DE19613674A1

DE19613674A1 - Wärmeübertragungselement

Info

Publication number: DE19613674A1
Application number: DE19613674A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl Ing Schiller
Original assignee: Rud Otto Meyer GmbH and Co KG
Current assignee: Imtech Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-09
Also published as: DE29621241U1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Wärmeübertragerelement zur Raumtemperierung und zur Anordnung an einer Wand- oder Deckenfläche mit mindestens einer das der Raumtemperierung dienenden Wärmeträgermedium führenden Rohrleitung und mit mindestens einer Rohrleitung zugeordneten Strahlungs- und/oder Konvektionsfläche.

Thermisch aktive Raumumschließungsflächen werden seit vielen Jahren zum Temperieren von Räumen benutzt. Der hohe Anteil der Wärmestrahlung am Gesamtwärmetransport ist wärmephysiologisch vorteilhaft. Praktische Grenzen werden der Wärmestrahlung im Heizfall nur aus physiologischen Gründen gesetzt (Strahlungstemperatur- Asymmetrie) und im Kühlfall durch die Taupunkttemperatur der Raumluft.

Kühlflächenkonstruktionen verfolgen das Ziel, den Temperaturunterschied zwischen Kühlwasser und raumluftseitiger Oberfläche zu minimieren, um das durch den Raumlufttaupunkt begrenzte Potential maximal auszunutzen.

Verschiedene Konstruktionen und Materialkombinationen sind bekannt, die dieses Ziel verfolgen. In der Regel werden ein wärmeträgerführendes (Rohr)-System und eine äußere, sichtbare, dem Raum zugewandte Deckenkonstruktion verbunden. Es wird angestrebt, die Verbindung möglichst großflächig und gut wärmeleitend auszuführen. Dem Wärmetransport besonders hinderlich erweisen sich Spalte aller Art wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit von Luft.

Weitere Leistungserhöhungen lassen sich durch die Ver größerung der Konvektion erreichen. Dazu ist eine Ver größerung der raumluftseitigen Oberfläche anzustreben.

Als eine besondere Art eines wärmeträgerführenden Systems sind Kunststoffkapillarrohrmatten seit einigen Jahren verbreitet.

Darunter sind industriell vorgefertigte Matten zu verstehen, die aus einer Vielzahl, in engen Abständen parallel geführter, flexibler Kunststoffrohrleitungen geringen Durchmessers bestehen, die in gemeinsame Verteil- und Sammelkanäle führen.

Die Vorteile dieser Matten liegen in den niedrigen Investitionskosten, dem hohen industriellen Vorfertigungs grad, der geringen Masse, der Korrosionssicherheit und der Flexibilität des verwendeten Materials.

Als zwei grundsätzliche Anwendungsformen von Kapillarrohrmatten sind bekannt:

1. allseitige, formschlüssige Einbettung durch mineralische Baustoffe, wie Wand- oder Deckenputz, Estrich, Beton, Gips,
2. kraftschlüssige Verbindung mit einer dem Raum zugewandten, gut wärmeleitenden Deckenkonstruktion, bestehend aus ebenen glatten Metallplatten.

Der letzten Ausführung haftet der Nachteil an, daß die Kapillarrohre aufgrund ihres runden Querschnittes eine ebene, glatte Metalldecke nur einfach tangential berühren und daß aufgrund der Flexibilität des Kapillarrohr materials ein Anpressen der Kapillarrohre an die Metalldecke nur ungenügend und unregelmäßig gelingt. Diese Nachteile werden verstärkt durch die Tatsache, daß ebene Metallplatten durch ihr Eigengewicht bei größeren Spannweiten zum Durchbiegen neigen. Aus diesen Gründen bleibt die Leistungsfähigkeit derartiger Konstruktionen beschränkt. Weiterhin ist die Reproduzierbarkeit einmal gemessener Normleistungswerte wegen der Unregelmäßigkeit des zur Wärmeleitung notwendigen Kontaktes problematisch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kapillarrohrmatten mit einem mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech zu einem Wärmeübertragerelement zu kombinieren.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dabei sind die durch die sich durch die mäanderförmige Profilierung ergebenden Gräben, Wannen, Rinnen, Riefen o. dgl. aufgrund ihrer parallelen Anordnung für die Aufnahme der Rohrleitungen der Kapillarrohrmatten vorgesehen.

