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Bauelement für Gebäudeaußenflächen
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Die Erfindung betrifft ein Bauelement für Gebäudeaußenflächen mit
einer warmespeicherfähigen innenliegenden Speicherschicht aus einem üblichen Baustoff
und einer außenliegenden warmeisolierenden Därninschicht.
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Der Wärmeverlust eines Raumes ist vorherrschend von der Wärmedämmfähigkeit,
d.h. dem sogenannten Warmedurchlaßwiderstand der außenliegenden Raumumschließungskonstruktion
abhängig, also bei einschichtigen Wänden, z.B. aus Ziegel oder Beton oder einem
anderen üblichen Baustoff mit irgendeiner Wärmedämmzahl, von der Dicke der Wand
abhängig.
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Je nach Art des verwendeten Baustoffs kann die Wand auch mehr-oder
weniger Wärme speichern, um so eine Abkühlung eines zeitweilig ungeheizten Raumes
zu verlangsamen. Um im Sinne rationeller Heizenergienutzung befriedigend Wärmeverluste
von innen nach außen verhindern zu können, müßten derartige Wände sehr dick ausgeführt
sein und würden sie dadurch sehr teuer. Wesentlich besser können Wärme verluste
durch die bekannten mehrschichtigen Wände vermieden werden, die zusätzlich zu der
wärmespeicherfahigen Wandschicht eine besondere Isolations- bzw. Warmedämmschicht
beispielsweise aus einem Kunststoffschaum besitzen.
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Bei außenliegender Dämmschicht bewirkt die innenliegende, aufgrund
der Raumbeheizung erwärmte Speicherschicht eine wenig schwankende innere Wandoberflächentemperatur,
und
die Dämmschicht verhindert resMktive vermindert den Wärmeverlust
aus der Speicherschicht und mithin aus dem Raum nach außen. Die außenliegende Dämmschicht
verhindert jedoch auch, daß von außen zuführbare Wärme, insbesondere Sonneneinstrahlungswärme,
von der Wand aufgenommen und zur Herabsetzung des Wärmebedarfs für die Raumbeheizung
nutzbringend verwertet werden kann.
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Es ist bekannt, daß Sonnenlicht mit Hilfe von Sonnenenergie-Kollekten
in fühlbare Wärme umgewandelt werden kann, die dann mittels eines den wärmetauscherartigen
Kollektor durchströmenden flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgers einer anderweitigen
wärmetechnischen Nutzung zugeführt werden kann.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, im Hinblick aus die Verteuerung
und Verknappung der Primär-Energie in Form von Kohle, Erdöl und Erdgas zu einer
Herabsetzung des Energieverbrauchs für Heizung oder Klimatisierung beizutragen und
ein Bauelement zur Erstellung von Gebäudeaußenflächen, zum Beispiel Gebäudeaußenwänden
oder Decken oder auch schrägen Dachflächen, zu schaffen, welches nicht nur von der
Raumheizung herrührende Wärme speichern und wieder nach innen abgeben kann und Verluste
an gespeicherter Wärme; nach außen verhindern kann, sondern welches trotz der Abschirmung
gegen Wärmeverluste nach außen auch eingestrahlte Sonnenenergie aufnehmen und zur
Unterstützung der Raumheizung speichern bzw. nach innen abgeben kann und welchem
überschüssige
absorbierte Sonnenenergie und/oder überschüssige gespeicherte Wärme für andere wärmetechnische
Zwecke entnommen werden kann und welches darüber hinaus auch die Möglichkeit bietet,
im Bedarfsfalle zur Ergänzung der sommerlichen Raumklimatisierung gekühlt werden
zu können.
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Ausgehend von einem Bauelement der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß in erster Linie dadurch gelöst, daß auf der Außenseite der
Speicherschicht eine Wechselschicht angeordnet ist und auf der Außenseite der Wechselschicht
eine in an sich bekannter Weise durch Sonneneinstrahlung erwärmbare Absorptionsschicht
angeordnet ist, die durch eine transparente, wärmeisolierende Oberflächenschicht
nach außen abgedeckt ist, wobei die Wechselschicht derart ausgebildet ist, daß sie
in einen die Absorptionsschicht mit der Speicherschicht wärmeleitend verbindenden
-Zustand oder in einen die Absorptionsschicht und die Speicherschicht gegeneinander
wärmeisolierenden Zustand veränderbar ist. Die Wech-: seischicht kann beispielsweise
aus zwei dünnen Platten aus einem wärmeleitenden Material bestehen, von denen eine
Platte: auf der Außenseite der Speicherschicht angeordnet ist und die andere Platte
die Rückseite der Absorptionsschicht bildet, und daß die beiden Platten durch zwei
gegeneinander wirkende Kräfte, vorzugsweise durch eine Federkraft und ein entgegengesetzt
wirkendes Druckluftelement, wärmeleitend flächig aneinander drückbar bzw. die Wärmeleitung
unterbrechend in einen Abstand voneinander drückbar sind. Zum Beispiel können die
beiden Platten durch eine gesonderte-Feder aneinandergedrückt werden oder so ausgebildet
werden, daß sie sich durch Eigen-
federkraft selbsttätig flächig
aneinanderdrücken. Durch sattes flächiges Aneinanderlegen der beiden Platten entsteht
eine wärmeleitende Verbindung zwischen der Absorptionsschicht und der Speicherschicht.
