemperaturen, nämlich: Komforttemperatur, Nachtabsenkungstemperatur, Tagabsenkungstemperatur, 0 deren Zeitraum ebenfalls individuell für jeden Raum festgelegt wird sowie die fest eingestellte Temperatur von KC für Frostschutz. Die Gültigkeit dieser Temperaturen werden durch Betriebsart und Datums/Zeitangaben festgelegt und über die Menüs der Unterzentrale eingegeben. Einige Menüpunkte, die im normalen Betrieb nicht benutzt werden (sollen) sind nur mit einer angeschlossenen PC-Tastatur ansprechbar. Es sind dies:

a) Sprachwahl; diese wird normalerweise ab Fabrik eingestellt, gewählt werden kann Deutsch, Englisch, Französisch, Italienisch, Spanisch.

0 b) Zugriffsart; ist nur bei Verwendung der PC-Hauszentrale wichtig;

es wird zwischen "privat" und "öffentlich" unterschieden. Bei der Einstellung "privat" kann die PC-Hauszentrale nur die Existenz dieser Unterzentrale erkennen (und einen Bezeichner zuordnen), Alarme und Fehlermeldungen empfangen, nicht jedoch Istwerte lesen, Sollwerte ausgeben oder Zeiten und Betriebsarten setzen.

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C)

werden.

Namensvergabe; der Unterzentrale kann ein Name zugeordnet

Das Marmorheizungssystem bietet zwei Möglichkeiten zur externen Beeinflussung der Raumtemperaturen. Mit einem Telefonfernschaltgerät 54 kann zwischen der momentan gültigen Betriebsart und Frostschutz hin- und hergeschaltet werden. Das eröffnet die Möglichkeit, die Heizung z. B. nach längerer Abwesenheit hochzufahren, bevor man nach Hause kommt oder die Heizung der Ferienwohnung auszuschalten, wenn man das vergessen haben sollte.

Als weitere Besonderheit ist die Möglichkeit des erzeugerseitigen Lastmanagements zu erwähnen, das nach der Liberalisierung des Strommarktes zunehmend interessant wird und im Ausland, wie z. B. in Frankreich ansatzweise bei der Electricite de France (EdF) in Form der Tariftage bereits realisiert ist. Neben den Tagen mit normalem Stromtarif (blauer Tariftag) gibt es noch weiße und rote Tariftage, die einen höheren Stromtarif vorsehen. Der Benutzer kann für die verschiedenen Tariftage eine Reaktion für jeden Raum vorsehen, die von der Temperaturabsenkung bis zum

20 Frostschutzbetrieb reichen

In großen Gebäuden mit gemischter Nutzung wie Büros, Wohnungen, Geschäften kann es sinnvoll sein, eine einzige zentrale Bedien- und Beobachtungsstation 50 zu haben, von der aus die Zeitprogramme in die Unterstationen 58-1 bzw. 58-2 geladen werden, die Fehler- und Alarmmeldungen entgegennimmt und den Benutzer alarmiert, die ein bequemes Editieren der Raumbezeichner, der Sollwerte und der Zeitprogramme erlaubt und Auswertungen vornimmt, welche die Unterzentrale nicht leisten kann, wie z. B. die Darstellung des Temperaturverlaufes in einem 0 Raum, oder des Minimal- und Maximalwertes der Raumtemperatur. Die PC-Hauszentrale läuft unter MS-Windows-NT 4.0 und ist hardwaremäßig mit einer PCLTA-10 FTI OKarte zum Anschluß an das LON-.Netz ausgerüstet.

Die Bedienoberfläche kann entsprechend der Windows-Philosophie 5 ausgelegt sein, wobei die Darstellung der Unterzentralen und Räume in Baumstruktur entsprechend dem Explorer stattfinden kann.

Zur weiteren Beobachtung des Marmorheizungssystems dienen drei Protokolle.

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Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen und daraus aufgebautes Direkt-Heizungssystem Schleicher Franz Or.

- Protokoll Raum:

In diesem Protokoll werden unter Angabe von Unterzentrale und Raum alle Veränderungen der Temperatur gleichzeitig mit allen anderen Parameter protokolliert.

- Protokoll Unterzentrale:

&iacgr;&ogr; Es wird jede Veränderung von Zugriffsart, Sprache oder Betriebsart mit

dem Zeitpunkt protokolliert.

