EP0177656B1 - System zur Deckung des für Beleuchtung und Heizung benötigten Energiebedarfes eines Gebäudes - Google Patents

System zur Deckung des für Beleuchtung und Heizung benötigten Energiebedarfes eines Gebäudes Download PDF

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EP0177656B1
EP0177656B1 EP84810485A EP84810485A EP0177656B1 EP 0177656 B1 EP0177656 B1 EP 0177656B1 EP 84810485 A EP84810485 A EP 84810485A EP 84810485 A EP84810485 A EP 84810485A EP 0177656 B1 EP0177656 B1 EP 0177656B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D13/00—Electric heating systems

Definitions

  • the invention relates to a system for covering the energy required for heating and lighting of a building, the rooms of which can be heated by electric radiators and are supplied with artificial light by means of electric lighting bodies, and by daylight through windows.
  • a system of the type described above is known from DE-A-25 48 775.
  • fluorescent tubes are used as electrical radiators.
  • the heating energy requirement is decisive for the electrical power expended and installed.
  • the maximum electrical power that can be drawn from the network by a customer is often restricted by the power plants today so that it is not sufficient for such or conventional electrical heating. It is therefore an object of the invention, even when the supplied electrical energy is limited to quantities which are sufficient only for the lighting - and under certain circumstances for electrical household appliances - to enable and ensure heating of the rooms with the aid of electrical radiators without the prescribed maximum electrical power installed for lighting purposes when heating with electric radiators is exceeded.
  • this object is achieved in that the heat transfer number of the windows and the heat transfer number of the opaque wall parts of the outer walls of the building each have a value of 1 Wjm 2 .K in a manner known per se, and that the maximum output of the installed electric radiators is that of installed lighting fixture, and that finally the switching on of the lighting and the heating element is controlled in such a way that the total output of both is limited to the value of the installed lighting output.
  • the amount of energy required for heating, especially when the rooms are occupied by people, is very low due to the low heat losses; thus the electrical power installed for the lighting, which - if no artificial light is required - is provided by electric radiators with the same total power, is sufficient to ensure the room temperatures required for comfort conditions. Heating installations in front of or under the window to trap the cold air waste can be omitted; Furthermore, the closely spaced k-values of the window and the wall section result in a surface temperature that is largely the same over the entire outer wall surface, so that drafts are avoided. Therefore, the average room temperature can be kept relatively low without loss of comfort.
  • the lighting and the radiators can advantageously be arranged together in reflectors provided with combined sockets, preferably on the ceiling of the rooms.
  • the heat transfer coefficient of the window is made up of the two individual K values for the glazing and for the frame; the total k value can either be determined experimentally as a whole or calculated as an arithmetic mean value from the individual k values, which are included in the calculation in proportion to the areas of glazing and frame.
  • the low k values for the window can be achieved, for example, by multiple glazing going beyond double glazing or by the measures described in EP-A-117 885; Another possibility is the use of highly heat-insulating and at the same time highly transparent substances, such as aerogels.
  • the k-values for the wall parts are adhered to using known thermal insulation measures and / or materials.
  • FIG. 1 shows a room 2 which is surrounded on three sides by rooms of the same type, which are not shown in more detail. On one side, which is arranged on the right in FIG. 1 and on the left in FIGS. 2 and 3, the room 2 is closed off by an outer wall 3 in which a window 4 is present.
  • each reflector 6 or each radiation body 7 or 8 in it, individually and separately, is manually and can be switched off.
  • the lighting body 7 and the heating element 8 are selected so that the power consumed by them is the same. For example, it amounts to 25 W / m 2 of room area.
  • the power consumption in the individual reflectors 6 can also be the same, but also different.
  • the lighting and heating elements 7 and 8 of a reflector 6 - in the simplest case via a manually operated changeover switch - are coupled together in their electrical circuit in such a way that in a reflector 6 only one or the other of the two energy emitting radiators 7 or 8 can be in operation.
