DE19749764A1 - Verfahren der Spitzenkühlung mittels Latentspeicherwänden und -bauteilen - Google Patents
Verfahren der Spitzenkühlung mittels Latentspeicherwänden und -bauteilenInfo
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Description
Gegenstand der Neuerung ist ein Verfahren zur Speicherung von Wärme in Außen- und
Innenwandflächen mittels Latentspeichermassen, die
- - die Wärmekapazität der Flächen erhöhen,
- - bei Außenwandflächen den Wärmdurchgang begrenzen, indem
- - die Schmelzwärme den Gewichtsfaktor belastungsabhängig entkoppelt und
- - die Raumreaktion von den regelungstechnischen Funktionen Sprungantwort (Übergangsfunktion) bzw. Impulsantwort (Gewichtsfunktion) von den Aussen- und Innentemperaturen und der Strahlungsbeeinflussung thermisch unabhängig wird. Die Phasenverschiebung erfolgt bilateral.
Während das Bauwesen den stationären Wärmedurchgang, geregelt durch die Wär
meschutzverordnung, durch Isolierungen begrenzt, bemüht sich die VDI 2078, Kühl
lastregeln, durch einen Temperaturfaktor den Strahlungsaustausch rechnerisch zu
linialisieren und Speicherfähigkeit des Gebäudes grob mittels Aktions- und Reakti
onsgrößen, unter Anwendung einer Bezugstemperatur von 22°C als dynamische
Raumbelastungen und Raumreaktionen, numerisch darzustellen. Baumassen und
deren Speicherkapazität werden durch spezifische Kenngrößen geschätzt, ohne
exakt deren Amplitutendämpfung erfassen zu können.
Untersuchungen haben gezeigt, daß moderne Vollwärmeschutzhäuser den Bauarten
um die Jahrhundertwende wegen des Wärmerückgewinns bei Wintertemperaturen
ebenbürdig sind. Wird jedoch der sommerliche Wärmeschutz in die Jahresbilanz
einbezogen, sind vollisolierte Gebäude wegen geringer Speichermassen von den
sommerlichen Außentemperaturen thermisch nicht mehr entkoppelt. Der Aufbau von
Gebäuden mit homogenen großen Speichermassen und großen Flächenbedarf ist
wegen der Kosten und aus statischen Gründen in moderner Bauweise nicht mehr
möglich.
Wenn wir eine Klimaanlage entsprechend dem errechneten Maximum des momen
tanen Wärmeeinfalls auslegen, so bekommen wir je nach Baukonstruktion eine mehr
oder weniger überdimensionierte Anlage. Der momentane Wärmeeinfall in einem kli
matisierten Raum besteht zum größten Teil aus Strahlungsenergie. Strahlungsener
gie ergibt keine sofortige Temperaturerhöhung im Raum, sie muß erst auf einen
festen Körper (Wand, Möbel ect.) auftreffen und von diesem absorbiert werden. Die
absorbierte Energie wandelt sich dabei in Wärme um und erhöht die Oberflächen
temperatur des betreffenden Körpers. Die an die Luft abgegebene Wärme erhöht die
Kühllast, die ins Material abgeleitete Wärme wird gespeichert und erst zu einem spä
teren Zeitpunkt an den Raum abgegeben. Je mehr Wärme das Material speichert
desto höher seine Temperatur und desto kleiner wird seine Speicherfähigkeit.
Bei dem Bau von Bürogebäuden wird etwa seit 1985 das Prinzip verwirklicht, durch
massive Stahlbetonkonstruktionen die hohen internen Lasten im Sommer mittels
baulicher Maßnahmen aufnehmen zu können. Das Prinzip beruht darauf, die tags
über ab einem bestimmten Zeitpunkt anfallenden Wärmemengen in den Massiv
decken einzuspeichern und während der kühlen Nachtstunden, d. h. zu einem spä
teren Zeitpunkt, mit Hilfe von Lüftungsmaßnahmen wieder abzuführen. Die Masse der
Massivdeckenkonstruktion muß hierfür nach thermischen Gesichtspunkten ausgelegt
werden. Mittels großer Luftmengen und Strömungsgeschwindigkeiten müssen die
Wärmeübergangskoeffizenten klein gehalten werden. Die bekannten Konstruktionen
steuern über Luftklappen den Außenluftstrom im Bereich der Zwischendeckenkon
struktion und steuern in der Tagphase die Speicherbeladung und in der Nachtphase
die Speicherentladung. Die Fähigkeit der Deckenmasse, Wärme zu speichern und
wieder abzuführen, beruht auf den instationären Wärmeflüssen, welche durch die
Lüftungsmaßnahmen eingeleitet werden. Dabei kommt den lufttechnischen Faktoren,
wie Luftgeschwindigkeit, Luftmenge, Luftverteilung und Lufttemperatur, welche die
Größe des Wärmeübergangskoeffizienten beeinflussen, besondere Bedeutung zu.
Neben diesen Einflüssen von außen interessiert der Wärmestrom im Speicherinneren
nach Beendigung der Beladungs- und Entladungsvorgänge. Die Temperaturspeizung
im Speicherinneren hängt von den Speicherbeladungs- und Entladungsvorgängen
ab, wobei während der Nachtphase die Speicherentladung zwischen der Oberfläche
und der Speichermasse nur in einer etwa 5 cm tiefen Zone erfolgt. Der asymetrische
Verlauf der Speicherbe- und Entladung hängt von unterschiedlichen Speichertempera
turverteilungslinien und den Temperaturdiffenzen der Luftströme ab.
Eine weitere bekannte Variante ist die Kombination von passiver und aktiver Kühlung,
welche nach Möglichkeit versucht, ohne den Einsatz von Kältemaschinen angenehme
Raumtemperturen zu erreichen, indem die am Tag anfallende Wärme in der
sichtbaren Massivdecke gespeichert wird, während nachts mittels wasserführenden
Rohren, welche in die Massivdecke eingelegt sind, um über Luft- Wasser-Wärme
austauscher nachts Wärme wieder abzuführen. Die Aufwärmung und Abkühlung er
folgt alternierend von Raum zu Raum, die Aufwärmung vom Raum, Abkühlung zum
Kühlrohr.
Die Simulation repräsentativer Räume hat gezeigt, (Programm DOE-2D, US-Depar
tement of Energie, Programm Quick, Centre for Experimental and Numerical Thermo
flow, Universiät Pretoria, R.S.A.), daß unter Anwendung herkömmlicher Systeme ak
tive Kühlung und der Einsatz einer Kältemaschine selbst dann notwendig wird, wenn
sonst alle denkbaren baulichen Maßnahmen ergriffen werden. Unglücklicherweise
benötigen die bisher bekannten Systeme die kälteste Luft und das Kühlwasser dann,
wenn die Außenluft am wärmsten ist. Es muß versucht werden, einen großen Teil der
Kühlarbeit mit der kalten Nachtluft zu realisieren. Dazu muß die Phasenverschiebung
zwischen der Lastspitze und deren Abgabe an die Umwelt opimiert werden.
