DE20303673U1 - Heizelement in Sandwichbauweise - Google Patents

Description

Gebrauchsmuster: Heizelement in Sandwichbauweise Seite 3 von

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Heizelement in Sandwichbauweise für Warmwasserheizungen mit vorrangig niedrigen Vorlauftemperaturen.

Vor dem Hintergrund weiter steigender Energiekosten und gestiegener Komfort- sowie ästhetischer Ansprüche ist in den letzten Jahren das Interesse an großflächigen, leichten, montagefreundlichen Niedertemperaturheizflächen und Heizstrahlern für zunehmend gut isolierte Wohn-, Gesellschafts- und Industriebauten aber auch für Großraumfahrzeuge gestiegen.

Marktübliche Heizkörperangebote kranken wegen ihrer Stahl- oder Gusseisenausführung am hohen Gewicht pro Flächeneinheit, unverrückbarer Installation, hohem Schweißaufwand in der Fertigung sowie Montageaufwand vor Ort und damit hohen Herstellungs- und Montagekosten. Heizwände und Heizpaneele in Sandwichbauweise weisen außerdem noch den Mangel schlechter Wärmeübergänge zwischen den Schichten sowie schlechter Wärmeleitfähigkeit der Platten (oft Gipskarton) selbst auf.

Leichte und technologisch einfach zu fertigende Sandwichlösungen bieten dazu eine Alternative.

Für die bekannten Sandwichlösungen ist ein auf- bzw. aneinandergefügter Schichtaufbau typisch, bestehend aus zwei Platten mit umlaufendem Abstandhalter, wo im entstehenden Zwischenraum ein Rohrsystem eingepaßt ist, das in der Regel nur einen geringen direkten Wärmeflusskontakt zu angrenzenden Schichten besitzt. Kennzeichnend ist eine ineffiziente Wärmeübertragung zwischen den gefügten Einzelelementen des Verbundsysteme.

Diesen Stand der Technik charakterisierde Lösungen sind in folgenden Schriften beschrieben: DE 41 32 870 C2 Wandheizung aus zwei Gipskartonplatten mit umlaufenden Distanzhaltern. Im entstehenden Zwischenraum ist ein Heizleiter (Kupferrohrmäander) eingelegt, der nur einen geringen direkten Kontakt zu den angrenzenden Platten besitzt. DE 197 09 739 A1 Heizbarer Plattenkörper mit der Schichtfolge: frontseitige Glasplatte, Heizleitungen eingeschlossen in Distanzrahmen. Die gleichmäßige Wärmeverteilung erfolgt über Luft, Wärmestrahlung und geringen direkten Wärmekontakt der Heizleitungen zu angrenzenden Schichten/Platten.

Gegenstand der DE 198 10 710 C2 ist ein plattenartiges Verbundmaterial zur Wärmespeicherung mit einem arbeitsintensiven Wandaufbau: Fasergrundstoff mit eingebettetem Latentwärmespeichermaterial mit senkrecht zur Oberfläche gerichtete Metallstreifenfasern :AI, Cu, Stahl.

In DE 196 01 590 A1 wird ein vielschichtiges Heizkörperelement beschrieben, in dem eine aufwendig angepaßte Basisplatte mit Aufnehmungen für das Rohrsystem und ein zusätzliches Wärmeübertragungselement für den Wärmekontakt der Rohrelemente zur Deckplatte sorgt.

Gebrauchsmuster: Heizelement in Sandwichbauweise Seite 4 von

DE 42 07 330 A1 Flächenheizung für Wand und Boden ausgebildet als Sandwichwärmetauscher für niedrige Vorlauftemperatur. Der Heizkörper wird aufwendig vor Ort aus mehreren Bahnen zusammen gesetzt: Eine tragende Vorderwand (Blech) als Wärmeübertrager und eine Rückwand aus Folie mit isolierender Schicht, die mit dem Vorderblech Längs- und Querkanäle bildet.

EP 96 108 128 Heizplatte mit Deckplatte aus lichttransparentem Material und einer Unterplatte. Dazwischen ein anliegender Heizleiter mit Wärmegefälle zwischen den beabstandeten Heizleiterbahnen.

DE 31 14 306 A1 Niedertemperatur-Warmwasser- Flächenstrahlheizung mit spiraligem Rohrregister aus mit Rohrkupplungen aufwendig vor Ort zusammengeschlossenen Einzellängen in ein auftragendes Wandpaneel untergebracht.

