CH640932A5 - Waermeuebertragungssystem. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungssystem, bestehend aus in einem erhärtenden Medium angeordneten Rohren aus Kunststoff, deren Lage gegenüber der Unterlage durch Halterungen fixiert ist.

Wärmeübertragungssysteme der eingangs genannten Art sind bereits bekannt. Derartige Wärmeübertragungssysteme, die auch als Grossflächen-Wärmeübertragungssysteme bezeichnet werden, werden beispielsweise in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizungssystemen, insbesondere mit Fussbodenheizungssystemen, verwendet. Bei diesen Wärmeübertragungssystemen wird im allgemeinen auf einer Unterlage, z. B. auf einem Unterboden, beispielsweise dem Rohbeton, eine Wärmedämmschicht aufgebracht, auf welcher mittels Leisten aus Metall oder dergleichen Halterungen zur Aufnahme von Kunststoffrohren fixiert werden.

Nach Anordnung der Kunststoffrohre oder eines endlosen Kunststoffrohres in den zugehörigen Halterungen werden die Kunststoffrohre zusammen mit den Halterungen in einen Estrich, beispielsweise Zementestrich, eingebettet. Die Rohre werden im allgemeinen aus Polypropylen oder Polyäthylen mit glatter Oberfläche hergestellt und sind auf der Wärmedämmung mittels den Halterungen schlangen-, mäander- oder spiralförmig verlegt. Die zum Einsatz gekommenen Rohre haben bisher grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt.

Die beschriebenen Wärmeübertragungssysteme beinhalten verschiedene Nachteile. Während des Abbindevorganges oder

Erhärtungsvorganges des Estrichs können sich zwischen dem Kunststoffrohr und dem Estrich Luftspalten bilden, die den Wärmeübergang vom Rohr zum Estrich erheblich reduzieren, was eine Verringerung des Wirkungsgrades zur Folge hat. Dieser Nachteil ist besonders bemerkenswert bei Heizungssystemen, wie Niedertemperatur-Heizungssystemen, die mit einer geringen Vorlauftemperatur arbeiten und bei schlechtem Wärmeübergang eine höhere Heizleistung, d.h. eine höhere Vorlauftemperatur erfordern. Niedertemperatur-Heizungssysteme werden auch häufig in Verbindung mit Wärmepumpen verwendet, so dass der reduzierte Wirkungsgrad nicht durch höhere Heizenergie ausgeglichen werden kann.

Die zwischen den Rohren aus Kunststoff und dem Estrich auftretenden Luftspalten verhindern ausserdem eine form- und/ oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Estrich und dem Rohr, so dass infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Estrichmaterials und des Kunststoffmaterials der Rohre beim Anfahren und Abschalten des Wärmeübertragungssystems sowie bei Regelvorgängen ein wiederholtes Schieben des Rohres gegenüber dem Estrich möglich ist, was im Laufe der Zeit zur Zerstörung des Rohres oder der Rohre führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeübertragungssystem zu schaffen, bei dem die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Rohre zumindest im überwiegenden Bereich weitgehend elliptischen Querschnitt aufweisen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Das beanspruchte Wärmeübertragungssystem eignet sich insbesondere für Fussbodenheizungen.

Die weitgehend elliptische Querschnittsform der Rohre aus Kunststoff führt dazu, dass im Betrieb des Wärmeübertragungssystems von dem durch die Rohre geführten Wärmeübertragungsmedium ein Druck auf die Innenwand der Rohre ausgeübt wird, der zu einer Verformung des elliptischen Querschnitts führt. Der die Verformung des elliptischen Rohrquerschnittes bewirkende Innendruck des Wärmeübertragungsmediums bewirkt insbesondere in dem Bereich des Rohres eine Verformung, welcher den grössten Krümmungsradius hat, so dass die betreffende Rohrwand satt und kraftschlüssig an dem zugeordneten Wandbereich des erhärtenden Mediums bzw. des Estrichs anliegt. Da der Rohrbereich mit grossem Krümmungsradius den grösseren Teil des Rohrumfangs darstellt, ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Kunststoffrohr und dem Estrich. Dadurch ergibt sich auch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Estrich und den Rohren, die ein unkontrolliertes und additives Wandern des Rohres im Estrich als Folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Estrich- und Kunststoffmaterials im Heizbetrieb verhindert. Durch zusätzliche, über die Rohrlänge verteilt vorgesehene Rippen lässt sich der Wanderungseffekt des Rohres noch sicherer unterbinden.