Die bisher vorgestellten Systeme, Aufnahme der Spitzenlasten in Zwischendecken,
- a) nächtliche Luftführung in Zwischendecke oder
- b) Aufbau eines Heiz- und Kühlsystems mittels in die Zwischendecke eingelegten Rohren mit Luft-Wasser-Wärmetauscher,
haben den Nachteil, daß diese Systeme aus baulichen Gründen nur Sonderfällen
eingesetzt werden können, weil
- a) die Nachströmung der Luft durch Öffnungen in der Fassade oft nicht möglich ist oder Doppelfassadensysteme mit Luftklappen den Kostenrahmen übersteigen,
- b) die Installation einer Zwischendecke zur Aufnahme der Haustechnik notwendig ist.
Die Nutzung der Kühlung der kalten Nachtluft mit einem viel besseren Wärmträger als
Luft, d. h. Wasser mit 4-facher Speicherkapazität und 1000-facher Dichte innerhalb
eines Rohrsystems ist den Luftsystem weit überlegen, hat jedoch den Nachteil, daß
letztlich mit großem Aufwand wasserführende Zwischendeckenkonstruktionen in der
Bauart Kühldecken erforderlich sind.
Latentspeicher nutzen die Latentwärme als diejenige Wärme, die beim Übergang vom
flüssigen in den festen Zustand entnommen und auch wieder zugeführt werden kann,
wobei die Zustandsänderung bei konstanter Temperatur erfolgt. Man kann also über
schüssige Wärme zunächst zum Schmelzen derartiger Stoffe verwenden, um sie spä
ter bei Bedarf wieder durch Entzug zurückzugewinnen oder abzuführen. Die wichtig
sten Anforderungen sind hohe Speicherkapazität, günstige Schmelzpunkte, nicht kor
rosiv, wenig Volumenänderung beim Phasenwechsel, große Leitfähigkeit u. a. Beson
ders geeignet sind einige Salzhydrate, Paraffine und Fettsäuren. Die Schwierigkei
ten bei Unterkühlungsvorgängen der Entladung sowie Stratifikationserscheinungen
halten sich wegen einfache Geometrie der vorgesehenen örtlichen Latenspeicher in
Grenzen.
Gegenstand der Neuerung ist eine Verfahren, welches mit dem Schmelzpunkt des
Latentspeichers eine Bezugstemperatur und mit der Schmelzwärme eine wesentlich
höhere Speicherdichte innerhalb des Raumes ohne umfassende Baumaßnahmen und
technische Einrichtungen zur Verfügung stellt, welches die Hysterese der Funktion
Temperatur-Speicherwärme bei angepaßtem Schmelzpunkt, d. h. Bezugstemperatur
nutzt, eine 100-fache Speicherkapazität des Speichermediums gegenüber Luft inner
halb des Raumes anzubieten.
Das Bezugsniveau der Temperaturdifferenz bestimmt die Wärmebilanz und das
Zusammenwirken der Einzelwärmeströme und ist abhängig von:
- - Wärmeströme durch Fensterflächen aller Orientierungen mit oder ohne Sonnen schutz
- - Wärmeströme durch nicht transparente Außenflächen aller Orientierungen
- - Wärmestrom in Fußboden
- - Wärmestrom in Decken
- - alle internen Wärmequellen
- - Luftvolumen der Außenluftrate zur Frischluftversorgung
- - Innen- und Außenlufttemperatur
- - Speichervolumen der Gebäudes
- - Zeitdauer Be- und Entladung durch innere und äußere Wärmelasten
- - Zeitdauer Be- und Entladung durch Luftvolumen der Außenluftrate zur Frischluftversorgung
- - Wärmeübertragung durch Wärmeströmung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung.
Durch die Berührung zweier Körper verschiedener Temperaturen stellt sich
an der Berührungsfläche die Kontakttemperatur ein, die abhängig von der
Wärmeeindringzahl ist.
b = √λcρ in kJ/m2Kh.1/2.
Für den Baustoff Beton als überwiegende Speichermasse im Gebäude gilt:
b = √1,28.0,88.2,4.0,5 = 0,82 kJm2h.1/2.
Gegenstand der Neuerung ist, mittels eines Latentspeichers als "Störgröße", die
Wärmespeicherkapazität des Gebäudes zu erhöhen und mittels der Schmelztempe
ratur eine fast konstante Bezugstemperatur für die nächtliche Kühle und dem mo
mentanen Wärmeeinfall festzulegen und durch Schmelzwärme die Speicherbela
dung insoweit zu erhöhen, daß wirtschaftlich innere und äußere Wärmelasten ge
speichert und abgeführt werden können. Als Vorausetzung für den Wärmeeindring
zahl als dynamische Komponente gilt für flüssige Medien:
b = √0,6.1.1.0,5 = 0,77 kJm2h.1/2.
Die Wärmeübergangszahlen sind für feste Baustoffe und flüssige Medien ähnlich, die
Wärmeübertragung unterliegt gleichen Voraussetzungen. Folglich kann die Schmelz
wärme eines Latentspeichers für die Aufnahme und Abgabe innerer und äußerer
Lasten herangezogen werden.
Das Prinzip, in Bürogebäuden, welche vorwiegend Wärmeproduzenten sind, Bauteile
nicht nur nach statischen, sondern auch nach thermischen Gesichtpunkten auszu
legen, hat sich nicht durchgesetzt. Die neueren Überlegungen zeigen eine Doppel
fassade als zweite Haut, welche die bereits bekannten Konstruktionsmerkmale auf
greifen, jedoch gleich ungünstige konstruktive Merkmale aufzeigen
Die Merkmale sind:
Die Merkmale sind:
- - große Luftmengen zwecks Speicherentladung
- - geringe ganzjährliche Temperaturdifferenzen von 1,5 K
- - Luftklappenkonstruktionen in Außenfassade
- - Luftklappenkonstruktionen in Außenfassade wegen Außenlärm nicht einsetzbar
- - Luftführung in Zwischendecken bzw. innerhalb massiven Bauteilen
- - Auslegung der Fassaden zwecks Wärmegewinn im Winterbetrieb
- - nahezu doppelte Investionskosten der Außenfassaden
- - keine gesicherten Lastberechnungen bzw. thermische Gebäudesimulation
- - ungesicherte Wirtschaftlichkeitsberechnungen.
Gegenstand der Neuerung ist ein praxisnahes Verfahren für wärmeproduzierende
Gebäude, welche die Speicherung von Wärme in Innen- oder Außenbauteile mittels
Latentspeichermassen nutzt.
Mittels eines Latentspeichers wird es möglich, die Basis Schmelztemperatur und
Schmelzwärme insoweit zu nutzen, daß die Speicherkapazität konstant und nicht
variabel zur Verfügung gestellt wird. Die Entscheidung, ob die Speicherkapazität in
Innen- oder Außenflächen zur Verfügung gestellt wird, hängt von dem Wärmeanfall
der inneren oder äußeren Lasten bzw. dem momentanen Wärmeeinfall durch Strah
lung und Konvektion ab und ist durch Gebäudesimulation zu errechnen.
