DD240233A1 - Hinterlueftete fenster-aussenwandkonstruktion zur energiesparenden raumlueftung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hinterlueftete Fenster-Aussenwandkonstruktion zur energiesparenden Raumlueftung, insbesondere fuer Wohn-, Gesellschafts- und Buerobauten mit einem bestimmten Frischluftbedarf. Das Ziel besteht darin, eine Fenster-Aussenwandkonstruktion so anzulegen, dass sie allen Anforderungen aus Gestaltung, Feuchtigkeitsschutz, Waerme- und Schalldaemmung, Materialoekonomie und Bautechnologie optimal angepasst werden kann. Aussenluft durchstroemt auf bestimmte Art und Weise verschiedene Bereiche einer zweischaligen Aussenwand, bestehend aus einer Schwerbetonwetterschale und aus einer Innenschale mit variabler Daemmschicht und einem bauphysikalisch und wirtschaftlich optimalen Wandbaustoff sowie ein zweischaliges Fenster mit aeusserer Isolierverglasung und innerer Einfachverglasung mit variabler Scheibendicke. Die Frischluft gelangt aufgewaermt durch Transmissionswaermeverluste der Innenschalen und durch Strahlungswaermegewinnung in einen zu beluefteten Raum ohne hygienische Nachteile, wie sie bei der Verwendung kalter Zuluft auftreten, und mit einem betraechtlichen Energiegewinn fuer diesen Raum. Zur Verbesserung der Schalldaemmung durchstroemt die Luft im Bruestungsbereich einen daempfungsvariablen Absorptionsschalldaempfer. Fuer Winter- und Sommerfall sind unterschiedliche Luftfuehrungen vorgesehen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung ,

Die Erfindung betrifft eine hinterlüftete Fenster-Außenwandkonstruktion, insbesondere für Wohn-, Gesellschafts- und Bürobauten mit einem bestimmten Frischluftbedarf, der durch die Außenluft abgedeckt wird, die den Wand- und anschließend den Fensterbereich durchströmt und sich dabei erwärmt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus Gründen der Energieeinsparung und des Schallschutzes sind in den letzten Jahren die Fensterkonstruktionen immer dichter ausgeführt worden. Dadurch bestehen gegenwärtig Probleme bei der Abdeckung des hygienisch, bautenschutztechnisch und technologisch notwendigen Frischluftbedarfes in Wohn-, Gesellschafts- und Bürobauten. So nehmen trotz allgemein guter Wärmedämmung Schäden durch Kondenswasser immer größeren Umfang an. Beim Einsatz von Einzelfeuerstätten ist insbesondere das Nachströmen von ausreichender Verbrennungsluft nicht gegeben, so daß spezielle Zuluftelemente eingesetzt werden müssen, um Gefahren für Leben und Gesundheit der Bewohner und Nutzer abzuwenden. Die Funktion dieser Elemente ist in schalttechnischer und hygienischer Hinsicht nicht befriedigend, da sie hochschalldämmenden Fenstern nicht gerecht werden und durch die Förderung kalter Außenluft zu Zugerscheinungen führen.

Durch die Verbesserung der Wärmedämmung der Bauhülle wurde in den letzten Jahren die Transmissionsheizlast absolut und besonders im Vergleich mit der Lüftungsheizlast stark reduziert, so daß weitere Erhöhungen der Dämmungen erst dann sinnvoll sind, wenn eine Senkung des Lüftungsanteiles gelingt.

Eine Möglichkeit ist die Wärmerückgewinnung aus der Abluft. Hierzu sind jedoch umfangreiche und kostspielige Anlagen nötig, die darüber hinaus zusätzliche Hilfsenergien erfordern.

Eine andere Möglichkeit sind durchströmende Außenbauteile mit Zu-, meistens jedoch mit Abluft, um ähnliche Effekte zu erreichen. Hierbei werden aber meistens nur Einzelbauteile, wie das Fenster- oder die Fassade benutzt und in fast allen Fällen werden mechanische Luftförderungssysteme eingesetzt, die wieder zusätzlichen Aufwand und Hilfsenergien erfordern. Außerdem haben diese Entwicklungen den Mangel, daß sie immer nur auf einen oder zwei Effekte ausgerichtet sind, was einer breiteren Anwendung ebenfalls entgegensteht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Fensteraußenwand, die möglichst vielen Anforderungen gleichermaßen gerecht wird und insbesondere auf energiesparende Weise ein Nachströmen der aus hygienischen und technologischen Gründen notwendigen Frischluftmenge gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Außenluft über die Horizontalfugen geschoßweise in den Hinterlüftungsspalt der zweischaligen Außenwand eintritt, nach Durchströmen bestimmter Wandbereiche in diesen erwärmt wird und am Ende einen schallabsorbierenden Kanal passiert bevor sie zur weiteren Erwärmung in den Fensterzwischenraum gelangt und von hier über eine schlitzförmige Öffnung im oberen inneren Fensterrahmen dem Raum zur Lüftung zugeführt wird.

