DE3129561C2

DE3129561C2 -

Info

Publication number: DE3129561C2
Application number: DE3129561A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Prof. Dr. Wien At Higatsberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1993-08-05
Also published as: ATA393780A; DE3129561A1; AT379841B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beheizung und Abschirmung eines Raumes bzw. Gebäudes mit einer Strahlungsheizung an der Decke des Raumes und mit einer zwischen Decke und Strahlungsheizung angeordneten wärmestrahlenreflektierenden Folie, die auf einer Unterlage geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.

Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-OS 24 49 876 bekannt. Die bei dieser Anordnung vorgesehene Abschirmung des Raumes führt nur in sehr begrenzt ein Umfang zu einer Verringerung von Engergieverlusten. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß als Strahlungsheizung eine Niederspannungsheizung verwendet wird, die bei höherer Stromstärke zu beachtlich hohen Betriebstemperaturen führen kann, wodurch das Raumklima beeinträchtigt wird.

Sofern bei Strahlungsheizungssystemen die Temperatur der Heizung etwa auf die Körpertemperatur des Menschen eingestellt wird, kann zwar eine deutliche Verbesserung des Raumklimas erreicht werden, jedoch sind die Wärmeleitungs- und Wärmestrahlungsverluste erheblich, so daß auch diese Systeme unwirtschaftlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß unter Wahrung eines angenehmen Raumklimas eine weitere Energieeinsparung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 die Strahlungsheizung eine Niedertemperaturstrahlungsheizung ist, die für eine Betriebstemperatur nahe der Körpertemperatur des Menschen ausgelegt ist, und wärmestrahlenreflektierende Schichten im wesentlichen Raumumschließend an Wänden, Boden und Decke sowie an Türen bzw. Fenstern vorgesehen sind.

Der Erfindung liegen Untersuchungen des Erfinders zugrunde, wonach von den Wärmeverlusten eines deckenbeheizten, nicht abgeschirmten Hauses durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung ca. 40% auf die Wände, ca. 30% auf den Fußboden und ca. 30% auf Fenster und Türen entfallen und daß selbst bei wärmedämmender Abschirmung von Wänden und Fußboden, jedoch fehlender Abschirmung von Fenstern und Türen, die Wärmestrahlen nach wiederholter Reflexion an Wänden und Fußboden durch-die Fenster und Türen nach außen treten. Auch bei einer derartigen Teilabschirmung kommt es also zu ganz erheblichem Energieverlust. Hingegen bringt das im wesentlichen raumumschließende Anbringen von wärmereflektierenden Schichten an Wänden, Boden und Decke sowie an Türen bzw. Fenstern in Verbindung mit der Verwendung einer etwa auf die Körpertemperatur des Menschen ausgelegten Niedertemperaturstrahlungsheizung nach der Lehre der Erfindung neben dem Vorteil eines angenehmen Raumklimas einen unerwartet hohen Energieeinsparungseffekt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die wärmestrahlen- bzw. infrarotstrahlenreflektierenden Schichten können nach der Außen- bzw. Innenseite der Räume bzw. Gebäude hin wärmeleitungsisoliert angebracht sein. Dient als Unterlage dieser Schichten ein Schaumkunststoff, so kann hierfür vorzugsweise ein Werkstoff aus geschäumtem Polystyrol verwendet werden. Die Niedertemperaturstrahlungsheizung kann in Form von Flächenheizelementen, vorzugsweise elektrisch beheizbaren Flächenheizleitern oder in Form von großflächigen, flachen, radiatorähnlichen Elementen vorgesehen werden, möglichst im gesamten Deckenbereich.

Die Unterbringung der Niedertemperaturstrahlungsheizung an der Decke von Wohnräumen verhindert die Ausbildung der nachteiligen Luftumwälzung.

Die Deckenheizung kann über elektrisch beheizte Flächenheizleiter erfolgen oder aber auch durch großflächige radiatorähnliche Elemente, die üblicherweise von einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, durchsetzt werden. Die Temperatur der Deckenheizung ist nahe der Körpertemperatur des Menschen zu wählen, damit ist jeder praktisch vorkommende Wohnraum, weitgehend unabbhängig von seinem Volumen, auch bei extremen Außentemperaturen beheizbar.

Die Übertragung von Wärmeenergie wird durch das Stefan-Boltzmannsche Strahlungsgesetz beschrieben. Dieses Gesetzt besagt, daß die Flächenstrahlungsleistungsdichte für den idealen schwarzen Strahler gleich der Stefan-Boltzmannschen Konstanten mal der vierten Potenz der absoluten Temperatur des Strahlers ist. Für die praktische Anwendung der Strahlungsheizung ist noch eine reine Zahl zu berücksichtigen, die das Strahlungsvermögen ε des betreffenden Körpers beschreibt. Das Strahlungsvermögen ε ist für den idealen schwarzen Körper, der die gesamte auffallende Wärmeenergie absorbiert, gleich 1 und für den ideal reflektierenden Körper gleich Null.