  • Room 2 which is 3 m high, measures 5 x 4 m 2 ; the area of the 2 m high window 4 running over its entire width is 8 m 2 . It is double-glazed and its k-value is reduced to 0.7 W / m 2 .K by laying transparent, coated plastic films between the panes, while that of the opaque outer wall parts 3 is 0.5 W / m 2 .K.
  • the power required to cover this energy requirement is 408 W at an outside temperature of -10 ° C (usual design temperature) and a required room temperature of 20 ° C.
  • the installed lighting or heating power of 500 W is sufficient, even if no additional heat is emitted Room occupants takes place, which represents an additional "heating" of 80 W / person.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Deckung des für Heizung und Beleuchtung benötigten Energiebedarfes eines Gebäudes, dessen Räume durch elektrische Heizkörper beheizbar und durch elektrische Beleuchtungskörper mit Kunstlicht, sowie durch Fenster mit Tageslicht beaufschlagt sind.
  • Ein System der vorstehend beschriebenen Art ist bekannt aus der DE-A- 25 48 775. Bei dem dort beschriebenen System werden Leuchtstoffröhren als elektrische Heizkörper verwendet. Für die dafür aufgewendete und installierte elektrische Leistung ist der Bedarf an Heizenergie massgebend.
  • Die von einem Abnehmer dem Netz zu entnehmende elektrische Maximalleistung ist heute durch die Elektrizitätswerke häufig so eingeschränkt, dass sie nicht für eine solche oder eine herkömmliche elektrische Beheizung ausreicht. Aufgabe der Erfindung ist es daher, auch bei Beschränkung der gelieferten elektrischen Energie auf Mengen, die nur für die Beleuchtung - und unter Umständen für elektrische Haushaltgeräte - ausreichen, eine Beheizung der Räume mit Hilfe von elektrischen Heizkörpern zu ermöglichen und sicherzustellen, ohne dass die vorgeschriebene für Beleuchtungszwecke installierte elektrische Maximalleistung beim Heizen mit elektrischen Heizkörpern überschritten wird.
  • Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärmedurchgangszahl der Fenster und die Wärmedurchgangszahl der undurchsichtigen Wandteile der Aussenwände des Gebäudes in an sich bekannter Weise je höchstens einen Wert von 1 Wjm2.K haben, und dass ferner die Maximalleistung der installierten elektrischen Heizkörper diejenige der installierten Beleuchtungskörper nicht übersteigt, und dass schliesslich das Einschalten der Beleuchtungs-und der Heizkörper so gesteuert ist, dass die jeweils abgegebene Gesamtleistung beider auf den Wert der installierten Beleuchtungsleistung begrenzt ist.
  • Aufgrund der besonderen, jedoch an sich bekannten, Ausgestaltung der Aussenwand in thermischer Hinsicht ist der zum Heizen benötigte Energieanteil, besonders bei Belegung der Räume mit Personen, wegen der geringen Wärmeverluste sehr niedrig; somit reicht die für die Beleuchtung installierte elektrische Leistung, die - falls kein Kunstlicht benötigt wird - durch elektrische Heizkörper mit gleicher Gesamtleistung aufgebracht wird, aus, die für Komfortbedingungen erforderlichen Raumtemperaturen zu gewährleisten. Heizinstallationen vor oder unter dem Fenster zum Abfangen des Kaltluftabfalles können entfallen; weiterhin bewirken die nahe beieinander liegenden k-Werte von Fenster und Wandteil eine über die ganze Aussenwandfläche weitgehend gleiche Oberflächentemperatur, so dass Zugerscheinungen vermieden werden. Daher kann die mittlere Raumtemperatur ohne Komfortverlust relativ niedrig gehalten werden.
  • Mit Vorteil können bei dem neuen System die Beleuchtungs- und die Heizkörper gemeinsam in mit kombinierten Fassungen versehenen Reflektoren, vorzugsweise an der Decke der Räume, angeordnet sein.
  • Die Wärmedurchgangszahl des Fensters, der Gesamt-k-Wert, setzt sich zusammen aus den beiden Einzel-K-Werten für die Verglasung und für den Rahmen; der Gesamt-k-Wert kann dabei entweder gesamthaft experimentell bestimmt oder als arithmetischer Mittelwert aus den Einzel-k-Werten berechnet werden, wobei diese entsprechend den Flächenanteilen von Verglasung und Rahmen anteilmässig in die Rechnung eingehen.
  • Sollten in Sonderfällen an Decke, Fussboden oder Innenwänden wärmeisolierende Massnahmen erforderlich sein so sind die k-Werte dieser Elemente selbstverständlich an diejenigen der Aussenwände angepasst.
  • Die niedrigen k-Werte für das Fenster können beispielsweise durch über eine doppelte Verglasung hinausgehende Mehrfachverglasungen oder durch die Massnahmen erreicht werden, die in der EP-A-117 885 beschrieben sind; eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von hochwärmeisolierenden und gleichzeitig hochtransparenten Stoffen, wie zum Beispiel Aerogelen. Die Einhaltung der k-Werte für die Wandteile erfolgt mit Hilfe von bekannten Wärmedämm-Massnahmen und/oder -Materialien.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt schematisch in einer räumlichen Skizze einen erfindungsgemäß ausgebildeten Raum in einem Gebäude;