Die Außenwand besteht hierzu aus einer Betonwetterschale mit rückseitiger Profilierung zur Luftlenkung und einer Mindestwärmedämmung zur Vermeidung von Kondenswasserbildung bei gelegentlich umgekehrter Strömungsrichtung und zur Verbesserung der Luftaufwärmung bzw. des energetischen Ausnutzungsgrades. Die Wetterschale wird separat gefertigt und an Querwänden aufgehängt bzw. auf Decken aufgeständert. Aus der niedrigen Laststufe ergeben sich technologische Vorteile an verschiedenen Standorten insbesondere im Innenstadtbereich und die Fertigung bzw. Konstruktion kann den Anforderungen Gestaltung und Wetterschutz optimal angepaßt werden.

Die Innenschale der Außenwand besteht aus Dämmstoffen bzw. aus einer Dämmschicht, die sich den verändernden künftigen Wärmedurchgangsforderungen anpaßt und aus einem bauphysikalisch und technisch günstigen Wandbaustoff wie z. B. Gips oder Anhydrit als Raumabschluß. Ein solcher Wandbau'stoff ist ebenfalls leicht anpaßbar an verschiedene schalltechnische und raumklimatische Anforderungen. Im Brüstungsbereich besteht die Möglichkeit des Einbaues unterschiedlicher Schallabsorptionsmaterialien in den Hinterlüftungsspalt, so daß auch auf unterschiedliche Forderungen der Luftschalldämmung der Fensteraußenwand reagiert werden kann. Das Fenster hat die Form eines Kasten- oder Doppelfensters mit einem außenseitigen Isolierglasfenster und einem innenseitigen Einfachfenster, das aus Schallschutzgründen unterschiedliche Scheibendicken aufnehmen kann. Die Anordnung derThermoscheibe in der Außenschale hat als Aufgabe das Vermeiden von Kondenswasser und dient der Verbesserung des energetischen Wirkungsgrades.

Im unteren Fensterbereich sind zwei Öffnungen, durch die Luft wahlweise in den Fensterzwischenraum oder direkt in den Raum gelangen kann. Im oberen Fensterbereich sind ebenfalls zwei Öffnungen, durch die die Spaltluft aus dem Fensterzwischenraum entweder in den Raum oder nach außen geführt wird. Die Öffnungen sind mit Schlitzschiebern oder Klappen versehen, die parallel gegeneinander arbeiten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1: Vertikalschnitt — Fenster — Brüstungsbereich ' .

Fig.2: Vertikalschnitt — Schaftbereich

Fig.3: Horizontalschnitt — Brüstungsbereich

Fig.4: Horizontalschnitt—Fenster — Schaftbereich

Fig.5: Funktions-Ansicht

Die hinterlüftete Fenster-Außenwand besteht aus einer Wetterschale 1 aus Schwerbeton, wie in Fig. 1 dargestellt, mit rückseitiger Wärmedämmung 11 und Luftleiteinrichtungen. Diese Luftleiteinrichtungen 9 sind strömüngsgerechte Verdickungen der Wetterschale 1, die im Randbereich den Hinterlüftungsspalt 4 vollständig versperren, so daß die Luft in das Plattenzentrum und in den Brüstungskanal 6 einer darüber befindlichen Platte strömt. Eine solche Luftführung bewirkt eine höhere Lufterwärmung und eine optimale Ausnutzung des Transmissionswärmerückgewinnungseffektes, da zunächst der gesamte Hinterlüftungsspalt 4 einer Außenwand durchströmt werden muß, bevor die Luft über eine Mischkammer 7 und einen Brüstungskanal 6, der als Schallabsorptionskanal wirkt, in den Fensterzwischenraum 5 der nächsten Außenwand gelangt.

Die separate Wetterschale 1 kann auf vorteilhafte Weise gefertigt werden und man ist in der Lage, sieden Anforderungen Wetterschutz und Gestaltung optimal anzupassen. Sie kann darüber hinaus in eine niedrige Laststufe eingeordnet werden, was insbesondere beim Bauen auf beengtem Raum von Vorteil sein kann. Die Innenschale besteht aus einer Wärmedämmschicht 2 und aus einem Wandbaustoff 3 mit günstigen bauphysikalischen sowie technisch-ökonomischen Merkmalen, z.B. Gips oder Anhydrit. Die Hauptanforderungen Wärme- und Luftschalldämmung dieses Außenwandteiles können durch die leichte Variierbarkeitder Dämmstoffdicke und des Flächengewichtes des Wandbaustoffes 3 für jeden denkbaren Fall erfüllt werden. Es ist sowohl eine montagefähige Lösung, bestehend aus einem Gipsfertigteil 3 mit äußerer Wärmedämmschicht 2 möglich, als auch handmontierte Lösungen aus kleinformatigen Wandbaustoffen 3 mit dem Vorteil geringen Stahl- und Vorfertigungsaufwandes.