Gegenstand der Neuerung ist, Latentspeicherkammern innerhalb von Außen- oder
Innenwänden so anzuordnen, daß
- - die Schmelzwärme des Latentspeichers genutzt wird, um
- - thermische Raumbelastungen über den Tagestemperaturverlauf weitgehends auszugleichen, um
- - bei nächtlichen Temperaturen die Lasten wieder abzuführen.
- - Konzepte für Gebäude, die ein Wärmeproduzent sind, realiert werden können.
Als Speicherstoffe bieten sich eine Reihe von Stoffen an, welche wegen der Dichte
änderung auch die mechanische Belastbarkeit des Latentspeicherkörpers bestim
men. Für weitere Betrachtungen wurde Paraffin auch gewählt, dessen Schmelzpunkt
sich von 21 bis 54°C einstellen läßt, plastisch bleibt und frostsicher ist.
Spezifische Wärmekapazität beträgt bei
Baustoffen | 0,80 kj/kgK |
Wasser | 4,18 kj/kgK |
Paraffinöl | 2,13 kj/kgK |
die Schmelztemperatur beträgt
Wasser | 0°C |
Paraffinöl z. B. | 22°C |
KF.4 H2O | 18,5°C |
die Schmelzwärme beträgt bei
Wasser | 333 kJ/kg (93 W/kg) |
Paraffinöl | 201 kJ/kg (56 W/kg) |
KF.4 H2O | 336 kj/kg (93 W/kg) |
Das stark vereinfachte Rechenbeispiel soll nur zur Abschätzung einer Konstruktions
größe des Latentspeichers dienen; genauere Berechnungen über Gebäudesimula
tionen zeigen ähnliche Ergebnisse. Über die Grenzwertmethode läßt sich die Latent
speichergröße festlegen.
Die Transmissionswärmemenge durch eine Wand beträgt beispielsweise bei Som
menbetrieb über 24 Stunden bei einer Temperaturspanne von 10 K:
Qt = k.Δt.h = 1.10.24 = 240 W bei 300 kg/m2.
Die Strahlungswärme beträgt bei einer Sonnenluftemperatur von 54°C in 8 Stunden ca.
250 W.
Die Latentspeicherwand hat folgende Wärmemenge in seinem Latentspeicher auf
zunehmen:
Transmissionswärme: | 240 W/m2 in 24 h bei 300 kg/m2 |
Strahlungswärme/Schmelzwärme: | 260 W/m2 in 24 h in 5 kg/m2 |
Speicherwärme Wand + Speicher: | 500 W/m2 in 24 h entspricht 625 kg/m2 |
Das Speicherverhalten der Wand mit Latentspeicher entspricht folglich bei som
merlichen Temperaturen einer Wand von doppelter Wandstärke. Die Vorausset
zungen für einen Wandaufbau in Richtung SO, S, SW und W sind für den som
merlichen Wärmeschutz realisierbar.
Technologien für die Gebäude von Morgen haben das Ziel, Fenster und Vergla
sungen zu optimieren und durch transparente Wärmedämmungen von Außenwän
den die passive Solarenergienutzung im Winter zu nutzen, ohne jedoch eine Behag
lichkeit im Sommer bieten zu können. Aufwendige technische Systeme versuchen,
kumulierte Energiesysteme darzustellen, um des gesamten Jahresenergiebedarf
eines Wohnhauses zu optimieren und um den Wärmebedarf zu vertretbaren Kosten
abzudecken. Wegen zu geringen Luftwechsels der Fugenlüftung und Schadstoffen
im Gebäude wird in Zukunft eine kontrollierte Be- und Entlüftung mit Wärmerückge
winnung erforderlich.
Wirtschaftgebäude unterliegen anderen Kriterien. Der Investor ist nicht bereit, teure
mechanische Systeme auch wegen der Folgekosten zu installieren, obwohl die
Leistungsfähigkeit der Beschäftigten bei dieser Art von Gebäuden als Wärmeprodu
zent herabgesetzt ist und in Zukunft die Mitarbeiter immer höheren Anforderungen
ausgesetzt sind. Die Arbeitsleistung ist herabgesetzt und die Fehlerquote steigt
ohne sommerlichen Wärmeschutz unvertretbar.
Wird vorausgesetzt, daß vernünftige Tageslichtberechnungen die Fensterflächen
minimieren, ist das vorgestellte System bei vertretbaren Kosten in der Lage,
- - auch ohne Kühleinrichtungen auszukommen, oder
- - zumindest eine Klima- bzw. Lüftungsanlage auf die Außenluftaufbereitung zu reduzieren.
Die Entscheidung, ob eine Klimarisierung von z. B. Büroflächen zum Einsatz kommen
soll, hängt von folgenden Parametern ab:
- - thermische Gründe, wie Kosteneinsparung gegenüber unkontrollierter Fenster lüftung.
- - akustische Gründe, wie Fenster können wegen Außenlärm nicht geöffnet werden
- - hygienische Gründe, wie ausreichener Raumluftwechsel mindestens 2-fach
- - physikalische Gründe, wie Schachteffekt in hohen Gebäuden, d. h. notwendiger Überdruck.
Die Entscheidung, ob die Gesamtkühllast bei konstanter oder variabler Raumtem
peratur abzuführen ist, hängt von folgenden Wärmelastkomponenten, welche im
Tagesgang zu addieren sind, ab:
- - Strahlungwärme
- - Transmissionwärmelast Außenwand
- - Sekundärwärmespeichestrom
- - Wärmeprozenten im Raum
- - Personen
- - Transmissionswärmelast Fenster.
Das Berechnungsverfahren Gesamtkühllast bei variabler Raumtemperatur scheidet
aus, wenn die Einhaltung einer konstanten Raumlufttemperatur gefordert wird.
Latentspeicher sind dann nicht sinnvoll einzusetzen. Besteht diese Forderung nicht,
muß im Interesse einer wirtschaftlichen Bemessung überprüft werden, ob eine
Anwendung zweckmäßig ist. Dazu dienen nachstehende Kriterien:
- 1. Die Anwendung ist sinnvoll bei einem Tagesgang der Gesamtkühllast (ermittelt für eine konstante Raumlufttemperatur) mit ausgeprägtem Maximum.
- 2. Die Anwendung ist nicht sinnvoll bei Raumlufttemperaturanhebungen von nur 2 K.
- 3. Die auftretende Sekundärspeicherwärme ist abhängig von den Speichereigen schaften des Raumes, charakterisiert durch den gemittelten Schichtspeicherko effizienten und den zugelassenen Abweichungen.
Folgende Berechnungsverfahren, d. h. Regelungsart, bestimmen den Raumtempe
raturverlauf:
Typ I: Raumtemperatur gleitend geführt, z. B. in Abhängigkeit von der Außenluft temperatur
Typ II: Raumtempertur schwankend wie Typ 1, aber ohne feste Zuordnung zu einer Führungsgröße
Typ III: Raumlufttemperatur schwankt um Mittelwert (Kosinusfunktion).
Typ I: Raumtemperatur gleitend geführt, z. B. in Abhängigkeit von der Außenluft temperatur
Typ II: Raumtempertur schwankend wie Typ 1, aber ohne feste Zuordnung zu einer Führungsgröße
Typ III: Raumlufttemperatur schwankt um Mittelwert (Kosinusfunktion).