    • Fig. 2 ist ein Grundriss dieses Raumes mit Blickrichtung gegen die Decke
    • Fig. 3 stellt den Schnitt 111 - 111 von Fig. 2 dar, während
    • Fig. 4 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 einen Raum wiedergibt, in dem die Anordnung der Heizkörper gegenüber der ersten Ausführungsform modifiziert ist.
  • Als Ausschnitt aus einem grösseren Gebäude 1 zeigt Fig. 1 einen Raum 2, der auf drei Seiten von gleichartigen Räumlichkeiten, die nicht näher dargestellt sind, umgeben ist. Auf einer Seite, die in Fig. 1 rechts und in den Fig. 2 und 3 links angeordnet ist, ist der Raum 2 durch eine Aussenwand 3 abgeschlossen, in der ein Fenster 4 vorhanden ist.
  • In der Decke 5 des Raumes 2 befinden sich in Abständen voneinander angeordnete Strahlungsreflektoren 6, in denen je eine Leuchtstoffröhre als Beleuchtungskörper 7 und ein handelsüblicher Heizstab, beispielsweise aus Keramik, als Heizkörper 8 installiert sind. Jeder Reflektor 6 bzw. jeder Strahlungskörper 7 bzw. 8 in ihm ist, einzeln und getrennt, von Hand ein-und ausschaltbar.
  • Die Belechtungskörper 7 und die Heizkörper 8 sind so ausgewählt, daß die von ihnen aufgenommene Leistung gleich ist. Sie beträgt beispielsweise 25 W/m2 Raumfläche. Die Leistungsaufnahme in den einzelnen Reflektoren 6 kann dabei ebenfalls gleich, aber auch verschieden sein.
  • Weiterhin sind Beleuchtungs- und Heizkörper 7 und 8 eines Reflektors 6 - im einfachsten Fall über einen von Hand zu betätigenden Umschalter - in ihrer elektrischen Schaltung so miteinander gekoppelt, dass in einem Reflektor 6 wahlweise nur der eine oder der andere der beiden energieabgebenden Strahler 7 bzw. 8 in Betrieb stehen kann.
    • Berechnungsbeispiel:
  • Der Raum 2, der eine Höhe von 3 m hat, misst 5 x 4 m2; die Fläche des über seine ganze Breite verlaufenden, 2 m hohen Fensters 4 beträgt 8 m2. Es ist doppeltverglast, und sein k-Wert ist durch Verlegen von durchsichtigen, beschichteten Kunststoffolien zwischen den Scheiben auf etwa 0,7 W/m2.K abgesenkt, während derjenige der undurchsichtigen Aussenwandteile 3 0,5 W/m2.K beträgt.
  • Daraus ergeben für den Raum 2 ein Volumen V von 60 m3 und eine Aussenwandfläche von 12 m2, wovon, wie erwähnt, 8 m2 Fensterfläche und 4 m2 undurchsichtige Brüstungsfläche sind.
  • Unter der Annahme eines Luftwechsels von 0,3 h-1 resultieren daraus Energieverluste für die Luftwechsel von 6 W/K sowie für den Wärmedurchgang nach aussen durch das Fenster 5,6 W/K und durch die Brüstung von 2 W/K, was einen Gesamtenergieverlust von 13,6 W/K ergibt.
  • Die zur Deckung dieses Energiebedarfes benötigte Leistung beträgt bei einer Aussentemperatur von -10° C (übliche Auslegungstemperatur) und geforderter Raumtemperatur von 20° C 408 W. Die installierte Beleuchtungs- bzw. Heizleistung von 500 W ist also ausreichend, selbst wenn keine zusätzliche Wärmeabgabe durch Rauminsassen stattfindet, die eine zusätzliche "Beheizung" von 80 W/Person darstellt.
  • Für eine ausreichende Beheizung des Raumes 2 ergeben sich somit folgende Möglichkeiten:
    • - Bei einer Belegung werden unter Berücksichtigung der durch Insassen abgegebenen Wärme je nach Tageslichtbeleuchtung nur ein Teil der Beleuchtungs- und/oder Heizkörper 7 bzw. 8, d. h. nur einer oder einzelne der Reflektoren 6, eingeschaltet.
    • - Während kurzzeitiger Nichtbelegungen, bei Bürogebäuden beispielsweise nachts oder an Wochenenden, ist bei den gebräuchlichen Baumassen die Auskühlung des Gebäudes 1 mit den erfindungsgemässen Massnahmen so gering (1 bis 2° C Temperaturabfall), dass auf ein Heizen während der genannten Nichtbelegungszeiten verzichtet werden kann. Falls erforderlich, können die Heizkörper 8 oder ein Teil von ihnen eingeschaltet werden.
    • - Während längerer Belegungsunterbrüche erfolgt von Zeit zu Zeit je nach Auskühlung des Raumes 2 durch die Heizkörper 8 eine Aufheizung; zu diesem Zweck werden die Heizkörper 8 - beispielsweise von einer Schaltuhr periodisch oder von einem Raumthermostaten in Abhängigkeit vom Temperaturabfall gesteuert - in zeitlichen Abständen eingeschaltet.
    • Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 1 bis 3 nur dadurch, dass die Reflektoren 6 nur Beleuchtungskörper 7 enthalten, während als Heizkörper an der Innenwand 9 des Raumes 2 ebenfalls elektrisch beheizte Flächenstrahler 11 vorgesehen sind.
    • Diese sind wiederum mit den Beleuchtungskörpern 7 schaltungsmässig so gekoppelt, daß wahlweise nur ein Beleuchtungskörper 7 oder ein ihm "zugeordneter" Flächenstrahler 11 in Betrieb stehen. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Heizkörper oder Flächenstrahler 11, deren Heizleistung kontinuierlich oder stufenweise veränderbar sein kann, vollständig oder nur mit ihren unteren Leistungsstufen zusätzlich zum Kunst- oder Tageslicht als Energiequelle nutzen.

