CH645454A5 - Building heated with solar energy - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein mit Solarenergie geheiztes Gebäude.
Prinzipiell ist jedes oberirdische Gebäude mit Solarenergie beheizt, insbesondere solche mit Fenstern. Denn sowohl die Gebäudeoberfläche wie die Fenster nehmen Solarenergie auf. Jedoch hat ein Gebäude mit viel Fensterfläche mehr Wärmeverluste als Wärmegewinn.
Bisher weisen alle mit Solarenergie geheizten Gebäude höhere Gesamtgestehungskosten als solche mit konventioneller Heizung auf.
Die Erfindung hat zum Ziel, sowohl die Gebäude-Geste-hungskosten wie auch die Heizungsbetriebskosten zu senken.
Dies wird dadurch erreicht, dass bei dem mit Solarenergie geheizten Gebäude mit mindestens einem Wärmespeicher, einer Wärmeisolation und Solarenergiekollektoren die durchschnittliche Wärmeisolation des Gebäudes durch einen Wärmedurchgangswert von unter 0,35 W/°Km2h der Dach- oder Wandfläche gegeben ist und die Fläche der Solarenergiekollektoren mehr als die halbe Grundfläche des Gebäudes beträgt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 den Grundriss eines Obergeschosses,
Fig. 2 den Schnitt I-I in Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt II-II in Fig. 1,
Fig. 4 den Schnitt III-III in Fig. 1,
Fig. 5 den Schnitt IV-IV in Fig. 4,
Fig. 6 den Schnitt V-V in Fig. 1,
5 Fig. 7 den Schnitt VI-VI in Fig. 2
Fig. 8 eine perspektivische Skizze eines weiteren Erfindungsbeispiels.
Es ist bekannt, dass die Globalstrahlung der Sonne in Zürich auf einer zur Strahlung senkrechten Fläche beträgt: io am 1. Mai 12.00 Uhr 1080 W/m2,
am 21. Dez. 12.00 Uhr 930 W/m2.
Daraus folgt, dass die Globalstrahlung mit ungefähr 1000 W/m2 im Maximum zur Verfügung steht. Es folgt weiter, dass man mit Solarenergiekollektoren noch so hoher Leistung 15 nicht mehr als die vorhandene Strahlung gewinnen kann. So liegt die optimale Nutzung in grossflächigen Solarkollektoren. Solche jedoch, die das ganze Dach und die ganze Fassade nach Süden bedecken, widersprechen dem Wunsch nach Fen-ster-Anordnung nach Süden. Es ist auch nicht optimal, Solar-20 energiekollektoren ausserhalb des Gebäudes anzuordnen, denn es ist kostengünstig diese im Dach oder in der Fassade zu integrieren.
Nachstehend beschriebenes Beispiel zeigt einen annehmbaren Kompromiss zwischen diesen Anforderungen. In Fig. 1 25 ist ein Grundriss eines mittelgrossen Einfamilienhauses dargestellt mit Wohnraum 1, Küche 2, Solarium 3, Schlafräume 4,5, Schwimmbad 6, Terrasse 7 und Solarenergiekollektoren 8,9. Es ist ersichtlich, dass genügend Fensterfläche nach Süden vorhanden ist. Mit Solarium 3 ist ein Mehrzweckraum so mit Glasfassade und ev. transparentem Dach bezeichnet.
Fig. 2 ist ein Schnitt nach I-I in Fig. 1, mit einem Unterge-schoss 10 und Obergeschossen 11 und 12. Bei 13 ist der vorhandene Baugrund angedeutet. Die Südseite 14 des Daches ist auf der ganzen Fläche als Solarenergiekollektor ausgebildet. 35 Ebenso kann die Nordseite 15 als Kollektor ausgebildet sein, wenn sie als Wärmetauscher mittels einer Wärmepumpe genutzt wird. Bei 8,9 sind die Solarenergiekollektoren des Untergeschosses 10 ersichtlich.