Die maximale Verringerung der Gesamtkühllast ist dann zu verzeichnen, wenn die
Raumlufttemperaturanhebung und -absenkung dem Kühllastverlauf synchron zuge
ordnet wird. Die maximale Raumlufttemperaturerhöhung liegt dann zum Zeitpunkt des
Gesamtmaximums vor. Damit kann die zeitliche Zuordnung der stündlichen Sekundär
speicherwärmeströme vorgenommen werden. Bei Vorliegen einer Führungsgröße
hat die Zuordnung dieser entsprechend zu erfolgen.
Der Gegenstand der Neuerung ist die Zuordnung einer Führungsgröße durch einen
Latentspeicher
welcher dynamisch den Sekundärspeicherstrom durch die Schmelztemperatur eine Führungsgröße fixiert und die Auslegung nach dem Berechnungsverfahren Typ III durch die Schmelzwärme um einen Mittelwert als Kosinusfunktion, d. h. Raumlufttemperatur bei eingeschwungenen Zustand, ermöglicht.
welcher dynamisch den Sekundärspeicherstrom durch die Schmelztemperatur eine Führungsgröße fixiert und die Auslegung nach dem Berechnungsverfahren Typ III durch die Schmelzwärme um einen Mittelwert als Kosinusfunktion, d. h. Raumlufttemperatur bei eingeschwungenen Zustand, ermöglicht.
Eingeschwungener, quasistationärer Zustand bedeutet, daß der Tagesmittelwert der
Raumlufttemperatur sich von dem des Vortages nicht wesentlich unterscheidet. Die
ser kann dann aus der Bilanz der Wärmeströme ermittelt werden, in der keine Spei
chervorgänge mehr berücksichtigt werden müssen. Die Amplitude der Raumlufttem
peratur errechnet sich aus einer Bilanz der zeitabhängigen Wärmeströme ein
schließlich der Sekundärspeicherung, die durch das Wärmeabsorptionsvermögen des
Raumes verursacht wird. Für die Berechnung des Wärmabsorptionsvermögens des
Raumes wird vereinfachend der mittlere Schichtspeicherkoeffizient des Raumes ver
wendet. Die Phasenverschiebung der Raumlufttemperatur gegenüber dem resutie
renden Maximum von Wärmelast und Lüftungswärmestrom wird vernachlässigt.
Der Gegenstand der Neuerung ist die Reduzierung Phasenverschiebung.
Der dynamische Latentspeicher nimmt zum Zeitpunkt der Entstehung der zeitab
hängigen Wärmeströme die Spitzenlasten auf, um diese bei negativen Tempera
turniveau mit oder ohne raumlufttechnische Anlagen nachts wieder abzugeben.
Die Berechnung der Raumlufttemperatur erfolgt nach folgenden Kriterien:
- - Raumluftzustand bei eingeschwungenem Zustand
- - Raumluftemperatur nicht eingeschwungene Zusand
- - Raumluftemperatur bei unterbrochenem Betrieb
- - Raumluftzustand bei Wärmelastspitzen.
Der Gegenstand der Neuerung ist der eingeschwungene Raumluftzustand mittels
Latentspeicher, um folgende Aufgabenstellungen anwenden zu können:
- - Berechnung des Außenluftförderstromes für lufttechnische Anlagen ohne ther mische Luftaufbereitung im Sommer, die eine maximale Raumluftemperatur unter Auslegungsbedingungen, sowie Einhaltung einer bestimmten Überschreitungs häufigkeit garantieren.
- - Berechnung der Raumlufttemperatur bei bekannten Außenluftförderstrom durch Fugenlüftung, Fensterlüftung und lufttechnische Anlagen.
- - Transmissions- und Strahlungsaustausch nachts/tags, mit/ohne Sonnenschutz.
Als Anwendungskriterien für die Anwendung des Berechnungsverfahrens gelten
nachstehende Vorausetzungen:
- - Durchgehender (24stündiger) oder eingeschränkter Betrieb der lüftungstech nischen Anlage
- - Ideale Raumdurchmischung, d. h. es kann von einer repräsentativen Raumluft temperatur ausgegangen werden
- - es liegt ein eingeschwungener Zustand vor.
Für die Hauptanwendung des Verfahrens, es liegt ein eingeschwungener Zustand vor,
d. h. die Volumenstromberechnung lufttechnischer Anlagen ohne thermische Luftauf
bereitung im Sommer, ist im Regelfall durch diese Vorausetzung erfüllt. Bei kleinem
Volumenstrom (z. B. Fensterlüftung und Fensterlüftungsgeräte) und großem Speicher
vermögen (< 500 kg/m2.) ist obiges Kriterium zu überprüfen. Liegen die berechneten
Werte höher als die zu erwartende Raumlufttemperatur (z. B. sommerlicher Wärme
schutz), so sind übliche raumlufttechnische Anlagen oder Kühleinrichtungen einzu
setzen.
Einfluß auf den Tagesgang der Raumlufttemperatur im eingeschwungenem Zustand
nehmen die Wärmelast, der Förderstrom der Lüftungseinrichtung und das Wärme
absorptionsvermögen des Gebäudes.
Einige Komponenten der Wärmelast sind von der der Berechnung zugrunde gelegten
Raumlufttemperaturen abhängig.
Diese Komponenten müssen für eine Bezugstemperatur berechnet werden.
Dafür eignet sich üblicherweise der Tagesmittelwert der Außenlufttemperatur oder
eine technische Einrichtung innerhalb des Raumes, d. h. Latentspeicher, welche die
Funktion der Bezugstemperatur übernehmen kann und die Phasenverschiebung der
Raumtemperatur gegenüber dem resultierenden Maximum von Wärmelast und Wä
rmeluftstrom ermöglicht.
Der Gegenstand der Neuerung ist mittels Latentspeicher eine Bezugstemperatur
innerhalb des Raumes festzulegen um die Außenlufttemperatur nicht als Führungs
sondern als Regelgröße des Latentspeichers rechnerisch in Ansatz bringen zu kön
nen.
Gegenüber einer konstanten Raumlufttemperatur ergibt sich gegenüber einer variab
len Raumtemperatur eine Verringerung des Maximalwertes von ca. 35%. Bei der In
tallation einer lüftungstechnischen Anlage sind folglich 65% des Nennvolumen
stromes und entsprechend reduzierter Kälteleistung erforderlich und es ergibt sich
unter Auslegungsbedingungen eine Anhebung der maximalen Raumlufttemperatur
von etwa 4 K gegenüber dem Sollwert. Diese Temperaturerhöhung gegenüber dem
Sollwert wird durch das Speichervermögen des Latentspeichers tagsüber aufgenom
men und nachts wieder abgeführt, sodaß sich eine weitere Näherung zum Sollwert
darstellt und die lüftungstechnische Anlage nur noch die Aufgabe Frischluftversor
gung übernimmt.