Durch Auseinanderdrücken der beiden Platten mittels des Druckluftelementes entsteht
eine wärmeisolierende Trennung zwischen der Absorptionsschicht und der Speicherschicht.
Anstelle des Druckluftelementes kann ggf.
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auch ein mit einem anderen Druckmedium gesteuert beaufschlagbares
Druckelement vorgesehen werden. Die beiden Platten können beispielsweise aus dünnen
Blechen bestehen. nie die Rückseite der Absorptionsschicht bildende Platte kann
eine wärmeleitend mit der Absorptionsschicht verbundene gesonderte Platte sein oder
auch direkt die Absorptionsschicht darstellen. Die Wechsel schicht kann beispielsweise
auch aus einer zwischen der Absorptionsschicht und der Speicherschicht angeordneten
Hohlkörperschicht bestehen, die Anschlüsse zum wahlweisen Füllen des Hohlraumes
dieser Hohlkörperschicht mit einem wärmeisolierenden Medium oder einem wärmeleitenden
Medium besitzt. Bezug nehmend auf die Anwendung einer solcheS Hohlkörperschicht
als Wechsel schicht wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Bauelementes, die
sich analog mit dem erstgenannten Ausrührungsbeispiel der Wechsel schicht ergibt,
nachfolgend näher erläutert.
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Mit dem erfindungsgemäßen Bauelement können einerseits Wärme verluste
aus der Speicherschicht nach außen weitgehend verhindert werden, indem die Hohkörperschicht
geleert wird, die dann schlecht wärmeleitende Luft enthält und dadurch in hohem:
Grade wärmeisolierend wirkt; andererseits kann Sonnenener Q e,
welche
selbst während der rund 9 bis 10 Monate eines Jahres, in denen die Tages-Außentemperatur
grdßtenteils niedriger ist als die in Aufenthaltsräumen gewünschte Raumtemperatur,
beträchtlich oberhalb der Raumtemperatur liegende Temperaturen durch Einstrahlung
erzeugen kann, an die Speicherschicht geleitet werden und
zur Nutzbarmachung
für die Raumerwarmung von der Speicherschicht gespeichert werden, indem die Hohlkörperschicht
beispielsweise mit Wasser als wärmeleitendem Medium gefüllt wird. Die gespeicherte
Sonnenenergie wird je nach den bauphysikalischen Eigenschaften der Speicherschicht
mehr oder weniger stark gedämpft und verzögert an den Raum abgegeben,.
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und zwar dann mit geringem Verlust an gespeicherter Wärme nach außen,
wenn wiederum nach der Einstrahlungsperiode die.
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Hohlkörperschicht durch Entleeren isolierend gemacht wirde Die Hohlkörperschicht
erfüllt dadurch die Funktion einer je nach den Witterungsverhältnissen und Betriebszuständen
wahlweise wärmedämmenden oder wärmeleitenden Wechselschicht} deren geleerter oder
ge-füllter Zustand mit geeigneten Einrichtungen und Geräten gesteuert werden kann.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Bauelementes ist die Absorptionsschicht
mit Anschlüssen und Leitungen zum Hindurchleiten eines Wärmeträgers und zum Wärmeaustausch
mit diesem versehen. Dadurch kann, wenn beispielsweise eine: hohe Sonneneinstrahlung
herrscht und kein zu hohes Aufheizen der Speicherschicht eintreten soll, überschüssige
absorbierte Strahlungswarme aus dem Bauelement abgeleitet und anderen wärmetechnischen
Funktionen zugeführt werden, beispielsweise dem Verdampfer einer Wärmepumpe, um
auf diese Weise die abgeleitete Strahlungswärme für die Beheizung von nicht auf
der Sonnenseite des Gebäudes liegenden Räumen oder zur Warmwasserbereitung auszunutzen.
Vorteilhafterweise wird die die Absorptionsschicht abdeckende tranparente Oberflächenschicht
hohl ausgebildet, um dadurch die.