Fig. 3 ist ein Schnitt II-II in Fig. 1, mit im Untergeschoss 40 eingebautem Schwimmbad 6, dem Solarenergiekollektor 8 und den Obergeschossen 11 und 12.
Aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass durch das Weglassen eines Kellergeschosses erhebliche Mittel gespart werden kön-45 nen. Der Aushub ist gering, die Fundamente kostengünstig. Da im Baugrund unter dem Gebäude ein Wärmespeicher vorgesehen ist, der den vorhandenen Baugrund als Speichermaterial nutzt, kann dieser nicht gefrieren. Deshalb entfallen Fundamentmauern, welche ansonst bis in die frostfréie Tiefe rei-50 chen müssen. Betriebskosten können niedrig gehalten werden, wenn das Gebäude sehr gut wärmeisoliert ist. Dadurch können nicht nur die Betriebskosten, sondern ebenso die Erstellungskosten und der Kapitaldienst für die Heizanlage gesenkt werden. Bis 1974, als Heizöl billig war und der Umwelt-55 schütz nicht beachtet wurde, wurde ein k-Wert von 1,2 W/°K m2h Aussenwand oder Dach als optimal betrachtet. Ein solcher von 0,12 W/°K m2h würde begrüsst, wenn die Isolationskosten nicht zu hoch wären. An Hand von Fig. 4,5 wird erläutert wie ohne Kostensteigerung, eventuell billiger als bis-6o her ein k-Wert von 0,12 W/°K m2h erreicht werden kann. Die Wand 16 des Untergeschosses besteht aus Isoliermaterial wie Gasbeton oder Isolierbeton. Darüber ist die Platte 17 der Terrasse 7 angeordnet. Diese kann aus armiertem Isolierbeton mit Polystirolgranulat bestehen. Die Wände des Oberge-65 schosses sind in Ständerbauweise erstellt. Die Ständer 19, bestehend z.B. aus 12/20 cm Balken, stehen auf einem Riemen aus Gasbetonblöcken 18. Auf die Ständer 19 sind Querlatten 20 und 21 befestigt. Diese können einen Querschnitt von 6/10
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cm aufweisen. Die Schrauben 23 müssen korrosionsfest sein. Die Aussenhaut 25 besteht aus Blechprofilen, welche mit rostfreien Schrauben auf die Querlatten 21 geschraubt sind. Die Querlatten weisen Abstände von 70 bis 80 cm auf, die Ständer 19 solche von 1 m bis 1,2 m. An den Ständern 19 sind die Deckenbalken 26 befestigt. Auf die Querlatten 20 ist die Innenverkleidung, z.B. ein Holztäfer 27, aufgenagelt. Die Querlatten 20 können mit Vorteil etwas enger angeordnet sein, z.B. mit Abständen von 50 bis 70 cm. Zwischen der Aussenhaut 25 und der Innenverkleidung 27 besteht ein Zwischenraum von etwa 40 cm. Dieser wird beim Anbringen der Verkleidungen laufend mit Kunststoffsäcken, gefüllt mit Polystirolgranulat, vollgestopft. Die Kunststoffsäcke sind jedoch nicht prall gefüllt, sondern nur zu 2/3, wodurch sie schlaff sind. Derart ist der Zwischenraum leicht, schnell und nahezu vollständig ausfüllbar. Es ist darauf zu achten, dass die Ständer 19 und die Querlatten 20,21 nicht vollständig umhüllt werden.
Die Zwischenräume 28,29,30,31 zwischen den Säcken 32 und dem Holz dienen der Luftzirkulation (Fig. 6). Die Luft-zirkulation ist so gering, dass sie die Wärmeisolation der Wand nicht beeinträchtigt, jedoch genügend um das Holz atmen zu lassen. Die Säcke 32 bilden eine geschlossene Isolierwand und sind gleichzeitig eine Dampfsperre. Gegebenenfalls kann bei 45 eine zusätzliche Dampfsperre angeordnet werden, z.B. eine Kunststoff-Folie oder eine Dachpappe. Fig. 5 und 6 zeigen einen Wandschnitt durch die Wärmeisolation 43 in Säcken 32. Es ist vorteilhaft, das Polystirolgranulat gleich beim Lieferanten in Kunststoffsäcke auf die vorgeschriebene Weise abfüllen zu lassen. Es gibt verschiedene zweckmässige Kunststoffe für die Säcke, z.B. Polyester.