- Ereignis-Protokoll:

Ereignisse sind Fehler oder Alarme. Diese werden beim Auftreten mit Zeitpunkt, Unterzentrale, Raum, Typ (Fehler oder Alarm) und Benennung des Ereignisses (z. B, Drahtbruch, Brandalarm) protokolliert. Empfangene Alarme lösen zusätzlich ein akustisches Signal aus. Durch Quittieren am Bildschirm wird der Signalton abgeschaltet; er ertönt erneut nach 30 Sekunden, wenn die

20 Alarmursache nicht beseitigt ist.

Mit dem beschriebenen System liegt somit ein optisch attraktives, extrem flexibles und von Laien installierbares Direktheizungssystem vor. Die Einzelraumregelung mit Zeitprogramm für jeden Raum, die Anschlussmöglichkeit für Fensterkontakte, die Fernsteuerung und das erzeugerseitige Lastmanagement nutzen alle Energiesparpotentiale, wobei der Einsatz der LON-Technologie eine wesentliche Voraussetzung für die Realisierung all dieser Funktionen darstellt.

0 Selbstverständlich sind Abweichungen von den zuvor beschriebenen

Ausführungsbeispielen möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die zweite elektrisch isolierende Kunststoff-Folie 20 entfällt, wenn das Wärmedämmelement 18 ein ausreichend großes elektrisches Isolationsvermögen hat.

Es ist ferner möglich, die erste elektrisch isolierende Kunststoff-Folie 14 doppelseitig klebend auszugestalten, so dass über diese Kunststoff-Folie gleichzeitig eine Fixierung der Heizleiteranordnung durchgeführt werden kann.

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Claims

1. Heizelement in Form eines flächigen Radiators mit hohem Wärmespeichervermögen, wie z. B. in Form einer Stein- bzw. einer Marmorplatte (12), die mittels einer Heizleiteranordnung vorzugsweise geregelt erwärmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiteranordnung von einem flachen Karbonfaser-Band (16) gebildet ist, das unter Zwischenschaltung einer ersten elektrisch isolierenden Kunststoff-Folie (14) in flächigem Kontakt mit dem Radiator (12) an diesem festgelegt und mittels einer Wärmedämmplatte (18) ebenfalls flächig abgedeckt ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch isolierende Kunststoff-Folie (14) mit der Radiator (12) verklebt ist.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrisch isolierende Kunststoff-Folie (20) mit der ersten elektrisch isolierenden Kunststoff-Folie (14) verklebt ist und dadurch die Heizleiteranordnung (16) fixiert.

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmplatte (18) von einer elektrisch isolierenden Faserzementtafel gebildet ist.

5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbonfasern (16-1) mittels eines Gewebes (16-2, 16-3) stabilisiert sind, das aus temperaturbeständigen Fasern, vorzugsweise Kunststoff-Fasern besteht.

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfaser-Band (16) eine Dicke im Bereich zwischen 0.1 und 0.3 mm hat.

7. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfaser-Band (16) eine Breite (B16) im Bereich zwischen 10 und 40 mm, vorzugsweise zwischen 20 und 30 mm hat.

8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung des Karbonfaser-Bands (16) über einen Quetschkabelschuh (30) erfolgt, mit der das jeweilige Ende des Karbonfaser-Bands (16) zu einem im wesentlichen zylindrischen Anschlussteil zusammengequetscht ist.

9. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbonfaser-Band (16) mäanderartig auf dem Radiator (12) verlegt ist, wobei die Richtungsänderungen durch Umfalten des Karbonfaser-Bands (16) erfolgen.

10. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmplatte (18) eine Steuereinheit (24) zur Einstellung der Heizleistung trägt.

11. Heizelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Steuerplatine (48) aufweist.

12. Heizelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung und/oder die Innentemperatur des Heizelements mittels einer Stelleinrichtung (28) einstellbar ist.

13. Heizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung mittels eines Raumthermostats geregelt wird.

14. Direkt-Heizungssystem insbesondere unter Verwendung von Heizelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizelement (10) so aufgebaut ist, dass es für sich alleine funktionsfähig ist, wobei über eine Stelleinrichtung (28) die Temperatur einstellbar ist, und dass zumindest ein Heizelement (master 10*) mit einem Raumtemperaturfühler/Geber (56) zur Bildung eines Raumtemperaturreglers zusammenwirkt, über den weitere Heizelemente (sog. Slaves 10) steuerbar sind.

15. Direkt-Heizungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit einem Raumtemperaturfühler/Geber (56) ausgestattetes Heizelement (10*) von einer Unterzentrale (58-1, 58-2) angesteuert ist, mit der der Sollwert der Raumtemperatur vorgegeben wird.

16. Direkt-Heizungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mit einem Raumtemperaturfühler/Geber (56) ausgestattete Heizelemente (10*) von einer Unterzentrale (58-1, 58-2) gesteuert sind.

17. Direkt-Heizungssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente Bestandteil eines LON (local operating network) sind, wobei die Unterzentrale (58-1, 58-2) als Neuron-basierter LON- Knoten ausgebildet ist.