Der Querschnitt des einzelnen eine Rohrleitung aufnehmenden Grabens kann dabei rechteckig, quadratisch, vieleckig oder halbrund sein. Von wesentlicher Bedeutung ist aber, daß die Querschnittsform in Anpassung an Form und Maß des Außenquerschnittes des Rohres so gewählt ist, daß mindestens eine 3-seitige Berührung (im Querschnitt betrachtet) zwischen dem Kapillarrohr und dem Wärmeleitblech erreicht wird, wobei eine vielfache bzw. eine einen Großteil der Außenoberfläche des Rohres umfassende Berührung erreicht werden sollte.

Die durch die mäanderförmigen parallelen Abkantungen entstehenden Riefen oder Gräben eignen sich in besonderer Art und Weise, die flexiblen Kapillarrohre aufzunehmen. Dabei ist die Geometrie von Kapillarrohrmatte und mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech so aufeinander abzustimmen, daß die Kapillarrohre manuell oder maschinell derart in die Riefen kraftschlüssig einzupressen sind, daß eine Beschädigung ausgeschlossen wird und eine dauerhafte Fixierung erreicht wird. Der zur Wärmeleitung notwendige Kontakt wird durch eine mindestens dreifache tangentiale Berührung deutlich gegenüber herkömmlichen Ausführungen verbessert und über die gesamte Länge in gleichbleibender Qualität gewährleistet.

Zusätzliche Bauteile zur Verbindung von Kapillarrohrmatte und mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech werden nicht benötigt.

Besonderes Merkmal eines mäanderförmig profilierten Wärmeleitbleches ist es, daß wölbende Verformungen rechtwinklig zu den parallelen Abkantungen sehr leicht ohne zusätzliches Werkzeug vorzunehmen sind und daß parallel zu den Abkantungen, eine ausgezeichnete Stabilität entsteht. Diese hohe Stabilität gestattet es, größere Spannweiten in Richtung der parallelen Abkantungen zu überbrücken, wobei nur ein zweiseitiges Befestigen notwendig ist.

Durch diese Eigenschaften eignet sich das mäanderförmig profilierte Wärmeleitblech besonders, gewölbte Oberflächen herzustellen ohne den für die Wärmeleitung erforderlichen Kontakt zwischen wärmeträgerführenden Kapillarrohrleitungen und Wärmeleitblech qualitativ zu beeinträchtigen. Daraus ergeben sich vielseitige gestalterische Möglichkeiten.

Gleichzeitig wird durch die Profilierung des Wärmeleit bleches eine Vergrößerung der wärmeübertragenden raumluftseitigen Oberfläche erreicht. Die zusätzlich entstehenden, zur projizierten Deckenfläche senkrecht verlaufenden Flächen stehen in konvektivem Wärmeaustausch mit der Raumluft und wirken daher leistungserhöhend. Die Profilierungshöhe kann der erforderlichen Wärmeüber tragungsleistung angepaßt werden.

Wahlweise kann das mäanderförmig profilierte Wärmeleit blech ganz oder teilweise perforiert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, auf der raumabgewandten Seite schallabsorbierende Materialien anzubringen. Besitzt das schallabsorbierende Material gleichzeitig wärmedämmende Eigenschaften, kann der Wärmeaustausch mit den raumabgewandten Umschließungsflächen unterbunden werden. Ein Schallabsorptionsvlies kann alternativ zwischen dem mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech und dem wärmeträgerführenden Kapillarrohrsystem eingepreßt werden. Diese Ausführungsform führt zwar zu einem zusätzlichen Wärmeleitwiderstand, verdeckt jedoch gleichzeitig die Rohrleitungen optisch und schützt die Rohrleitungen falls notwendig vor UV-Licht.