Aus DE 35 00 880 A1 ist ein teilweise vorgefertigtes Flächenheizelement als Verbundplatte aus Gipskartonplatten bekannt mit problematischer Wärmeübertragung und Finishmontage vor Ort.

Die Schichtaufbauten oder Verbundlösungen mit Gipskartonplatten werden in DE 196 36 944 beschrieben. Eine typische Lösung mit hohem Einzelteilaufwand in der Vorfertigung und die Nutzung von Schwermaterialien wie Gips oder Betonmischungen als Wärmeüberträger wird auch in DE 44 42 786 dargestellt.

In DE 42 41 169 A1 wird eine aufwendige beheizte Verkleidung für Betonwände beschrieben, bestehend aus in tafelförmige Baugruppen unterteilte Felder aus Profilholzbrettern, in die Heizleiter eingebaut sind.

Die EP 0 785 403 A1 geht zwar weiter und beschreibt eine Verbundlösung von Wärme speichernden Materialien (Kalziumkarbonat, Quarz), Bariumsulfat und Recyclegranulat mit Polyester- oder Epoxidharz oder Polyurethan. Aber auch bei dieser Lösung gelingt kein intensiver Wärmeflußkontakt des Heizleiters mit dem Frontelement, insbesondere sind die Kunststoffbinder nicht auf Wärmeleitung optimiert.

Für den Bau von Heizwänden bisher ungenutzt sind auf optimale Wärmleitung und -speicherung optimierte Kunststoffkomposite.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein Heizelement bereit zu stellen, das

• einen effektiven Wärmefluß vom wärmeführenden Medium auf die wärmespeichernden und wärmestrahlenden Elemente des Heizelementes bietet,

• im Betrieb einen hohen Wirkungsgrad aufweist

• für den Anwender eine leichte, transportoptimale und montagefreundlich Vor- Ort- Lösung darstellt,

• hohen Designansprüchen genügt und große formgestalterische Möglichkeiten besitzt und

• Mobilität im Hinblick auf die Raumgestaltung ermöglicht.

Gebrauchsmuster: Heizelement in Sandwichbauweise Seite 5 von

Ihr Einsatz im Wohnbereich soll neben der konventionelle Nutzungen als Heizstrahler auch das raumangepassten Aufstellen von großflächigen sphärisch ausgeformten Heizwänden in Wandnähe, als Trennwand oder Raumteiler, mobile Stellwand oder Wandheizung auf der Rohbauwand ermöglichen.

Dabei soll die Umsetzung der Ziele kostengünstig, d. h. möglichst in nur einem durchgängigen technologischen Ablauf erfolgen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein dicht vergossenes, integriertes Sandwichpaneel gemäß den in den Schutzansprüchen angeführten Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Heizelement besteht aus einem leicht handhabbaren Sandwichmodul, aus mehreren funktionalen Schichten, wovon mindestens eine Schicht als eine mit verschiedenen Komponenten gefüllte Kunststoffkompositschicht ausgeführt ist, in die ein das Wärmemedium führende Rohrsystem eingegossen ist.

Dabei wurde gefunden, dass mit wärmeleitenden Materialien gefüllter klein- bis mikrozellige Polyurethanhartschaum eine optimale Lösung für die Wärmeleitschicht in einem spezieilen Materialverbund und Schichtaufbau darstellt. Die Wärmeleitung in dem porigen/ zelligen Kunststoff-Komosit erfolgt über die in den Zellwänden eingelagerten bzw. eingebundenen wärmeleitenen Partikel.

Hierzu wurden mit einem Verfahren und angepasster Misch- und Dosiertechnik Materialien, vorzugsweise Ruße, Graphite, Aluminiumpulver, Aluminiumoxide, Eisen, siiicatische Partikel u.a. sowie bekannte Flammen-hemmende Mittel wie Natriumcarbonat, Aluminium-, Magnesiumhydroxid u.a. in Pulverform einzeln und in Gemischen in einem Volumenanteil von 10 bis 80 % in die organischen Polyurethankomponenten (Polyole uns Isocyanate) eingemischt und verschäumt. Es wurden erfindungsgemäß Matrialgemische mit einem Korngrößenspektrum von 10 bis 200 &mgr;&eegr;\ verwandt.