Es ist der Förderstrom zu bestimmen, der die Einhaltung der zulässigen Ausle
gungsbedingungen gewährleistet. In Abhängigkeit von der spezifischen inneren
Kühllast liegt die zulässige maximale Raumlufttemperatur etwa 3 bis 5 K über dem
Maximalwert des gewählten Ganges der Außentemperatur. Bei Gewährleistung der
zulässigen Maximalwerte unter Auslegungsbedingungen ist die Einhaltung der zu
lässigen mittleren Überschreitung der festgelegten Werte der Raumlufttemperatur
gesichert. Die Rechnung ist als Variantenrechnung für mehrere Volumenströme
durchzuführen, eine Verringerung des Außenluftstromes um jeweils 25-30% ist
möglich.
Eine weitere Absenkung des Außenluftstromes ist möglich, weil sich durch die Auf
nahme der Spitzenlasten in dem Latentspeicher die Erhöhung der Raumlufttempe
ratur derart begrenzt und zwischenspeichert, bis der Außenluftstrom mit niedriger
Temperatur die Abgabe der Spitzenlasten übernimmt.
Berechnungen zeigen, daß die resultierende Zeitverschiebung des Wärmewerts des
Förderstrom ausreichen, ganz auf die Installation von Zu- und Abluftanlagen zu ver
ichten, wenn die Fugenlüftung für die Außenluftversorgung tagsüber ausreicht und
nachts über einfache mechanische Fensterlüftungsgeräte der Wärmestrom abgeführt
wird. Die Vorrüstung üblicher Bürogebäude erfordert somit nur noch die Installation von
Latentspeicherbauteilen und die fallweise dezentrale Anordnung von Umluft
kühlgeräten, vorzugsweise mit Teilentfeuchtung, nur für Raumbereiche mit hohen
Lasten.
In eine Wand werden Einzelkammern oder Flächen mit Latentspeichermassen, vor
zugweise mit metallischer Hülle eingebracht. Durch die Lage, die Auswahl des La
entspeichermediums und die Form lassen sich die Wärmeströme als finite Elemente
optimieren. Der Einbau kann vor Ort oder vorgefertigt in Einzelbauteilen oder in
Großflächen erfolgen und erfordert keine zusätzlichen Fertigkeiten. Latentspeicher
körper in Betonmassen lassen sich bei hochbelastenen Teilen auch zur Aufnahme der
Abbindewärme oder zur gleichmäßigen Erwärmung von Betonkonstuktionen bei
stark strahlungsbelasteten Bauteilen anwenden. Grundsätzlich können Latentspei
cher eingesetzt werden in
- - Außenbauteilen bzw. Wänden
- - Innenbauteilen bzw. Wänden
- - Heiz- bzw. Kühlflächen, wie Heizkörper oder Kühldecken.
In ein Porotonwandteil von 40 cm Stärke, 25 cm Breite und 25 cm Höhe werden mittig
ein Metallzylinder mit Parafin als Latentspeicher mit < 50 mm, < 100 mm in einer
Höhe von ca. 20 cm in vorgefertigte Kammern im Mauerstein (Versuchsaufbau mit
Bohrungen) eingesetzt. Die Speichermasse beträgt < 10 kg/m2 < 50 kg/m2. Für eine
Anpassung an die Erfordernisse besteht wegen spezifischer innerer Lasten des
Nutzers ein Spielraum. Eine Überdeckung der Speichermasse durch Wandflächen ist
auch bei einem Einsatz von brennbarer Latentspeichermasse (z. B. Parafin : Verdamp
fungstemperatur 300°C) beherrschbar. Der Einsatz größerer Einheiten ist auch in vor
gefertigten Wänden und in Fertigbetonteilen möglich. Grundsätzlich ist festzustellen,
daß es unerheblich ist, ob die Speicherkapazität in Innen- oder Außenflächen zu Ver
fügung gestellt wird.
In einem Rigipsbauteil von 10 cm Stärke werden vertikal Metallrechteckrohre 75/150
mm geschoßhoch mit KF.4 H2O/ 18,5°C als Füllung im Abstand von 60 cm als
Tragekonstruktion angeordnet. Die Speichermasse für eine Raumfläche von 10 m2
beträgt ca. 46 kg und kann ca. 4370 W als Speicherwärme aufnehmen und ent
spricht etwa 60 W/m2 interne Lasten über 7 Stunden. Unter der Voraussetzung, daß
die Speicherwärme nachts z. B. über Fensterlüftungsgeräte abgeführt wird, kann die
Latentspeicherwand Komfortbedingungen an die Raumtemperatur ermöglichen.
Die erforderliche Speichermasse beträgt, wie unter 2 dargestellt, z. B. 46 kg oder ca.
46 dm3. Der Konvektorplattenheizkörper mit 600 mm Bauhöhe, 1 Rohrreihe, 2 m
Länge, 5,5 kg Wasserinhalt, 4,14 m2 Heizfläche hat eine Heizleistung bei 80/20°C von
2280 W in der mittleren Heizplatte. Durch Konvektionsflächen sind hintereinander
zwei glatte Flachheizkörper mit 20 mm Stärke miteinander verbunden. In der Bauart
doppellagig hat die Heizplatte 13 m2 Heizfläche und eine Normheizleistung von 3780
Watt. Im Niedertemperaturbereich beträt die Wärmabgabe / Wärmeaufnahme bei 6 K,
5 W/m2K als Konvektionswärme und 5 W/m2K als Strahlungswärme. Über 7 Stunden
Lade-Entlade-Zeit beträgt die mögliche Wärmeübertragung bzw. Speicherwärme auf
die Fläche bezogen:
Q = 6[K].10[W/m2K].13[m2].7[h] = 5460 [W],
d. h. 4370 W Speicherwärme können durch den Latentspeicher aufgenommen
werden. Die Umrechnung der Wärmeauf- bzw. -abgabe über den Temperaturgra
dienten (nach Cammerer) zeigt ähnliche Ergebnisse. Versuchsergebnisse aus ther
mischen Auftriebs- und Fallströmungen ergeben experientell doppelt so hohe Ge
chwindigkeiten (nach Bayley und Eckert), als theoretische oder halbempirische Lö
sungen. In der dreilagigen Konstruktion zirkuliert in der mittleren Heizplatte das üb
liche Pumpenheizwasser, die hinteren und vorderen Kammern sind als Latentspeicher
ausgebildet. Der Pumpenwarmwasserkreislauf kann über einen geschlossenen
Trocken- oder Naßkühler zusätzlich das Gebäude und den Latenspeicher Speicher
wärme zu- oder abführen. Mit dieser einfachen Konstruktion ist es möglich, Wäme
rückgewinn im Winter und Wärmeabfuhr im Sommer ohne aufwendige lufttechnische
Einrichtungen zu realisieren.
Bauart Metallkassettendecke als Latentspeicherkörper mit oder ohne aufgebrachtem
Kühlrohrsystem, als nicht aktives oder aktives Latentspeicherelement, mit oder ohne
oberseitige Isolierung. Der Reihenfolge von unten nach oben besteht die Kühldecke
aus gelochtem Stahlblech, mit oder ohne Akustikflies, Latentspeicherkörper aus Stahl
blech z. B. 20 mm Hohlraum mit Latentspeichermasse, mit oder ohne aufgeklebten
oder aufgebondeten Flachrohrsystem. Das Deckensystem ohne Rohrsystem dient der
passiven und das Deckensystem mit Rohrsystem der aktiven Be- und Entladung.