Die Anordnung der Rohre im Estrich auf solche Weise, dass die grosse Achse des Rohrquerschnittes senkrecht zur Unterlage liegt, erleichtert das Biegen der Rohre bei deren Verlegung vor dem Aufbringen des Estrichs. Die Anordnung der Rohre mit der grösseren Achse des Rohrquerschnittes parallel zur Unterlage kann vorteilhafterweise eine Verringerung der Bau- bzw. Bodenhöhe des Wärmeübertragungssystems zur Folge haben. Aufgrund des verbesserten Wärmeübergangs zwischen dem Kunststoffrohr und dem Estrich ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad, d. h. im Gegensatz zu den bekannten Fussbodenheizungen mit Kunststoffrohren kreisförmigen Querschnitts wird die gleiche Fussboden-Oberflächentemperatur bei niedrigerer Vorlauftemperatur erhalten. Ausserdem wird eine gleichmässige Oberflächentemperatur des Estrichs sowie des darauf befindlichen Bodenbelags erreicht, insbesondere in dem Fall, in welchem sich die

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

640 932

Rohre sehr nahe an der Wärmedämmschicht befinden.

Beim Einsatz eines stehenden ovalen Rohres ergibt sich folgender Vorteil: Der Druck des Heizmediums auf die innere Rohrfläche bewirkt, dass im Bereich der beiden Rohr-Scheitel der Rohrdurchmesser verkleinert und ein Luftspalt zum Estrich gebildet wird, während im Bereich des Rohres mit grossem Krümmungsradius Luftspalte durch die Rohrausdehnung in diesem Bereich verhindert werden. Damit wird eine bessere, gleich-massigere Wärmeabstrahlung erreicht, nämlich ein besserer Wärmeübergang zwischen dem Estrich und den Rohrflächen mit grossem Krümmungsradius, als es bisher möglich war, was in diesem Bereich zu einer höheren Oberflächentemperatur führt, während die Wärmeabstrahlung an den Rohrscheiteln nach oben und unten infolge der dort gebildeten Luftspalte reduziert wird, was zu einer Verringerung des Temperaturwertes an der Bodenoberfläche im Bereich der Rohrscheitel führt, wo ansonsten eine höhere Oberflächentemperatur gemessen würde.

Das erfindungsgemässe Grossflächen-Wärmeübertragungssy-stem eignet sich besonders zur Anwendung bei Fussbodenheizungen, sogenannten Niedertemperatur-Fussbodenheizungen, die mit niedriger Vorlauftemperatur in Verbindung mit einem herkömmlichen Heizsystem oder mit Wärmepumpen arbeiten.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Wärmeübertragungssystems zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch den Aufbau eines Wärmeübertragungssystems;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Aufsicht einer abgewandelten Ausführungsform des Wärmeübertragungssystems;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Rohrabschnitts im Bereich seiner Biegung;

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Teil eines verlegten Rohres mit Halterungen;

Fig. 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines Rohres, und

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in Fig. 6.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 wird der grundsätzliche Aufbau eines Wärmeübertragungssystems beschrieben, wie es für Fussbodenheizungen Anwendung findet. Auf einer Unterlage 1, beispielsweise den Rohbeton, wird eine Wärmedämmschicht 2 aus einem beliebigen wärmedämmenden Material, vorzugsweise Styropor, aufgebracht. Auf die Wärmedämmschicht 2 werden in vorgegebener Anordnung und in Abstand zueinander Befestigungsleisten 3 aufgelegt, die beispielsweise aus Metall bestehen und zur Aufnahme von Halterungen 4 vorgesehen sind. Die Halterungen 4 können beliebige Form haben und bezwecken eine Fixierung von Rohren 5 aus Kunststoff vor dem Aufbringen einer mit 6 bezeichneten Estrichschicht. Die Rohre 5 werden dabei vorzugsweise klemmend von den Halterungen oder Halterungselementen 4 aufgenommen, so dass sich vor dem Aufbringen der Estrichschicht 5 beispielsweise der in Fig. 5 gezeigte Rohrverlauf ergibt. Fig. 5 zeigt nur ein Beispiel einer möglichen Verlegeart der Rohre 5, die im Bedarfsfall aus Einzelabschnitten oder einem Endlosrohr bestehen können. Auch die Anordnung der Halterungen oder Halterungselemente 4 ist lediglich als Beispiel dargestellt. Nach dem Aufbringen der Estrichschicht 6 und dem Erhärten des Estrichs wird auf dessen Oberfläche ein beliebiger Fussbodenbelag 7 aufgelegt. Der soweit beschriebene Aufbau des Wärmeübertragungssystems ist bekannt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rohre 5 mit elliptischem Querschnitt so in die Halterungen 4 eingesetzt, dass die grössere Achse des Rohrquerschnitts senkrecht zur Oberfläche der Unterlage, d. h. senkrecht zur Verlegungsebene der Rohre 5, steht. Somit verlaufen die Rohre 5 über ihren geraden Bereich (in Fig. 5 mit A bezeichnet) derart auf der Wärmedämmschicht 2, dass über den Bereich A unverändert die grössere Achse des Rohrquerschnitts senkrecht zur Unterlage 1 5 steht. Auch über den Biegebereich B verläuft die grosse Achse des Rohrquerschnitts senkrecht zur Unterlage 1. Bei dieser Verlegungsart wird ersichtlicherweise das Biegen im Bereich B infolge der Verlegung des elliptischen Rohres mit der grossen Achse senkrecht zur Unterlage 1 gegenüber der herkömmlichen io Verlegungsart von Rohren mit kreisringförmigem Querschnitt erleichtert. Während bisher die Rohre mit kreisringförmigem Querschnitt zum Verlegen ähnlich der in Fig. 5 gezeigten Art erhitzt werden, beispielsweise durch Durchführung erhitzten Wassers, um im Bereich B umgebogen werden zu können, kann 15 bei der in Fig. 1 gezeigten Verlegeart das elliptisch geformte Rohr ohne oder nur mit geringer Erwärmung verlegt werden.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform des Wärmeübertragungssystems, wobei diese Verlegungsart der Darstellung nach Fig. 5 entspricht. Über dem geraden 20 Bereich A des Rohres 5 liegt die grosse Achse des Rohrquerschnitts im wesentlichen parallel zur Unterlage 1, während im Biegebereich B das Rohr 5 derart gedreht ist, dass am Scheitel S des umgebogenen Bereichs B die grosse Achse senkrecht zur Unterlage steht. Auf diese Weise ergibt sich die in Fig. 5 gezeigte 25 Verjüngung in Aufsicht zum Scheitel S.

Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf des elliptischen Rohres für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform im Bereich B und Fig. 4 eine Schnittansicht auf das Rohr, vom Scheitel S aus gesehen entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

30 Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Halterungen 4, welche das Rohr 5 abschnittsweise gegenüber den Leisten 3 fixieren, nehmen das Rohr 5 mit Armen 4a, 4b klemmend auf und halten das Rohr 5 gegen die mit 4c bezeichnete Basis der Halterung. Die Halterungen 4 sind nur als Beispiel dargestellt und es kann j ede 35 andere, beliebige Halterung eingesetzt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind wegen der senkrecht zur Verlegungsebene stehenden grossen Achse des Rohres Halterungen mit kleinerer Breite als bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erforderlich. Ersichtlicherweise haben die Halterungen 4 nach dem 40 Aufbringen und Erhärten des Estrichs 6 keine weitere Funktion und dienen nur vordem Aufbringen des Estrichs 6 der Fixierung des Rohres 5 oder der Rohre 5 auf der Wärmedämmschicht 2.

Durch die in Fig. 2 gezeigte Verlegungsart des elliptischen Rohres 5 mit der grossen Achse parallel zur Unterlage 1 kann 45 ersichtlicherweise die Bauhöhe des Heizungssystems, d. h. des Estrichs 6, reduziert werden und zwar um die Differenz zwischen der grossen Achse und der kleinen Achse des elliptischen Rohrquerschnitts. Sofern eine geringe Bauhöhe erwünscht ist, wird daher die Ausführungsform nach Fig. 2 bevorzugt. 50 Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform des Rohres 5. Das Rohr 5 weist entlang der Rohrachse in bestimmten Abständen angeordnete, umlaufende Ringe oder Rippen 8 auf, die an dem Rohr 5 vorzugsweise als integrale Teile angeformt sind. Durch die Anordnung derartiger Rippen 8 wird ein zusätzli-55 eher Formschluss zwischen dem Rohr 5 und dem aufgebrachten Estrich 6 nach dessen Erhärtung erreicht und insbesondere eine unkontrollierte Dehnung des Rohres 5 gegenüber dem Estrich 6 verhindert.

Vorzugsweise können die Enden der Rohre 5 in einen kreis-60 ringförmigen Querschnitt übergehen oder erst nach ihrer Verlegung in den Halterungen 4 mittels geeigneter Werkzeuge in einen kreisringförmigen Querschnitt geformt werden, wodurch der Anschluss der ansonsten elliptischen Querschnitt aufweisenden Rohre an Verteilern usw. erleichtert wird.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

640 932 PATENTANSPRÜCHE

1. Wärmeübertragungssystem, bestehend aus in einem erhärtenden Medium angeordneten Rohren aus Kunststoff, deren Lage gegenüber der Unterlage durch Halterungen fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) zumindest im überwiegenden Bereich weitgehend elliptischen Querschnitt aufweisen.

2. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) mit der grossen Achse senkrecht zur Oberfläche der Unterlage (1) verlegt sind.

3. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) mit der grossen Achse parallel zur Oberfläche der Unterlage (1) verlegt sind.

4. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) wenigstens einen ersten Bereich (B) aufweisen, über welchen sie mit der grossen Achse senkrecht zur Oberfläche der Unterlage (1) verlegt sind, sowie wenigstens einen zweiten Bereich ( A), über den die Rohre mit der grossen Achse parallel zur Oberfläche der Unterlage (1) verlegt sind.

5. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) in jedem ersten Bereich (B) gebogen verlaufen, während sie in jedem zweiten Bereich (A) weitgehend gerade verlaufend verlegt sind.

6. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) aus einem Endlosrohr gebildet sind.

7. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Rohre (5) ein Übergang auf einen kreisringförmigen Querschnitt erfolgt.

8. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) umfangsmässig verlaufende Ringe (8) aufweisen, die in Abstand zueinander vorgesehen sind.

9. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (8) an den Rohren (5) angeformt sind.

10. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (5) mäanderförmig verlegt sind.