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Extreme Wärmeisolátion.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, durchextreme Verminderung aller
Wärmeverluste eines Hauses entralheizungsanlagen bzw.
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Nachtstromspeichergeräte Uberflüssig zu machen.
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Verbessert man die Wärmeisolation eines Hauses, treten neben der Heizmaterialersparnis
zwei Erscheinungen auf: 1. Die räumliche Temperaturverteilung wird gleichmässiger.
Der Temperaturgradient wird kleiner.
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2. Bei abgeschalteter Heizung sinkt die Temperatur langsamer ab.
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Die Trägheit wird grösser.
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3. Der Temperatursprung an der Innenseite der Aussenwände vermindert
vor s'i&h. Die Wärmestrahlungsverluste des Körpers sinken. Man benötigt eine
etwas geringere Raumtemperatur, um sich wohlzufühlen.
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Berücksichtigt man in einer Wirtschaftlichkeitsberechnung lediglich
den Heizmaterialverbrauch, kommt man auf die in DIN 41o8 geforderten Isolationswerte.
Bei weiterer Verminderung der Wärmeverluste kommt man zu einer neuen Wirtschaftlichkeitsberechnung:
zul. Der Temperaturgradient kann so klein werden, dass die Beizung unabhängig von
der Lage des Heizkörpers wird. Es genügt einem Flur der Wohnung aufgestellter Ofen,
um die ganze Wohnung gleich= mässig zu beheizen.
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zu2. Die Trägheit kann 8o gross werden, dass bei Nachtstromheizung
der Temperaturabfall am Tage unspurbar klein wird. Teure und platzgreifende Speichergeräte
werden überflüssig. Der geringe Heizbedarf führt zu einer so geringen Beanspruchung
des Strom= versorgungsnetzes, dass keine Querschnittcerhöhungen nötig sind.
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Eine Isolation, die diesen Anforderungen genügt, soll als "extreme
Isolation" bezeichnet werden. Sie ist überall dort rentabel, wo keine Zentralheizung
vorhanden ist oder wo die Fassade erneuert werden muss, also bei der Altbausanierung.
Bei Neubauten wird man sie in Verbindung mit einer Solarheizung verwenden.
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Um die extreme Isolation zu erreichen, muss man die Wärmeverluste
auf allen Wegen in extremer Weise vermindern und zwar a. Die Verluste durch die
Wände b. Die Verluste durch die Fenster, tags und nachts unterschiedlich.
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c. Die Lüftungsverluste.
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a. Verminderung der Wandserlust.
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Eine wirksame Wandisolation ist nur von aussen möglich.
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In Abb. 1 ist eine extreme Wandisolierung aus Hartschaumplatten gezeigt,
deren wesentliches Merkmal darin besteht, dass die aus schweren Platten bestehende
Fassadenverkleidung ohne Zuhilfenahme eines tragenden Gerüsts aus Latten oder dergleichen
direkt an den ca. 15 cm dicken Hartschaumplatten befestigt wird.
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Die Hartschaumplatten (1) werden durch die Blechteile (2), die an
der Wand angeschraubt sind, gehalten. An den Enden der Blechteile (2) befinden sich
nach unten und oben gebogene Spitzen, die in die Hartschaumplatten eingedrückt werden.
Sie dienen dazu, die durch Kippmomente und Windsogkräfte verursachten nach aussen
gerichteten iräfte aufzunehmen. Die Stossfugen werden mit dauerplaetischen Kitt
streifen (3) gedichtet. In die Hartschaumplatten sind waagrecht verlaufende Nuten
eingeschnitten. Das Einschneiden dieser stuten geschieht mit einem entsprechend
gebogenem erhitzten Draht in der Fabrik oder an der Baustelle. Der Draht lässt sich
dort besonders leicht mit einem kleinen Elektroschweisegerät erhitzen.
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Die Fassadenplatten (4) werden in die Nuten eingehängt'. Je nach nerstellungsverfahren
( Pressenoder Sxtrudieren ) können die Platten gem. Abb. 2 oder Abb. 3 hergestellt
werden. Bei Abb. 2 können die Platten durch Windkräfte ausgehoben werden, was durch
die in Abb. 4 gezeigten Haken (5) verhindert wird. Das hakenför= mige Blech (5),
das mit einem Widerhaken (6) versehen ist,hält die rechte Fassadenplatte.unten fest.
Etwas höher wechselt die Falzüberdeckung. ( gestrichelte Linie ). Beim einbau muss
die linke Platte unter die rechte geschoben werden und wird mit festgehalten.
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Bei Detail 2 werden die Platten oben und unten von den Hartschaum=
platten gehalten. Sie müssen von der Seite her eingeschoben werden.
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Als Material für die fassadenplatten kommen Beton, Ziegel oder Kalksandstein
in Frage. Die tiefen Fugen sowie das verwendete Material lassen architektonisch
befriedigende materialechte Fassaden= gestaltungen zu. Das hohe Cewicht der Platten
( über 40 kg/m² ) verbessert die Schalldämmung. Wenn es darauf ankommt, ein Maximum
an Schalldämmung zu erzielen sind jedoch die Befestigungsbleche nach Abb. 2 günstiger.