Eine raumseitige Temperaturregelung kann wegen der konstanten Bezugstemperatur
entfallen. Die Kühlwassertemperatur kann,wenn eine obere Isolierung aufgebracht
wird, unter dem Taupunkt der Raumluft liegen, Wärmetauschersysteme können ent
fallen. Als Nebeneffekt können Metallkassettendecken mit Latentspeicher als Brand
schutzunterdecke ausgelegt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Aus
führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Plattenheizkörper mit Latentspeicher,
Fig. 2 eine Heizplatte mit Latentspeicherkapseln,
Fig. 3 eine Kühl- und Heizdecke mit Latentspeicher,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Einbindung in Energiekonzepte,
Fig. 5 ein Diagramm einer Temperatursimulation für einen warmen Tag,
Fig. 6 schematisch die Einbindung in ein geothermisches Energiekonzept,
Fig. 7 ein Histogramm der Energiebilanz eines Latentspeichers,
Fig. 8 einen Aufbau einer Kühldecke.
Fig. 1 und 2 zeigen den einfachen Aufbau eines Latent-Heizkörpers, welcher in
gleicher Bauart in das bestehende PWW-Heizungsnetz eingebunden werden kann.
Moderne Isoliertechniken und Auflagen nach der Wärmeschutzverordnung haben zur
Folge, daß wesentlich kleinere Heizkörperflächen erforderlich sind, als es die Größe
der Heizkörperbrüstungen zuläßt. In vielen Fällen werden Heizflächen mit erheblichen
Übergrößen eingesetzt, um dem Wunsch des Architekten nach geschlossenen
Frontflächen der Heizkörperbrüstungen zu entsprechen. Der Heizkörper gemäß Fig.
1 enthält eine an einen Vorlauf 3 und einen Rücklauf 4 angeschlossene Heizplatte 5,
wobei eine Teilfläche des Heizkörpers als Heizfläche genutzt wird. Ferner sind
Teilflächen 7 mit Latentspeicher KF.4H2O vorgesehen. Zwischen den genannten
Teilflächen sind ferner Konvektionsflächen 6 vorgesehen. Gemäß Fig. 2 ist die Heiz
körperfläche als Heiz- und Latentspeicherfläche ausgebildet und enthält innenliegen
de Latentspeicherkörper, bevorzugt in Form von Thermac-Kapseln 8.
Fig. 3 zeigt eine Kühl- und Heizdecke mit Latentspeicher. Als interessante Kon
struktionsart bieten sich Metalldeckenflächen der Bauart Kühldecke an, welche
zusätzlich mit Latentspeichermassen ausgerüstet werden. Die Kühldecke bekannter
Bauart wird zusätzlich mit Latentspeichermassen ausgerüstet. In der Bauart Kühldec
ke werden auf die Metallkassetten Oval-Kupferrohre kraftschlüssig und wärmeleitend
aufgeklebt. In gleicher Fertigungsart lassen sich auf die Oval-Kupferrohre Latent
speicherkörper flächig oder als Einzelsegmente Latentspeichermassen aufbringen.
Der besondere Vorteil dieser Konstruktion ist, daß die Ladetemperatur des Latent
speichers auch niedriger als die Schmelztemperatur sein kann, ohne Kondensat
erwarten zu müssen.
Es ist ein Trägersystem 9 der Kühldecke und Metallkassetten 10 vorgesehen, deren
Abmessungen beispielsweise mit 625/625 bis 625/1250 mm vorgegeben werden. Die
Metallkassette enthält eine Perforierung 11 und ferner ist ein Akustikvlies 12 vorge
sehen. Der Latentspeichereinsatz 13 ist für eine Schmelzwärme bei 20°C mit 334
kJ/Kg ausgelegt. Ferner ist ein Kühlrohrsystem 14 für 12/15°C bis 15/20°C mit einem
Kühlwasseranschluß 15 mit einem flexiblen Anschluß 16 vorgesehen. Als Schmutz
wasserschutz dient eine Isolierung 17, beispielsweise Armaflex 9 mm. Ferner ist ein
Anschluß 18 des Kühlrohrsystems für 12/15°C bis 15/20°C vorgesehen.
Fig. 4 zeigt eine Einbindung in ein Energiekonzept, und zwar den Aufbau eines Heiz- und
Kühlsystems mit einer Latentspeicher-Heiz-Kühldecke 19, wobei die bereits vor
handenen Einrichtungen einer Pumpenwarmwasserheizung genutzt werden. Diese
kostengünstige Variante einer Latentspeicherkühlung eignet sich für den Standort als
Heizkörperfläche oder Kühldecke ebenso wie für Nachrüstung und Sanierung beste
hender Anlagen aufgrund von Nutzungsänderungen des Gebäudes. Für die Ein
bindung in BHKW-Konzepte in Verbindung mit Absorptionsanlagen oder auch Ener
giepfählen ist das System auch geeignet. Die Anlagebauart Energiepfähle und Heiz-
Kühldecke ist besonders effektiv, weil das Temperaturniveau der Energiepfähle der
Entladungstemperatur des Latentspeichers entspricht und die Einrichtung Ener
giepfähle nachts eingesetzt werden kann, also zu einem Zeitpunkt, an dem keine
Kühlarbeit von der Kältemaschine benötigt wird.
Schematisch ist eine Latentspeicher-Heiz-Kühldecke 19 dargestellt mit Verbindungs
leitung zu einem Heizkessel 20, einer Kältemaschine 21 und einem Naß-Trockenküh
ler 22. Ferner sind Energiepfähle 23 bzw. BHKW-Abwärmeeinheiten 24 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt in einem Diagramm das Temperaturverhalten in einem Büroraum von 25
m2 mit einem Latentspeicher in einer Temperatursimulation für einen warmen Tag.
Über der Zeit in Stunden entlang der x-Achse ist die Temperatur entlang der y-Achse
in °C dargestellt. Die Kurve c zeigt den Temperaturverlauf der Außentemperatur und
die Kurve d den Temperaturverlauf der Innentemperatur.
Fig. 6 zeigt eine typische Einbindung in ein Energiekonzept, nämlich das Verfahren
der Spitzenkühlung mittels Latentspeicherwänden und -bauteilen bzw. das geother
mische Energiekonzept mit Tiefgründung von Energiepfählen 25 für 10/15°C. Es sind
ein Kühlkreislauf 26 für 10/15°C, ein Wärmeaustauscher 27 für die Energiepfähle 25
und die Latentspeicher vorgesehen. Die Latentspeicher sind als Kühldecken 28 für
15/20°C ausgelegt und es ist ein naß-geschlossener Kühlturm 29 für 15/25°C
vorgesehen. Des weiteren sind eine Wasser-Wasser-Kältemaschine 30 für 6/12°C,
Kälteverbraucherzentralgeräte 31 für 6/12°C bzw. dezentrale Kälteverbraucher 32 für
6/12°C vorgesehen. Der tagsüber wirksame Kühlkreislauf ist für 15/20°C ausgelegt.