Wahlweise kann das mäanderförmige Wärmeleitblech in metallisch blanker Oberfläche ausgeführt werden. Durch die Geometrie ergeben sich besondere Lichtreflexions eigenshaften, die gezielt z. B. zum Transport von Tageslicht genutzt werden können.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer senkrechten Schnittdarstellung ein Wärmeübertragerelement in rein schematischer Teildarstellung,

Fig. 2 in einer senkrechten Schnittdarstellung ein Wärmeträgerelement in gekrümmter Ausführungs form in rein schematischer Teildarstellung,

Fig. 3 in einer senkrechten Schnittdarstellung das Wärmeträgerelement gemäß Fig. 1 in Verbindung mit einer Metalldecke,

Fig. 4 in einer Teilansicht ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragerelement, und

Fig. 5 in einer schaubildlichen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragerelement.

In Fig. 1 ist rein schematisch das Wärmeübertragerelement 10 in einer senkrechten Schnittdarstellung (in einem Ausschnitt) dargestellt, um den erfindungsgemäßen Aufbau zu zeigen. Das Wärmeübertragerelement 10 besteht aus dem Wärmeleitblech 11, das eine mäanderförmige Grundform aufweist, die durch parallele Abkantungen des Wärmeleitbleches erstellt wird, so daß in dem Wärmeleitblech 11 Gräben 12 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt entstehen, die die das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungen 13 aufnehmen. Jede Rohrleitung 13 wird dabei von den Seitenflächen 14, 15 und der Bodenfläche 16 so umfaßt, daß mindestens an drei Kontaktstellen K1, K2, K3 ein intensiver Kontakt zwischen der Außenoberfläche der Rohrleitung 13 und dem Wärmeleitblech 11 über die Seitenflächen 14, 15 und die Bodenfläche 16 entsteht.

Da die Rohrleitung 13 aus einem elastisch oder plastisch verformbaren Material besteht, ist es möglich, durch Einpressen der Rohrleitung 13 in den jeweiligen Graben 12 oder durch Einklemmen der Rohrleitung 13 durch Verformung des Wärmeleitbleches 11 jeweils in einen Graben 12 einen noch innigeren Kontakt zwischen jeder Rohrleitung 13 und den sie umschließenden Graben 12 des Wärmeleitbleches 11 zu erzielen, so daß beispielsweise ein Großteil der Außenoberfläche 13a der Rohrleitung 13 mit dem Wärmeleitblech 11 in Kontakt ist.

Die Rohrleitungen 13 sind mit in Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Zu- und Ableitungen verbunden, wobei es sich bevorzugterweise um Kapillarrohre aus Kunststoff handelt.

Oberhalb des Wärmeleitbleches 11 ist ein wärmedämmendes Material 17 angeordnet, das beispielsweise aus einer auf das Wärmeleitblech 11 aufgelegten Matte 18 aus üblichen Wärmedämmaterialien besteht.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist durch die spezielle mäanderförmige Formgebung des Wärmeleitbleches 11 in Verbindung mit der an sich elastisch-flexiblen Wärmedämmatte 18 die Möglichkeit gegeben, das Wärmeträgerelement in eine an die gewünschte Deckenform angepaßte Krümmung zubringen, ohne daß es spezieller Werkzeuge o. dgl. bedarf.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung wird das Wärmedämmaterial in eine vorhandene Materialdecke 19 eingelegt, die glatt oder mit entsprechenden Durch brechungen perforiert ausgebildet sein kann.

Auch das Wärmeleitblech 11 jedes Wärmeübertragerelementes 10 kann glatt oder mit entsprechenden regelmäßig angeordneten Durchbrechungen 20 versehen ausgebildet sein.

Insgesamt ist die Gestaltung jedes Wärmeträgerelementes 10 so, daß durch die Abkantungen 22 des Wärmeleitbleches 11 um jeweils ca. 90° eine mäanderförmige bzw. hieran angelehnte Form entsteht, bei der sich auf jeder Seite S1, S2 des Wärmeleitbleches entsprechende Gräben 12 bestehend aus Seitenflächen 14, 15 einer Bodenfläche 16 und einer offenen Deckenfläche 16a bestehen. Auf der einen Seite S1 des Wärmeleitbleches sind dann in die Gräben 12 die Kapillarrohre eingelegt, während sich auf der anderen Seite S2 des Wärmeleitbleches die Strahlungs- und Konvektionsfläche 21 ergibt.