Die Heizeiementfertigung führt zu montagefertigen Modulen und erfolgt durch einen technologisch durchgehenden Gieß- und Aufschäumvorgang.

Je nach Temperaturführung des Wärmeträgers kann das erfindungsgemäße Modul als Heiz- oder Kühlelement eingesetzt werden.

Die Zeichnung zeigt den prinzipiellen Schichtaubau des Heizelementes als Sandwichmodul. Spezielle Ausführungsformen für das erfindungsgemäße Heizelement sind:

• Flach-Heizkörper und Heizwände

• Decken-Heizstrahier

• mobile Heiz-Stellwände

• Heizmöbel

• Fußleistenheizungen.

Gebrauchsmuster: Heizelement in Sandwichbauweise Seite 6 von

Der Schichtaufbau des erfindungsgemäßen Heizelementes gemäß Zeichnung 1 besteht aus folgen Einzelschichten :

1. Finishoberflächen (1 und 1a)

2. die Wärmeverteilung unterstützende Metallfolienschicht (2 und 2a optional)

3. gefüllte Kunststoffschicht ( 3; wärmeleitende Kompositschicht - raumzugewandt -

mit eingebettetem bzw. eingegossenem Rohr- oder Schlauchsystem ( 3a ) ( Kupfer- oder Kunststoffrohrschlange; bevorzugt Kapillarrohrmatten aus Polypropylen)

4. Armierung mit Befestigungsstellen (Gewindemuffen, Gewindebolzen u.a. oder Einhängelaschen)

5. gefüllte Kunststoffschicht aus wärmeleitender Kompositschicht (5), die im Fall der Wandheizung auf die isolierte Außenwand oder Zwischenwand gesetzt werden kann

6. optional anstatt (5) und (1a) eine Wärmedämmschicht (6) als Kontaktschicht kalte / unisolierte Außenwände und der Ausführungsform der Decken- Heizstrahler.

Der integrierte Sandwichverbundaufbau für einen Flachheizkörper beginnt z. B. mit einer Polyurethan- Farbdeckschicht als Finishoberfläche (1, 1a), den angrenzenden raumzugewandten Wärmeleitschichten (3, 5) aus einem mit Wärmeleitmaterialien gefüllten, feinzelligen Kunststoffkomposit, an die sich mindestens eine den schnellen Wärmereausgleich realisierenderende Metallfolienschicht (2 und 2a) anschließt. In die Kompositschicht ist ein Rohrsystem (3a) (vorzugsweise Kunststoff-Kapiilarrohrmatte) und eine Armierung (4) mit Befestigungselemenen eingegossen.

Die Armierung (4) ist vorzugsweise als Gitter aus Stahldraht, Kunststoff und / oder Profilmaterial aus Metall oder Kunststoff mit Befestigungsstelien ausgebildet. An den Befestigungsstellen sind ggf.

Aufhängungs- oder Gewindeelemente angeschweißt.

Für den konstruktiven Aufbau der Paneele ist erfindungsgemäß eine Sandwichkonstruktion gewählt worden. Sie erlaubt die Fertigung von leicht zu transportierenden, montagefertigen Modulen, die zusammensetzbar bzw. zu Großflächen über einfache Schlauchverbindungen koppelbar sind.

Der stabile Sandwichaufbau und das relativ geringe Gewicht erlaubt, vorzugsweise Heizwände mit einer Baulänge von 500 bis 2200 mm, einer Baubreite von 900 mm bis 1500 mm bei einer Bautiefe von 10 mm bis 30 mm zu fertigen und zwar als Einflächen- oder als Mehrfächenmodul.

Die Kunststoffschaumeinbettung (3) der Kapillarrohrmatte ( 3a ) stellt gleichzeitig eine Schalldämmung nach allen Seiten gegen Strömungsgeräusche dar.

Der eingesetzte Polyurethanhartschaum ist recyclingfähig und erzeugt beim Erhitzen keine giftigen Dämpfe. Er besteht bis zu 98% aus geschlossenen Mikro-Zellen/Poren, die mit nichtbrennbarem Gas gefüllt sind.

Die Zellwände wurden mit Flammhemmern (vorzugsweise Natriumcarbonat, Bariumsulfat und/oder Aluminiumhydroxid) gefüllt.