Fig. 7 zeigt ein Histogramm einer Energiebilanz bei Einsatz eines Latentspeichers.
Beispielshaft wird von einem Raum mit 10 m2 und 60 W/m2 ausgegangen, welcher
eine Kühldecke mit Kühlrohren aufweist. Die Bereiche 34 beziehen sich auf eine
latente Speicherentladung. Die Bereiche 35 betreffen die Entladung des Raumes. Mit
36 ist die latente Entladung bezeichnet, während mit 37 die Entladung des Gebäudes
bezeichnet ist. Ferner ist die maximale Innentemperatur 38, die Innentemperatur 39
und die Außentemperatur 40 angegeben.
Fig. 8 zeigt die Kühldecke mit einer Isolierung 41 als Klimaschutz und auf dem
Latentspeicher 42 verklebte Kühlrohre 43. Der Latentspeicher 42 ist in Stahl-Blech für
21°C ausgelegt und ist unten mit Akustikvlies 44 und ferner mit einer perforierten
Metalldeckenplatte 45 versehen. Der Bereich mit den verklebten Kühlrohren 43 weist
eine Dicke von 10 mm auf, während der Latentspeicher 42 eine Dicke von 20 mm bei
diesem Ausführungsbeispiel besitzt. Das Akustikvlies 44 besitzt eine Dicke von 2 mm
und die perforierte Metalldeckenplatte 49 weist eine Dicke von 10 mm auf.
Fassadenbauunternehmen haben sich zum Ziel gesetzt, über den Architekten und
Bauherren aufwendige Energiekonzepte als Demonstrationsprojekte anzubieten,
welche meist an einer Kosten-Nutzen- Analyse scheitern, weil zwar "die technischen
Möglichkeiten zur (winterlichen) Energieeinsparung bei gleichzeitiger Komfortmaxi
mierung und Optimierung der Arbeitsplatzqualität" angepriesen werden, jedoch wird
nicht berücksichtigt, daß in Wirtschaftsgebäuden als Wärmeproduzenten mit ein
fachsten Heizungsanlagen bereits komfortable Arbeitsplatzbedingungen im Winter
erreicht werden, wenn die Fugenlüftung den hygienischen Ansprüchen durch einen
ausreichenden Luftwechsel sorgt. Die Wärmespeicherung in einem Gebäude ist ab
hängig von der Gebäudestruktur, Ungleichmäßigkeit verschiedener Spitzenbelastun
gen und der Wärmeschichtung in manchen Fällen. Die effektive Kühllast wird be
stimmt durch Baukonstruktion, Sonneneinstrahlung, Beleuchtung und innere Lasten.
Die Leistung der lufttechnischen Anlage, der Kühleinrichtung oder des dynamischen
Latentspeichers wird durch die im Gebäude verbleibende Wärme, der Anfahrlast, der
Betriebszeit und dem momentanen Wärmeeinfall bestimmt. Die Be- und Entladung
eines Latentspeichers mit der Bezugstemperatur eutektischer Schmelzpunkt kann
ohne raumseitige regelungstechniche Komponenten auskommen und dazu beitra
gen, daß mit vertretbaren Kosten die Klimaanlage ihre eigentliche Aufgabe, d. h.
Be- und Entfeuchtung der Raumluft als Komfortanspruch oder betriebtechnische Er
fordernis, auch übernehmen kann. Vernünftigen Energiekonzepten steht vielmals die
Wärmschutzverordnung im Wege. Simulationsberechnungen zeigen, daß bei erheb
lichen inneren Wärmequellen der zu niedrige k-Wert der Glasflächen den Wärmab
fluß im Sommer so gemindert ist, daß die Wärme im Sommer bei nächtlicher Kühle
nur vermindert abströmt. Wird berücksichtigt, daß mindestens der doppelte Preis für
mechanische Kühlung gegenüber Heizkosten anzusetzen ist, sollten Energiekonzepte
Pflicht werden.
3
Vorlauf
4
Rücklauf
5
Teilfläche mit Latentspeicher KF.4H2
O
6
Konvektionsflächen
7
Heizplatte
8
Thermac-Kapseln
9
Trägersystem Kühldecke
10
Metallkassette
11
Perforierung Metallkassette
12
Akustikvlies
13
Latentspeichereinsatz
14
Kühlrohrsystem
15
Kühlwasseranschluß
16
flexibler Anschluß Kühlrohrsystem
17
Isolierung als Schmutzwasserschutz
18
Anschluß Kühlrohrsystem
19
Latentspeicher Heiz-Kühldecke
20
Heizkessel
21
Kältemaschine
22
Naß-Trockenkühler
23
Energiepfähle
24
BHKW-Abwärme
25
Energiepfähle
26
Kühlkreislauf
27
Wärmeaustauscher
28
Latentspeicher-Kühldecken
29
Kühlturm naß-geschlossen
30
Wasser-Wasser-Kältemaschine
31
Kälteverbraucherzentralgeräte
32
Kälteverbraucher dezentral
33
Kühlkreislauf tagsüber
34
Speicherentladung latent
35
Entladung Raum
36
Entladung latent
37
Entladung Gebäude
38
Innentemperatur maximal
39
Innentemperatur
40
Außentemperatur
41
Isolierung
42
Latentspeicher
43
Kühlrohr
44
Akustikvlies
45
Metalldeckenplatte
Claims (10)
1. Verfahren der Speicherung von Wärme in Außen- und Innenwandflächen mit
dem Zweck, mittels Latentspeichermassen die Wärmespeicherkapazität der Flächen
zu erhöhen und bei Außenwandflächen den Wärmedurchgang derart zu begrenzen,
daß die Schmelztemperatur der Bezugstemperatur angepaßt ist, die Schmelzwärme
den Gewichtsfaktor belastungsabhängig und die Raumrekationen von den regelungs
technischen Funktionen Sprungantwort (Übergangsfunktion) bzw. Impulsantwort
(Gewichtsfunktion) von den Außen- und Innentemperaturen und der Strahlungsbeein
flussung thermisch entkoppelt.
2. Konstruktionsmerkmal ist die Anordnung von Latentspeicherkammern in
nerhalb von Außen- oder Innenwänden, welche die Schmelzwärme des Latentspei
chers nutzt um thermische Raumbelastungen über den Tagestemperaturverlauf auch
bei sommerlichen Temperaturen weitgehends auszugleichen, bei Stahlungsbelastun
gen und inneren Wärmelasten die Spitzenlasten aufzunehmen und bei nächtlichen
Temperaturen diese Lasten wieder abzuführen.
3. Konstruktionsmerkmal ist in eine Wand Einzelkammern oder Flächen mit
Latentspeichermassen mit vorzugsweise metallischer Hülle. Durch die Lage, die
Auswahl des Latentspeichermediums und die Form lassen sich die Wärmeströme als
finite Elemente optimieren. Der Einbau kann vor Ort oder vorgefertigt in Einzelbau
teilen oder in Großflächen erfolgen und erfordert keine speziellen Kenntnisse.