Zur Herstellung eines stabilen Hinterlüftungsspaltes 4 zwischen Wetterschale 1 und Innenschale werden senkrechtprofilierte Tafeln 12 an der Außenschale befestigt, bevor die Wärmedämmschicht 2 der Innenschale montiert wird. Lediglich ein schmaler Streifen im unteren Teil der Außenwand ebenso wieein vertikaler Streifen unter dem Fenster bleiben frei von diesen Tafeln. Der erste Streifen bildet die Mischkammer 7, während der zweite den Brüstungskanal 6 darstellt, der je nach Bedarf mit zusätzlichem schallabsorbierenden Material 10 ausgekleidet werden kann, soweit das nicht bereits durch die vorhandene Wärmedämmschicht 2 gegeben ist. Der Brüstungskanal 6 wird so zu einem dämpfungsvariablen Absorptionsschalldämpfer. Das Fenster wird als Kasten- oder Blendrahmendoppelfenster ausgebildet. Das Fenster besteht aus einer Fensteraußenschale 13 mit Isolierverglasung und aus einer Fensterinnenschale 14 mit Einfachverglasung unterschiedlicher Scheibendicken, um auch an dieser Stelle höheren Schallschutzforderungen durch Einsatz größerer Glasdicken gerecht werden zu können. Die Funktionsfugen des inneren und äußeren Fensterflügels können je nach Fensterkonstruktion und den Anforderungen entsprechend durch Profil- oder Moosgummi abgedichtet werden. Im unteren Fensterbrett befindet sich eine verstellbare Öffnung 15, die den Lufteintritt vom Brüstungskanal 6 in den Fensterzwischenraum 5 ermöglicht. Eine zweite verschließbare Öffnung 16 befindet sich im inneren unteren Fensterrahmen, um im Sommerfall den direkten Luftübertritt vom Brüstungskanal 6 in den zu lüftenden Raum zu ermöglichen. Weiter befinden sich eine verschließbare Öffnung 17 im inneren oberen Fensterrahmen für den Winterfall und eine zweite verschließbare Öffnung 18 im äußeren oberen Fensterrahmen für den Sommerfall. Es ist vorteilhaft, die Öffnungen 16,17 und 18 mittels Schlitzschiebern und Gestänge von einem Bedienelement aus auf den Winter- oder Sommerbetrieb einzustellen.

Im Winterfall tritt Außenluft über die Horizontalfugen 8 in den Hinterlüftungsspalt 4 ein und wird durch Transmissionswärmeverluste der Innenschale bzw. durch Strahlungswärmegewinne der Wetterschale 1 erwärmt. Sie durchströmt die Außenwand und wird schließlich durch die Luftleiteinrichtungen 9 in den zentralen Bereich der Mischkammer? der Außenwand des darüber liegenden Geschosses gelenkt, wo sie sich mit einem Teil neuer Frischluft vermischt und in den Brüstungskanal 6 strömt. Von hier gelangt die Luft über die verstellbare Öffnung 15 im Fensterbrett, wobei die Öffnung 16 geschlossen ist, zur weiteren Erwärmung in den Fensterzwischenraum 5. Die erwärmte Luft gelangt über die Öffnung 17 bei geschlossener Öffnung 18 in den zu lüftenden Raum. Bei mittleren winterlichen Bedingungen mit einer Außenlufttemperatur von 0 Grad C, einer Raumtemperatur von 20 Grad C und einem Luftdurchsatz von etwa 20m³/h, was etwa dem hygienisch notwendigen Luftvolumenstrom eines kleinen Wohnraumes entspricht, erfährt die Spaltluft eine Erwärmung zwischen 8 K ohne Sonnenzustrahlung und etwa 13K mit intensiver Besonnung der Fensteraußenwand. Der energetische Gewinn bezogen auf die Wärmeverluste der Fensteraußenwand ohne Hinterlüftungsspalt 4 und einer 20m³/h entsprechenden Lüftungsheizlast liegt zwischen 10% ohne und 35% mit Besonnung.