Die erfindungsgemäßen Heizelemente können als Heiz-Strahler- Paneele in Form von

Gebrauchsmuster: Heizelement in Sandwichbauweise Seite 7 von 8

• Heizkörpern bzw. Heizwänden von beliebiger Größe neben der Heizfunktion auch die Funktion als Trennwand bzw. Raumteiler oder Heizmöbel (beheiztes Sitzmöbel, Badewanne, Badewannenverkieidung u.a.) in Wohn- und Gesellschaftsräumen übernehmen,

• Wand- oder Deckenheizungen, die direkt an der Rohbau- oder vorhandenen Decke oder auf die Innenraumwand /Trockenbauwand angebracht werden,

• abgehängten Decken, die mittels Tragkonstruktion von der Rohbau- oder vorhandenen Decke angebracht werden.

In der Ausführung als Decken- oder Wandheizstrahler werden flexible Kunststoffkapillarrohrmatten bevorzugt. Ihre Flexibilität erlaubt neben der Fertigung ebener auch die von gewölbten Flächenelementen.

Claims (11)

1. Heizelement in Form eines integrierten, relativ leichten, einfach zu fertigenden Sandwichverbundaufbaus (Zeichnung) aus mit verschiedenen Materialien gefüllten Kunststoff- Kompositschichten, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau mit einer Deckschicht als Finishoberfläche (1 und 1a) beginnt, gefolgt von angrenzenden wärmeleitenden Kompositschichten (3 und 5), an die sich mindestens eine den schnellen Wärmeausgleich realisierende Metallfolienschicht (2 und optional 2a) anschließt sowie zwischen den Metallfolienschichten Kompositschichten (3 und 5), in die ein Rohrsystem (3a) und eine Armierung (4) mit Befestigungselementen eingegossen ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Rohrelementen des Rohrsystems (3a) im direkten, thermisch leitenden Materialverbund das Kunststoffkomposit (3) nach Anspruch 2 und 3 als mechanischer und thermischer Verbund befindet.

3. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolienschicht (2 und 2a) sich im direkten thermischen Klebekontakt sowohl mit dem Rohrsystem (3a) und dem Kunststoffkomposit (3) befindet und vorzugsweise als Folie aus Aluminium ausgebildet ist.

4. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositschicht (3 und 5) ein mit wärmeleitenden Materialien gefüllter Kunststoff (Kunststoffkomposit) ist, der vorzugsweise als gefüllter fein- bis mikrozelliger Polyurethanhartschaum ausgebildet ist.

5. Kunststoffkomposit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffkomponenten vorzugsweise Ruße, Metallpulver, Leitgraphite, Silicatgranulate oder deren Gemische mit einem Füllgradspektrum von 10% bis 88% und einem Korngrößenspektrum von 20 µm bis 300 µm sind.

6. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrsystem (3a) als Kapillarrohrmatte oder Rohrschlangensystem ausgebildet ist und aus Metall oder Kunststoff besteht.

7. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Finishoberfläche (1 und 1a) als eine silikatische einfärbbare Deckschicht, eine Natursteinplatte, eine Kunststoff-, Holz- oder Metallfolie, eine Textil- oder Glasfasergewebeschicht sowie vorzugsweise als eingefärbter Polyurethanspritzlack ausgebildet ist.

8. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht für spezielle Ausführungsformen (Wand-Decken- und Fußleistenheizung) ausgeführt wird und der Kunststoffschaum vorzugsweise als gefüllter oder ungefüllter Polyurethanhartschaum und/oder Polystyrolschaum ausgebildet ist.

9. Heizelement mit Wärmedämmschicht (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffschaum in einer Dicke von 2 bis 100 mm ausgebildet wird.

10. Heizelement mit Polyurethanhartschaum nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass seine geschlossenen Zellen/Poren eine Mikrozellstruktur aufweisen und mit nichtbrennbarem Gas gefüllt sind sowie die Zellwände neben den wärmeleitenden Füllkomponenten auch mit Flammenhemmern, vorzugsweise Natriumcarbonat, Magnesium- und/oder Aluminiumhydroxid sowie Geräuschdämmstoffen wie Bariumsulfat gefüllt sind.

11. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Heizelement als

- Flach-Heizkörper und Heizwand

- Decken-Heizstrahler

- mobile Stellwand

- Heizmöbel

- Fußleistenheizung

ausgebildet ist.