Claims (2)

1. System zur Deckung des für Heizung und Beleuchtung benötigten Energiebedarfes eines Gebäudes (1), dessen Räume (2) durch elektrische Heizkörper (8, 11) beheizbar und durch elektrische Beleuchtungskörper (7) mit Kunstlicht, sowie durch Fenster (4) mit Tageslicht beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedurchgangszahl (kF) der Fenster (4) und die Wärmedurchgangszahl (kw) der undurchsichtigen Wandteile der Aussenwände (3) des Gebäudes (1) in an sich bekannter Weise je höchstens einen Wert von 1 W/m2.K haben, dass ferner die Maximalleistung der installierten elektrischen Heizkörper (8, 11) diejenige der installierten Beleuchtungskörper (7) nicht übersteigt, und dass schliesslich das Einschalten der Beleuchtungs- und der Heizkörper (7 bzw. 8, 11) so gesteuert ist, dass die jeweils abgegebene Gesamtleistung beider auf den Wert der installierten Beleuchtungsleistung begrenzt ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs- und die Heizkörper (7 bzw. 8) gemeinsam in mit kombinierten Fassungen versehenen Reflektoren (6), vorzugsweise an der Decke (5) des Raumes (2), angeordnet sind.
EP84810485A 1984-10-08 1984-10-08 System zur Deckung des für Beleuchtung und Heizung benötigten Energiebedarfes eines Gebäudes Expired EP0177656B1 (de)

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