Der Riemen aus Gasbeton-Blöcken 18 verhindert das Eindringen von Wasser in das Gehäuse.
Ähnlich der Fig. 5 ist der Schnitt (VI-VI in Fig. 2) dargestellt in Fig. 7. Die Sparren 33 tragen die Pfetten 34 und 35. Auf die Pfetten 34 ist der Solarenergiekollektor 36 aufgeschraubt, welcher wie ein Doppeldach wirkt. Auf die Pfetten 35 ist die Innenverkleidung 37, z.B. Täfer, genagelt. Wie bei Fig. 6 dienen die Kanäle 38,39,40 der Luftzirkulation für die Belüftung des Holzes.
Für die Aussenhaut 25 (Fig. 4) stehen z.B. folgende Materialien zur Verfügung:
Stahlblech-Profile, verzinkt und mit Einbrennlack versehen,
Aluminium-Profile, mit Einbrennlack versehen,
Asbest-Zement-Profile oder flache Platten,
Glasfaserverstärkte Polyester-Profile und andere Kunststoffe.
Alle diese Materialien stehen dem Architekten in reicher Auswahl zur Gestaltung offen, mit verschiedenen Farben, Profilen und Texturen bis hin zu Ziegel- und Holz-Imitationen. Diese Materialien können auch für die Innenverkleidung dienen, wobei hier auch Holztäfer, Spanplatten und Gipsplatten sinnvoll sind.Die beiden letzteren können noch tapeziert werden. 55
Wie in Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, kann im Untergeschoss die Wärmeisolation 40 auf die vorgeschlagene Weise durchschnittlich Im dick sein.
Insbesondere im Untergeschoss ist eine Innenverkleidung 5 41 (Fig. 5) aus Stahl- oder Aluminiumblechen vorteilhaft, welche hinterschnittene Rippen aufweisen. Solche gerollte Blechprofile sind im Handel unter den Marken HOLORIB und MONTANA-RIB bekannt. Diese Rippen erlauben mittels besonderen Muttern eine Befestigung von Gestellen, Mö-io beln oder mobilen Wänden. Diese fertig beschichtet käuflichen Bleche sind gleichzeitig eine Dampfsperre. Fertig verlegt samt Farbbeschichtung mit Einbrennlack kommt der m2 auf etwa Fr. 27. - zu stehen.
Es ist naheliegend, bei einem gut isolierten Haus auch die 15 Isolation der Fenster zu verbessern, da hier die grösste Wärmemenge entweicht. Dem steht jedoch der Preis von dreifachverglasten Fenstern entgegen. Vierfach verglaste Fenster finden aus diesem Grund noch weniger Anwendung. Ausserdem ist das Dichtungs- und Reinigungsproblem von 3- und 4-fach 20 verglasten Fenstern noch nicht befriedigend gelöst.
Es wird deshalb vorgeschlagen, 2- oder 3-fach verglaste Fenster mit einer zusätzlichen Reflexfolie zu verwenden unter Betrachtung der folgenden Wärmedurchgangswerte:
2-fach Glas: k = 3,28 W/°K m2 h (2,38 kcal) 25 2-fach Glas mit k= 1,6 do. (1,38 kcal)
Reflexfolie:
3-fach Glas mit k= 1,16 do. (1,0 kcal) Reflexfolie:
30 Diese Werte sind ungefähre Werte. Sie sind von der Fensterkonstruktion abhängig. Mit Reflexfolien ist eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine Folie aufweist mit aufgedampfter spiegelnder Metallschicht, aufrollbar auf einen Rollo, und seitlich geführt in Leisten. Solche Reflexfolien sind auf dem 35 Markt erhältlich unter der Markenbezeichnung AGERO re-flex-rol.