4. Die Kombination oder Mischung verschiedener Schmelzpunkte des Latent
speichern zur Festlegung verschiedener Bezugstemperaturen, wie z. B. Sommer und
Winter.
5. Die Anwendung als vorgehängtes Fassadenteil (z. B. Brüstungselement) zur
Aufnahme der Strahlungswärme und aufsteigenden Konvektionswärme der Fenster- und
Fassadenflächen, auch hinterlüftet. Die Fassadenfläche ist in der Bauart Heizkör
perflächen vergleichbar.
6. Die Anwendung in der Bauart Heizkörperflächen, vorzugsweise in Kombination
mit Heizplatten zur Be- und Entladung von Wärme in Einzelräumen unter Anwendung
der Bezugstemperatur Schmelzpunkt und Schmelzwärme. Der Schmelzpunkt liegt
zwischen der täglichen Temperaturspanne von 10 K in hiesigen Breiten, z. B. 14,5°C
nachts, Schmelzpunkt Latentspeicher 19,5°C, Innentemperatur tags 24,5°C.
7. Bauart Kühldeckenkonstruktion mit Latentspeicher, mit oder ohne Kühlrohr
system, sowie die Auslegung als Brandschutzunterdecke.
8. Die Anwendung als Jalousie- bzw. Rolladenelement mit integriertem Latent
speicherkörper, angewandt als Sonnenschutz und Temperaturpuffer für Tag-Nacht-
Betrieb.
9. Konstruktionsmerkmal ist in Rahmenkonstruktionen von Fenster- oder Fassa
denflächen eingesetzter Latentspeicher zur thermischen Entlastung, welche die
thermischen Lasten z. B. von Absorptionsgläsern vermindern.
10. Die Anwendung von Latentspeicherkörper in Betonmassen, welche an hochbe
lasteten Teilen zur Aufnahme der Abbindewärme oder zur gleichmäßigen Erwärmung
von Betonkonstruktionen mit stark strahlungsbelasteten Bauteilen dienen, oder auch
feuerbelasteten Bauteilen, wie z. B. Stahl- und Stahlbetonstützen, eine längere Stand
zeit im Brandfall oder eine Begrenzung der Längenausdehnung ermöglichen.
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EP98962325A EP0953131A1 (de) | 1997-11-11 | 1998-11-06 | Verfahren zur wärmespeicherung mittels latentspeicherwänden und-bauteilen |
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---|---|---|---|
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DE (1) | DE19749764A1 (de) |
WO (1) | WO1999024760A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10240246A1 (de) * | 2001-09-05 | 2003-05-08 | Ivonne Eulenstein | Wärmespeichersystem |
EP1363080A2 (de) * | 2002-05-16 | 2003-11-19 | Josef Heckmeier | Betriebsverfahren für eine Gebäudeheizvorrichtung |
DE10248305A1 (de) * | 2002-10-16 | 2004-05-06 | Barath, Gisela | Vorrichtung zum Temperieren von Räumen |
WO2004072557A2 (de) | 2003-02-11 | 2004-08-26 | Gritzki, Ralf | Energieeffiziente vorrichtung und verfahren zur thermischen kond itionierung von räumen |
DE10354355A1 (de) * | 2003-11-20 | 2005-06-23 | Barath, Gisela | Vorrichtung zum Temperieren von Räumen |
DE102005008536A9 (de) | 2004-02-24 | 2012-09-06 | Volker Fischer | Verfahren und Vorrichtung zur Kühlleistungssteigerung bei Nur-Luft- und Luft-Wasser-Systemen zur thermischen Konditionierung von Räumen |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10321646A1 (de) | 2002-06-03 | 2004-07-15 | Rubitherm Gmbh | Verfahren zur Wärme- und Kälteversorgung eines Raumes und Gebäude mit einer Mehrzahl mit einer Mehrzahl von Räumen |
DE102004025994A1 (de) * | 2004-05-27 | 2005-10-06 | Saint-Gobain Oberland Ag | Latentwärmespeicher für Wandelemente |
DE202008013961U1 (de) * | 2008-10-18 | 2010-03-04 | Uponor Innovation Ab | Kühldeckenelement für abgehängte Gebäuderaumdecken |
DE102009004353A1 (de) | 2009-01-08 | 2010-07-15 | SCHÜCO International KG | Vorrichtung und Verfahren zur Raumtemperierung und thermischen Raumkonditionierung |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4259401A (en) * | 1976-08-10 | 1981-03-31 | The Southwall Corporation | Methods, apparatus, and compositions for storing heat for the heating and cooling of buildings |
NL7811008A (nl) * | 1978-11-06 | 1980-05-08 | Akzo Nv | Inrichting voor het opslaan van warmte. |
AT359242B (de) * | 1979-06-06 | 1980-10-27 | Ernst Baumann | Heinzanlage fuer ein mehrgeschossiges gebaeude |
CA1107592A (en) * | 1979-11-05 | 1981-08-25 | Gerard Wagner | Solar panel |
US4367788A (en) * | 1980-09-08 | 1983-01-11 | Cordon William A | Method and apparatus for storing energy |
US4532917A (en) * | 1983-12-19 | 1985-08-06 | Taff Douglas C | Modular passive solar energy heating unit employing phase change heat storage material which is clearly transparent when in its high-stored-energy liquid state |
-
1997
- 1997-11-11 DE DE19749764A patent/DE19749764A1/de not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-11-06 EP EP98962325A patent/EP0953131A1/de not_active Withdrawn
- 1998-11-06 WO PCT/EP1998/007083 patent/WO1999024760A1/de not_active Application Discontinuation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10240246A1 (de) * | 2001-09-05 | 2003-05-08 | Ivonne Eulenstein | Wärmespeichersystem |
EP1363080A2 (de) * | 2002-05-16 | 2003-11-19 | Josef Heckmeier | Betriebsverfahren für eine Gebäudeheizvorrichtung |
EP1363080A3 (de) * | 2002-05-16 | 2004-06-30 | Josef Heckmeier | Betriebsverfahren für eine Gebäudeheizvorrichtung |
DE10248305A1 (de) * | 2002-10-16 | 2004-05-06 | Barath, Gisela | Vorrichtung zum Temperieren von Räumen |
WO2004072557A2 (de) | 2003-02-11 | 2004-08-26 | Gritzki, Ralf | Energieeffiziente vorrichtung und verfahren zur thermischen kond itionierung von räumen |
DE10354355A1 (de) * | 2003-11-20 | 2005-06-23 | Barath, Gisela | Vorrichtung zum Temperieren von Räumen |
DE10354355B4 (de) * | 2003-11-20 | 2005-08-04 | Barath, Gisela | Vorrichtung zum Temperieren von Räumen |
DE102005008536A9 (de) | 2004-02-24 | 2012-09-06 | Volker Fischer | Verfahren und Vorrichtung zur Kühlleistungssteigerung bei Nur-Luft- und Luft-Wasser-Systemen zur thermischen Konditionierung von Räumen |
Also Published As
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---|---|
EP0953131A1 (de) | 1999-11-03 |
WO1999024760A1 (de) | 1999-05-20 |
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