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Absorptionsschicht besonders gut gegen Wärmeverluste nach außen zu
schützen. Die hohle Oberflächenschicht sowie auch die Hohlkörperschicht sind zweckmäßigerweise
mit Zwischenwänden versehen und unterteilt, um Luftkonvektionen in den Hohlräumen
dieser Schichten, die die Isolierwirkung erheblich beeinträchtigt, zu unterbinden.
Hierbei weisen die Zwischenwände der Hohlkörperschicht klein bemessene Durchlässe
auf, durch die keine ins Gewicht fallende Buftkonvektion stattfinden kann, durch
die jedoch Wasser oder ggf. ein;' anderes wärmeleitendes Medium zum vollständigen
wärmeleitenden Befüllen der Hohlkörperschicht hindurchtreten kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Bauelementes im Schnitt dargestellt.
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Das Bauelement besitzt eine innenliegende, das heißt dem Gebäuderaum
zugekehrte Speicherschicht 1, die aus einem üblichen Baustoff, zum Beispiel Ziegel
oder Beton bestehen kann. Auf der Außenseite der Speicherschicht 1 ist mit wärmeleitender
Berührung eine Hohlkörperschicht 2 angeordnet, die beispielsweise behalterartig
von dünnen Blechwänden 3 und 4 gebildet sein kann. Diese Hohlkörpersenicht 2 besitzt
Rohranschlüsse 5. Durch diese Anschlüsse 5 kann Wasser oder ein anderes gut wärmeleitendes
Medium in den Hohlraum der Hohlkörperschicht eingeleitet werden, um die Hohlkörperschicht
2 insgesamt wärmeleitend zu machen, und kann die Hohlkörperschicht wieder geleert
werden, damit sie nur noch Luft enthält und dadurch als hochwertige isolierende
Wärmedämmschicht wirkt. Auf der Außenseite der Hohlkörperschicht2 ist eine Absorptionsschicht
6 angeordnet, die in der Art
eines hochselektiven Sonnenenergie-Kollektors
so beschaffen ist, daß sie direkte und diffuse Sonneneinstrahlung minimal rückstrahlt
und maximal absorbiert und in Wärme umwandelt.
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Die Absorptionsschicht 6 kann als gesonderte Schicht mit wärmeleitender
Berührung auf der äußeren Wand 4 der Hohlkörperschicht 2 angebracht sein, sie kann
auch unmittelbar die äußere Wand 4 der Hohlkörperschicht 2 ersetzen. Die Absorptionsschicht
6 ist mit Rohranschlüssen 7 und mit nicht, näher dargestellten Leitungen versehen,
durch die ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger hindurchgeleitet werden kann.
Die in der Absorptionsschicht 6 durch Strahlungsabsorption erzeugte fühlbare Wärme
kann ganz oder teilweise durch die wärmeleitend gemachte Hohlkörperschicht 2 in
die Speicherschicht 1 geleitet oder mittels des durch die Absorptionsschicht 6 hindurchgeleiteten
Wärmeträgers abgeführt werden. Die Absorptionsschicht 6 ist auf ihrer Außenseite
durch eine transparente, wärmeisolierende Oberflächenschicht 8 abgedeckt. Diese
Oberflächenschicht 8 besteht zweckmäßigerweise aus einem hoch lichtstrahlungsdurchlässigen
sowie gegen Licht-, Temperatur- und Wettereinwirkungen und Industrie-Luftverunreinigungen
beständigen Werkstoff. Zur Erzielung einer hohen wärmeisolierenden Wirkung der Oberflächenschicht
& zum Schutze der Absorptionsschicht 6 gegen Wärmeverluste nach außen ist die
Oberflächenschicht 8 vorteilhafterweise hohl ausgebildet.Um eine Konvektion der
in der hohlen Oberflächenschicht 8 enthaltenen Luft zu verhindern, ist der Hohlraum
der Oberflächenschicht 8 durch Zwischenwinde 9 tmterteilt. Die An-
ordnung
der Zwischenwände 9 ist so gestaltet, daß auch dann, wenn das Bauelement einen Teil
einer senkrechten Gebäudeaußenwand bildet, schräg einfallendes Sonnenlicht in größtmöglichem
Ausmaß zwischen den Zwischenwänden 9 auf die Absorptionsschicht 6 einstrahlen kann.
Ähnlich ist zweckmäßigerweise auch der Hohlraum der Hohlkörperschicht 2 durch Zwischenwände
10 unterteilt, um eine Luftkonvektion in der geleerten Hohlkörperschicht 2 zu verhindern.
Diese Zwischen-t wände 10 sind jedoch mit kleinen Durchlässen 11 versehen, damit
beim Einleiten von Wasser in die Hohlkörperschicht 2 das Wasser durch die Zwischenwände
10 hindurchtreten und den Hohlraum der Hohlkörperschicht 2 vollständig ausfüllen
kann.