Eine weitere Senkung der Wärmeverluste ist möglich durch Verwendung von wärmeisolierenden Fensterladen. Vorteilhaft sind solche aus Polystirol- oder Polyurethan-40 Schaum mit beidseitiger Beschichtung mit Aluminiumblech. Sie kosten etwa Fr. 50. — pro m2 und die 40 mm starke Wärmeisolation weist einen k-Wert von ca. 0,9 W/° K m2h auf. Solche formsteifen Schichtplatten sind ebenso vorteilhaft für Garagetore.
45 Betrachtung des Verhältnisses Wohnfläche/Kollektor-fläche:
Heizbarer Wohnraum ohne Solarium (192 m3) 80 m2
Heizbarer Wohnraum ohne Solarium,
mit ausgebautem Dach 114m2
50 Heizbarer Wohnraum mit Solarium,
mit ausgebautem Dach 144 m2
Kollektorfläche Untergeschoss 70 m2 Dachkollektoren 107 m2
fTTm5
Als kostengünstiges Wärmeisoliermaterial wird ferner Einer Wohnfläche von 80 bis 144 m2 stehen also eine Kol-
Schaumglas-Granulat, leichte Kohlenschlacke, imprägniertes lektorenfläche von 107 m2 gegenüber. Das ist ein sehr gün-Stroh, Holzspäne, Heu, Papier vorgeschlagen. Ein preisgün- stiges Verhältnis.
stiges Imprägniermaterial ist Natron-Wasserglas, welches eo Bei Sonnenschein genügt etwa die Solarenergie, welche nach dem Erhärten wasserfest und schädlingssicher wird. durch die Fenster dringt, um die Räume zu heizen, weil die
Die genannten Wärmeisoliermaterialien können lose oder Wärmeisolation sehr gut ist. Die anfallende Energie der Kolin Säcken abgefüllt in die Wand eingebracht werden. In jedem lektoren kann praktisch gänzlich in den Speicher gehen.
Fall müssen die Regeln der Holzbelüftung beachtet werden. Mit Vorteil wird ein Wärmespeicher nach dem CH-Patent
Gewiss ist die Schallisolation solch leichter Wärmeisolations- es Nr.624 752 verwendet. Dieser speichert Wärme im Baugrund materialien nicht optimal. Bei solchen Mauerstärken von 30 unter dem Gebäude. Im vorliegenden Erfmdungsbeispiel bis 40 cm und mehr ist sie jedoch in Wohnzonen genügend. könnte der Speicher etwa 7000 kWh speichern, bei einer An-Weit wichtiger wäre der Schallschutz bei Fenstern. nähme von 840 m2 Erde und 20° Temperaturerhöhung.
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Nimmt man für das Haus eine maximale Heizleistung von unter 6 kW an, so dürfte dieses in vielen Gegenden gänzlich mit Solarenergie heizbar sein. Dies ist bisher schon erreicht worden, jedoch unwirtschaftlich, d.h. die Investitionskosten waren noch zu hoch.
Vergleich der Investitionskosten.
Zweischalenmauerwerk, konventionell.
Rohbaustein, geschält, silikonisiert, 12 cm Fr. 85. -
Polystirol-Wärmeisolation 2 cm stark 6. —
Backstein 12 cm 43.80
Zweischalenmauerwerk, k-Wert
ca. 1,16 W/°C/m2/h pro m2 Fr. 134.80
Wandkonstruktion gemäss Erfindungs-Beispiel, für Oberge-schoss.