Aus den in Fig. 4 und 5 dargestellten Ansichten des Wärmeübertragerelementes 10 wird deutlich, daß zur Ausbildung des das Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungssystems schlaufenartig geführte Rohrleitungen 13a, 13b Verwendung finden, die an eine entsprechende Zuführungsleitung 23 und eine Abführungsleitung 24 angeschlossen sind. Die Rohrschlaufen sind in die Gräben 12 des Wärmeleitbleches 11 eingelegt, daß durch seine durch die Abkantungen 22 geschaffenen großen Flächen und die Durchbrechungen 20 einen optimalen Wärmetausch durch Strahlung und Konvektion sowohl bei Heizung als auch bei Kühlung ermöglicht.

Bezugszeichenliste

10 Wärmeübertragerelement
11 Wärmeleitblech
12 Graben
13, 13a, 13b Rohrleitung
14, 15 Seitenfläche
16 Bodenfläche
16a Deckenfläche
17 Material
18 Matte
19 Metalldecke
20 Löcher
21 Fläche
22 Abkantungen
23 Zuführungsleitung
24 Abführungsleitung
S1, S2 Seite
K1, K2, K3 Kontaktstellen

Claims

1. Wärmeübertragerelement (10) zur Raumtemperierung und zur Anordnung an eine Wand- oder Deckenfläche mit mindestens einer das der Raumtemperierung dienende Wärmeträgermedium führenden Rohrleitung (13) und mit mindestens einer Rohrleitung zugeordneten Strahlungs- und/oder Konvektionsfläche (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungs- und/oder Konvektionsfläche (21) von einem mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech (11) gebildet ist und daß in den sich durch das mäanderförmige Profil ergebenden parallel verlaufenden Gräben (12) mindestens einer Seite des Wärmeleitbleches die Rohrleitungen (13) angeordnet sind.

2. Wärmeübertragerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (11) durch parallele Abkantungen in einem Querschnitt mäanderförmig profiliert ist.

3. Wärmeübertragerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (11) und/oder die Rohr leitungen (13) aus flexiblem Material bestehen.

4. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt jedes Grabens (12) einen vertikalen und/oder horizontalen Durchmesser aufweist, der gleich oder kleiner ist als der vertikale und/oder horizontale Durchmesser der Rohrleitungen.

5. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung einen kreisförmigen Außenquerschnitt aufweist.

6. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung einen rechteckigen oder quadratischen Außenquerschnitt aufweist.

7. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Rohrleitung (13), d. h. die Materialquerschnittsfläche und Durchströmungsquerschnittsfläche der uneingebauten Rohrleitung, gleich oder kleiner ist als die Gesamtquerschnittsfläche des die Rohrleitung tragenden Grabens (12).

8. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (11) und/oder die Rohrleitung (13) aus elastisch oder plastisch verformbarem Material besteht.

9. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rohrleitungen (13) tragenden Seite (S1) des Wärmeleitbleches eine aufliegende, schallab sorbierende und/oder wärmedämmende Materialschicht (17) aufliegend angeordnet ist.

10. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitblech (11) mit einer regelmäßigen Anordnung von Durchbrechungen (20) versehen ist.

11. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen, zur Wand- oder Deckenfläche parallel verlaufenden, das zur Raumtemperierung notwendige Wärmeträgermedium führenden Rohrleitungen (13) mit dem durch parallele Abkantungen (22) mäanderförmig profilierten Wärmeleitblech (1) kraftschlüssig ohne weitere Befestigungselemente derart miteinander verbunden sind, daß sich das Wärmeleitblech (11) raumseitig befindet, wobei sich die Rohrleitung (13) in den entstandenen Gräben (12) oder Riefen des Wärmeleitbleches (11) befinden und damit das Wärmeleitblech (11) mindestens dreifach tangieren, wobei die gesamte wärmeübertragende Fläche größer ist als die durch das Wärmeüberträgerelement (10) projizierte Wand- oder Deckenfläche und wobei eine werkzeuglose Krümmung des Wärmeüberträger elementes (10) rechtwinklig zu den parallelen Abkantungen (22) möglich ist, ohne den Kontakt zwischen Rohrleitung (13) und Wärmeleitblech (11) zu beeinträchtigen.

12. Wärmeübertragerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragerelement (10) mit einer weiteren raumseitig angeordneten platten, wahlweise perforierten Metalldecke (19) wärmeleitend in Kontakt gebracht ist.