Ein Wohnraum mit einer Grundfläche von 4 mal 5 m = 20 m² und einer Höhe von 3 m besitzt eiin Volumen von 60 m³. Für einen idealen Strahler ergibt sich bei einer Temperatur der Deckenheizung von 37°C eine Flächenstrahlungsleistungsdichte von σ · T⁴=5,67 · 10^-8 Wm^-2 · K^-4 · (310 K)⁴=523,6 W/m². Bei -20°C erhält man 232,3 W/m² und bei 0°C 314,9 W/m². Die Differenz beträgt im ersten Fall rund 300 W/m² und im zweiten Fall rund 200 W/m². Für eine Deckenfläche von 20 m² bei 37°C und einer entsprechenden Fläche bei 0°C beträgt der Unterschied in der Leistung demgemäß 4000 W. Auf eine Zeitspanne von 24 Stunden bezogen ergibt sich für den idealen Strahler durch Abstrahlung ein Energieverlust von rund 100 kWh. Der Verlust durch Wärmeleitung beträgt für die Wärmegruppe IV bei derselben Temperaturdifferenz und für eine 20 m² große Fläche 10 kWh. Wenn die Mindestwärmeisolierung der ÖNORM 8110 entspricht, dann beträgt der Wärmeverlust durch Wärmeleitung bei gleichen Bedingungen 24 kWh pro Tag.

Wenn man nun anstelle des idealen schwarzen Strahlers ein Strahlungsvermögen von ε ist gleich nur 0,5 annimmt, dann zeigt sich nach der vorher dargestellten Überschlagsrechnung, daß die Wärmestrahlungsverluste ohne Reflektor 50 kWh pro Tag betragen und somit etwa das Fünffache von dem betragen, was durch Wärmeleitung bei Isolation nach der Wärmeschutzgruppe IV verlorengeht.

Nach dem Stefan-Boltzmannschen Strahlungsgesetzt strahlt jeder Körper Wärmeenergie ab: der Körper, der sich auf höherem Temperaturniveau befindet, entsprechend mehr verglichen mit einem Körper, der sich auf einem niederen Temperaturniveau befindet. Der Wärmestrom bzw. der Wärmetransport entsprechen der Differenz der zwei Flächenstrahlungsleistungsdichten der beiden Strahler T₂ und T₁.

Der Wärmestrom wurde definiert als Wärmeenergie in der Zeiteinheit. Für den allgemeinen Strahler bedeutet dies: ε · σ(T₂⁴-T₁⁴) · F, wobei ε das Strahlungsvermögen, σ die Stefan- Boltzmann-Konstante (5,67 · 10^-8 Wm^-2 · K^-4), F die Fläche in m², T₂ die Temperatur des heißeren Körpers und T₁ die Temperatur des kälteren Körpers in Kelvin bedeutet. Diese Beziehung zeigt, daß der Wärmestrom bei Strahlungsübertragung nur Null ist, wenn T₂ gleich T₁ oder ε=0 ist.

Da für die Deckenheizung Niedertemperatur-Wärmeenergie vorgeschlagen wird, sind die Wärmeverluste, die ja ebenfalls proportional zur Temperaturdifferenz sind, geringer als bei den üblichen Radiatorheizungen, die im Vorlauf mit etwa 70°C betrieben werden. Besonders gut eignet sich als Energieträger für Niedertemperaturheizungen die Wärmeenergie aus Solarkollektoren, die Wärmeenergie aus Wärmepumpen und die Niedertemperatur- Abfallwärme; aber auch Holz und Energie aus der Biomasse kommen als Energieträger in Frage, genauso wie Kohle, Öl oder Gas.

Um die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Anordnung weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß auf der der wärmedämmenden Schicht gegenüberliegenden Fläche, also auf der Innen- bzw. Außenseite der wärmestrahlenreflektierenden Schichten, Anstriche, Tapeten, Wandverkleidungen, Fliesen, Teppichböden und bzw. oder Dekordecken, z. B. aus Holz, Gips, Metall oder Kunststoff, vorgesehen sind.

Dadurch wird der Wärmestrahlungsverlust nach außen hin möglichst hintangehalten, wobei gleichzeitig darauf Bedacht genommen wird, daß die wärmestrahlungsreflektierende Schicht auf einer Unterlage aufgebracht wird, die sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, wie beispielsweise Styropor. Über den wärmestrahlungsreflektierenden Schichten können in üblicher Weise Anstriche, Tapeten, Wandverkleidungen, Kacheln, Teppichböden oder Dekordecken jeglicher Art, wie etwa aus Holz, Gips, Metall oder Kunststoff, angebracht werden. Bei den Fenstern ist ein wärmereflektierendes Glas zu benützen, wie etwa Glas mit hohem Quarzanteil. Will man normales Fensterglas infrarot- reflektierend machen, so eignet sich beispielsweise ein 25 µ dickes Cellophan, das zwischen 8 µ und 20 µ Wärmestrahlung nur für 4% der Strahlung durchlässig ist.