Konstruktionsholz, Tanne Fr. 35. -
Aussenhaut Aluminiumblech, gerollt mit
Einbrennlack beschichtet, verlegt 24. —
Wärmeisolation Polystirol-Granulat in
Säcken, 40cm 21. —
Innenverkleidung Holztäfer 40.—
Wandkonstruktion pro m2, k-Wert ca.0,116 W Fr. 110. —
Wandkonstruktion für Untergeschoss wie oben, jedoch Innenverkleidung mit HOLORIB-Blechen, statt Holztäfer, beschichtet mit Einbrennlack, Fr. 97. — /m2
Die vorgeschlagene Wandkonstruktionen sind also billiger als bekannte, obwohl sie etwa 10 mal besser isolieren. Die Dachkosten entsprechen, ebenfalls mit mehrfach verbesserter Wärmeisolation, den bekannten Konstruktionen.
Die gesamte Solarheizung kommt billiger zu stehen als 5 eine konventionelle Öl-Zentralheizung.
Als Ersatzheizung dient ein Öl-beheizter Badeofen mit Schalenbrenner und Heisswasserkessel. Die bekannte Marke WALMÜ plus 2000 leistet bis 11,6 kW und kann damit den Wärmebedarf von höchstens 6 kW des vorgeschlagenen Hau-io ses leicht decken. Dieses Badeofen-Modell kostet ca. Fr. 600. —, installiert ca. Fr. 1000. —. Es kann gleichzeitig für die Warmwasserbereitung wie für die Raumheizung eingesetzt werden.
Ebenso kann ein Gas-beheizter Badeofen verwendet wer-15 den, wobei mehrere zweckmässige Modelle im Handel erhältlich sind.
Fig. 8 zeigt in einer Perspektive ein weiteres Erfindungsbeispiel mit einer Südfront 51, mit Fenstern und Glastüren. Sowohl die Dachfläche 52 im Osten wie auch die Dachfläche 20 53 nach Westen sind mit Solarenergiekollektoren eingedeckt. Das Untergeschoss weist eine Terrasse 54 auf mit Solarenergiekollektoren 55,56,57 und Fenstern 58,59,60. Anstelle von Fenstern könnten auch teilweise Glastüren vorgesehen sein.
Das Untergeschoss kann vielseitig genutzt werden. Es können Werkräume, eine Garage oder Wohnräume eingebaut sein.
25
5 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Mit Solarenergie geheiztes Gebäude, mit mindestens einem Wärmespeicher, mit einem Wärmeisolation und Solarenergie-Kollektoren, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Wärmeisolation des Gebäudes durch einen Wärmedurchgangswert von unter 0,35 W/°K m2h der Wandoder Dachfläche gegeben ist und dass die Solarenergiekollektor-Fläche mehr als die halbe Grundfläche des Gebäudes beträgt.
2. Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Wärmeisolation einen Wärmedurchgangswert unter 0,23 W/°K m2 h aufweist.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebäude-Aussenwände oder das Dach überwiegend folgenden Aufbau aufweisen:
Aussenhaut (25,36),
Wärmeisolation (43) in Kunststoffsäcken (32),
Dampfsperre (45),
Innenverkleidung (27,37).
4. Gebäude nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolation (43) aus Schaumglas-, Polystirol-Granulat oder biologischem Wärmeisoliermaterial besteht.
5. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Aussenhaut und einer Innenverkleidung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine davon aus Blech (25,36) oder Platten besteht und die Wärmeisolation (43) aus Kohlenschlacke, Schaumglasgranulat oder biologischem Wärmeisohermaterial besteht.
6. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrgeschossig ausgebildet ist, wobei das unterste Geschoss (10) unwesentlich in den Baugrund hinunterragt und dieses Geschoss eine grössere Grundfläche als ein oberes Geschoss aufweist.
7. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein heizbares Schwimmbad (6) im Un-tergeschoss angeordnet ist.
8. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Fenster zusätzlich mittels wärmereflektierenden Folien und mit wärmeisolierenden Fensterladen versehen ist.
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1979
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Also Published As
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|---|---|
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Legal Events
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