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Das Bauelement kann einschließlich der Speicherschicht 1 vorgefertigt
werden, so daß aus mehreren Bauelementen unter Verbindung der jeweiligen Anschlüsse
5 respektive 7 eine Gebäudeaußenwand, Gebäudedecke oder dergleichen errichtet werden
kann, es können auch die Hohlkörperschicht 2, Absorptionsschicht 6 und Oberfläche-nschicht
8 als Vorbauelement vorgefertigt sein, welches auf eine gesondert hergestellte,
die Speicherschicht bildende senkrechte Gebäudewand oder waagerechte oder schräge
Gebäudedecke aufgesetzt und fest und wärmeleitend mit dieser verbunden wird.
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Die vorteilhafte energiewirtschaftliche Wirkungsweise des erfind-ungsgemäßen
Bauelementes sei an folgenden Betriebszu-
ständen erläutert.
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Beispiel 1 Wenn keine Sonneneinstrahlung herrscht, wird die Hohlkörperschicht
2 geleert. Die Hohlkörperschicht 2 ist dann hoch wärmeisolierend und verhindert
Wärmeverluste aus der Speicherschicht 1 und dem Gebäuderaum nach außen.
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Beispiel 2 Bei Sonneneinstrahlung wird die Hohlkörperschicht 2 ge£llt.
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Die Hohlkörperschicht 2 ist dann wärmeleitend, so daß von der Abrpt,ionsschicht
6 absorbierte Strahlungsenergie in die Speicherschicht 1 geleitet wird und von dieser
zur Unterstützung der Raumheizung gespeichert und an den GebAuderaum abgegeben werden
kann.
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Beispiel 3 Die Sonneneinstrahlung kann so stark sein, daß in der
Absorptionsschicht 6 mehr umgewandelte Wärmeenergie erzeugt wird, als in der Speicherschicht
1 gespeichert werden soll und zur remperierung des Gebäuderaumes durch Wärmeabgabe
der Speicherschicht benötigt würde. In diesem Fall wird die Hohlkörperschicht 2
gefüllt und ein Wärmeträger durch die Absorptionsschicht 6 geleitet, so daß in steuerbaren
Anteilen ein Teil der eingestrahlten Wärme von der Absorptionsschicht 6 in die Speicherschicht
1 geleitet wird und ein anderer Teil mit dem Wärmeträger aus der Absorptionsschicht
6 abgeführt wird. Der abgeführte Teil der eingestrahlten Wärme
kann
zum Beispiel über eine Wärmepumpe zur Beheizung anderer Gebäuderäume oder £ür Warmwasserbereitung
nutzbar gemacht werden.
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Beispiel 4 Ist im Falle einer Sonneneinstrahlung keine Speicherung
von eingestrahlter Wärme in der Speicherschicht 1 erwünscht, bleibt die Hohlkörperschicht
2 leer und wird ein Wärmeträger durch die Absorptionsschicht 6 geleitet, so daß
alle von der Absorptionsschicht 6 in Wärme umgewandelte Strahlungsenergiefür anderteitige
wärmetechnische Nutzungen abgeleitet wird.
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Beispiel 5 Nach einer hchen Sonneneinstrahlung kann die in die Speichert
schicht 1 weitergeleitete und von ihr gespeicherte StrahluqRt wärme höher sein als
erwünscht ist, wenn zum Beispiel nach der Aufladung der Speicherschicht 1 höhere
Außentemperaturenj erwartet werden oder zum Beispiel nachts nur ein geringer Wärmebedarf
für den Raum eintritt. In diesem Fall wird die Hohlkörperschicht 2 gefüllt und ein
Teil der in der Speichern schicht 1 gespeicherten Wärme durch die Hohlkörperschicht
2 in die Absorptionsschicht 6 zurückgeleitet, aus der die zurückgeleitete Wärme
mittels des hindurchgeleiteten Wärme trägers zur anderweitigen wärmetechnischen
Nutzung abgeführt wird. Eine weitergehende Ableitung der zurückgeführten Wärme von
der Absorptionsschicht 6 nach außen wird durch die isolierende Oberflächenschicht
8 verhindert.
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Beispiel 6 In warmen Jahreszeiten kann durch eine starke Sonneneinstrahlung,
während der die Hohlkörperschicht geleert ist, beispielsweise durch die Einstrahlung
durch Fensterflächen oder dergleichen eine unerwünscht hohe Raumtemperatur eintreten.
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In diesem Fall kann vor oder nach der Sonneneinstrahlung die Hohlkörperschicht
2 gefüllt werden und durch die Absorptionsschicht 6 ein kühlendes Medium geleitet
werden, so daß der Speicherschicht 1 Wärme entzogen wird und hierdurch die Raumtemperatur
gesenkt bzw. die Raumklimatisierung unterstützt wird.