Da es sich bei der Wärmestrahlung um eine elektromagnetische Wellenstrahlung handelt, eignen sich auch alle guten metallischen Leiter als Reflektoren. In Versuchen wurde festgestellt, daß handelsübliche Aluminiumfolien mit einer Stärke von etwa 16 µ, wie sie im Haushalt Verwendung finden, bis über 90% Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich um 10 µ reflektieren.

Für ein biologisch gesundes Raumklima und das Wohlbefinden ist eine Luftionenkonzentration ähnlich der von gutem Naturklima erwünscht. Will man in Wohnräumen - so wie dies auch in der freien Natur der Fall ist - eine elektrische Feldstärke von etwa 100 V/m aufrechterhalten, dann empfiehlt es sich, den Deckenreflektor elektrisch isoliert auf ein entsprechendes Potential anzuheben. Einen ähnlichen Effekt kann man erreichen, indem man unterhalb des Reflektors im Bereich der Decke eine entsprechende Elektrode anbringt, die die gewünschte Feldstärke bewirkt. Da Metallfolien als Wärmereflektoren auch für elektromagnetische Wellen, wie sie für Fernsehen und Radio verwendet werden, eine dem Faradayschen Käfig ähnliche Abschirmwirkung haben, sind durch die Reflektoren entsprechende Koaxialdurchführungen für die Antennen der Radio- und Fernsehgeräte vorzusehen.

Die Wärmekapazität der Luft in den durch Strahlungsheizung gespeisten Räumen ist sehr gering. Es bleibt der Wärmeverlust daher auch bei teilweise zur kalten Außenluft hin geöffnetem Fenster gering, wenn die Fensteröffnung etwa durch Kippen des Fensters keinen wesentlichen Strahlungsverlust zuläßt.

Bei den Möbeln in den durch Strahlungsheizung beheizten Räumen werden sich die Bereiche kalt anfühlen, die stark infrarotreflektierend sind. Um dieses Kältegefühl zu vermeiden, empfiehlt es sich, durchsichtige Lackschichten aufzubringen bzw. Schichten, die Infrarot-absorbierend sind.

Hauptaufgabe der wärmereflektierenden Schichten ist es, Wärmestrahlungsverlusten nach außen entgegenzuwirken. Die Reflektoren sollen die Infrarotstrahlen von den Wänden, vom Fußboden und von der Decke immer wieder zurückwerfen, so daß diese schließlich ihre Energie durch Absorption in den Raummöbeln und den im Raum Lebenden abgeben. Die Wirkung von Wärmereflektoren kommt aber nur dann voll zum Tragen, wenn die gesamte Raumoberfläche mit Reflektoren versehen ist. Die Wärmedämmung gegen Wärmeleitung muß natürlich gewährleistet bleiben, weil sonst der Anteil des Wärmeverlustes durch Wärmeleitung unakzeptabel groß sein würde. Als unterstützende Maßnahmen für Wärmeenergie-Einsparungseffekte eignen sich etwa wärmereflektierende Rollos und Jalousien an den Fenstern sowie Vorhangstoffe mit wärmestrahlenreflektierenden Schichten, wobei diese Schichten an der Oberfläche aufgebracht oder im Vorhang eingearbeitet werden können; die gleichen Überlegungen gelten für Teppiche und Fußbodenbeläge jeglicher Art. Die wärmestrahlenreflektierende Schicht ist auch im Bereich der Niedertemperaturheizung anzubringen, weil sonst aufgrund des Raumwinkels die Hälfte der Strahlungsenergie verlorengehen würde.

Claims

1. Anordnung zur Beheizung und Abschirmung eines Raumes bzw. Gebäudes mit einer Strahlungsheizung an der Decke des Raumes und mit einer zwischen Decke und Strahlungsheizung angeordneten wärmestrahlenreflektierenden Folie, die auf einer Unterlage geringer Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Strahlungsheizung eine Niedertemperaturstrahlungsheizung ist, die für eine Betriebstemperatur nahe der Körpertemperatur des Menschen ausgelegt ist, und
b) wärmestrahlenreflektierende Schichten im wesentlichen raumumschließend an Wänden, Boden und Decke sowie an Türen bzw. Fenstern vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niedertemperaturstrahlungsheizung als Flächenheizung ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben der Fenster aus wärmestrahlenreflektierendem Glas bestehen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innen- und/oder Außenseiten der Fenster bzw. Türen wärmestrahlenreflektierende Schichten angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Scheiben von Verbundfenstern die Wärmestrahlenreflektierende Schichten angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf Rollos, Jalousien oder Vorhängen von Fenstern bzw. Türen wärmestrahlenreflektierende Schichten angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem, der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien aus ungefälltem Zellstoff bzw. Zellulose bestehen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien eine Dicke von ca. 25 µm aufweisen.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien aus Aluminium bestehen.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Dicke von ca. 16 µm aufweist.

11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage der Folien aus Schaumkunststoff besteht.

12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Decke angeordnete Folie elektrisch isoliert angeordnet und elektrostatisch aufladbar ist.

13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmestrahlenreflektierenden Schichten mit Wandverkleidungen, Fliesen oder Tapeten versehen sind.