Die Durchströmung der Fensteraußenwand erfolgt in Abhängigkeit von der Luftaufwärrnung und des damit verbundenen thermischen Auftriebs, der Druckdifferenz zwischen Aus- und Einströmöffnung infolge Windanströmung, in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Drucksenken im Gebäude wie Abluftschächte, Abgasschornsteine und mechanische Abluftanlagen sowie in Abhängigkeit von Strömungswiderständen. Stabile Strömungsverhältnisse werden beim Vorhandensein mechanischer Abluftanlagen erreicht, sie sind jedoch zum Funktionieren dieses Systems nicht zwingend notwendig. Bei Gebäuden mit natürlicher Lüftung kann es allerdings bei höheren Windgeschwindigkeiten auch zu umgekehrten Strömungsrichtungen in der windabgewendeten Seite der Fensteraußenwand kommen. In diesen Fällen strömt Raumluft durch Fensterzwischenraum 5 und Hinterlüftungsspalt 4 ab, was energetisch keinen Nachteil erbringt weil der Wärmeinhalt der Abluft zur Aufwärmung der Kanalinnenoberflächen genutzt wird und damit das treibende Temperaturgefälle der Außenwand und des Fensters reduziert werden. Der möglichen Kondenswasserbildung an den Außenschalen wird durch die Isolierverglasung und Wärmedämmung der Wetterschale 11 begegnet.

Im Sommer wird die Öffnung 15 im Fensterbrett zu ²Iz geschlossen und die Öffnung 16 vollständig geöffnet, so daß mäßig erwärmte Luft zur Raumlüftung zur Verfügung steht. Ein geringerTeil der Spaltluft strömt weiter in den Fensterzwischenraum 5, die Feristerabluft wird jedoch bei geschlossener Öffnung 17 im inneren oberen Fensterrahmen durch die Öffnung 18 nach außen geleitet. Dadurch werden bei Sonnenbestrahlung die Scheiben gekühlt und Strahlungswärme aus dem Fensterzwischenraum 5 abgeführt. Bekannt ist in diesem Fall die Anordnung einer Jalousie im Fensterzwischenraum, deren absorbierte Sonnenstrahlung durch den Kanalluftstrom abgeführt wird, wodurch man die Sonnenschutzwirkung der Jalousie der einer Außenjalousie annähert, ohne sie den Belastungen, die Außenjalousien durch die Witterung erfahren, aussetzen zu müssen. Damit wird letztlich auch im Sommerfall ein positiver Effekt durch Reduzierung der Strahlenlast des Raumes bewirkt.

Claims (3)

1. Hinterlüftete Fenster-Außenwandkonstruktion zur energiesparenden Raumlüftung,dadurch gekennzeichnet, daß durch Horizontalfugen (8) eintretende Außenluft im Hinterlüftungsspalt (4) des Schaftbereiches einer Fensteraußenwand, bestehend aus einer Wetterschale (1) mit zusätzlicher kanalseitiger Wärmedämmung (11) und mit strömungsgerechten Luftleiteinrichtungen (9) sowie aus einer Innenschale mit variabler Wärmedämmschicht (2) und einem variablen Wandbaustoff (3) aufgewärmt wird und einer Mischkammer (7) einer anderen Außenwand zur Vermischung mit frischer Außenluft sowie anschließend einem schallabsorbierenden Brüstungskanal (6) zugeführt wird und von hier über eine verstellbare Öffnung (15) in den Fensterzwischenraum (5), begrenzt durch ein äußeres Isolierglasfenster und ein inneres Einfachfenster mit variabler Glasdicke, zur weiteren Erwärmung gelangt und schließlich durch eine verschließbare Öffnung (17) im inneren oberen Fensterrahmen dem angrenzenden Raum als erwärmte Frischluft zur Deckung des aus hygienischen, bautenschutztechnisch oder technologischen Gründen notwendigen Luftvolumenstrom zugeführt wird.

2. Hinterlüftete Fenster-Außenwandkonstruktion zur energiesparenden Raumlüftung nach Punkt 1,dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung von zusätzlichem Schallabsorptionsmaterial (10) im Brüstungskanal (6) dieser als dämpfungsvariabler Absorptionsschalldämpfer ausgebildet wird.

3. Hinterlüftete Fenster-Außenwandkonstruktion zur energiesparenden Raumlüftung nach Punkt 1,dadurch gekennzeichnet, daß im Sommerfall ein Teil der Frischluft aus dem Brüstungskanal (6) über die Öffnung (16) direkt in den Raum zur Lüftung gelangt und der andere Teil der Frischluft aus dem Brüstungskanal (6) den Fensterzwischenraum (5) zu dessen Kühlung und Abführung von Strahlungswärme durchströmt und über die Öffnung (18) nach außen geführt wird.