Das Befestigungsblech (7), das zur Erhöhung der Steifigkeit in sehem unteren Bereich
aufgebogen ist, wird so weit in die Hartschaumplatten eingedffickt, bis der Anschlag
t8) die richtige Position fixiert. Es wird schräg eingedrückt, um wagrechte
Zugkräfte
aufzunehmen. In seinen. oL:en eil greift es in mehreren Biegungen um die Platte
herum und halt sie federnd fest. Die Fassadenplatten sind jetzt akustisch von der
Unterlage getrennt und stellen eine echte zweite Wandschale dar. Durch dauerplastischen
Kitt können die Fugen zusätzlich abgedichtet werden.
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Es ässt sich zeigen, dass alle Teile statisch so gestaltet werden
können, dass die Flächenbelastung der Hartschaumplatten erheblich unter den nach
DIN 18164 geforderten zulässigen Werten liegt.
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Eine - akustisch wirkungslose - Möglichkeit ist in Abb. 8 gezeigt.
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Die Fassadenverkleidung besteht aus Plastikprofielen, die über die
Nuten der Hartschaumplatten gesteckt werden. Dassich in den Nuten (8) fangende Regenwasser
kann nicht eindringen, wenn Stossfugen dauer= 'plastisch abgedichtet werden. Stoßfugen
können andersfarbig unter= legt werden. Theoretisch können auch Endlosprofile angebracht
werden, da die seitliche nalterung gut genug ist, um Verwerfungen unter Temperaturspannungen
auezuschliessen.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Verbundplatten gem. Abb.
9 herzustellen. Sie enthalten Nut und Feder, die eine Glaswolleabdichtung flo) enthalten.
Diese Möglichkeit ist jedoch weniger vorteilhaft, da bei der Ausbildung der Ecken
und l'ensterlaibungen Schwierigkeiten auftreten.
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Dachisolierung. Bei der Flachdachisolierung ist zumindest beim nachträglichen
einbau das umgekehrte Dach", bei dem die Wärmeiso= leerung über der Yeuchtigkeitsisolierung
angebracht ist, die einzige wirtschaftliche Möglichkeit. Bei sehr dicken Isolierungen
wird dabei jedoch die Aufschwimmgefahr immer grösser, Auf die Verklebung will man
sich nicht gerne verlassen, da sie unter ungainstigen Umständen die b'euchtigkeitsisolierung
beschädigen kann.
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Sehr dicke Isolierschichten können jedoch dräniert werden. In die
fertig eingebaute Isolierung werden mit erhitztem Draht Nuten gem. Abb. lo mit hinreichenden
Gefälle angebracht. Die Kreuzungs= punkte mit Stossfugen werden dauerplastisch verkittet.
Es können auch Wasserabläufe gem. Abb. 11 eingeführt werden. Die Stossfugen der
lsolierplatten werden mit Nuten (13) versehen und dauerplastisch verkettet. öglicherweise
genügt auch eine oberflächlich aufgebrachte Verkittung (14). Als Dampfdruckausgleich
werden einige aöhrchen(15) in die Stossfugen gedrückt und abgedichtet. Die isolierplatten
werden
nur punktweise verklebt, sodass ein geringer Abstand entsteht, der ein ungehindertes
Ablaufen doch noch eindringenden Wassers ermöglicht. Bei der Grösse des Abstands
müssen sapillareffekte be= rücksichtigt werden. Durch diese Massnahmen entsteht
ein Mittelding zwischen "umgekehrtem Dach" und Normaldach, bei dem die Aufschwimm=
gefahr beseitigt ist und das deshalb mit der vorhandenen Stärke der Kiesschüttung
auskommt. Müsste man nämlich um der Aufschwimmgefahr zu begegnen die Bekiesung verstärken,
könnte es statische Schwierig= keiten geben.
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b.Pensterisolierun.
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Die forderung nach Wirtschaftlichkeit verbietet den Austausch der
'alten fenster gegen neue. Hinzu kommt,dess die heutzutage angebotenen Austauschfenster
mit Isolierglas die Forderungen der "extremen Isolation" bei weitem nicht erfüllen
können. Es ist auch ein wirtschaftlicher Unfug, mit viel Montageaufwand vorhandene
renster zu beseitigen, die zur Verbesserung der Isolation mit herangezogen werden
sollten. Es sollen daher einige Zusatzmassnahmen beschrieben werden, die die Wärmeisolation
vorhandener renster entscheidend verbessern.
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In Abb. 12 ist ein Gummiprofil (16) gezeigt, in das eine Zusatzscheibe
t17) eingeschoben wird. Die Lippen (18) dienen der Dichtung und dem Ausgleich vonFertigungstoleranzen.
Das Ganze wird auf den vorhandenen rensterflügel (25) von aussen aufgesetzt und
zwar so, dass die Lippe (19) an den blendrahmen (20) anschliesst und so die Fuge
mit abdichtet.
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Die Lippen (28) dienen zur Abdichtung des Scheibenzwischenraums.
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Die Dichtungslippen sind in Abb. 12 im nichteingebauten Zustand gezeigt
Abb. 13 zeigt die Lippen im eingebauten Zustand. Die Lippe (21)soll planmässig gerade
berühren und eine Vorkammer bilden. Sie dient dem Ausgleich von Toleranzen. Scheibe
und Profil werden von Haken= schrauben (23) gehalten, die mit metrischem Gewinde
in die Helicoil= gewinde ( auch Rambamuffen J (24) geschraubt werden. Mit den Helicoil=
gewinden kann der Abstand des Hakens genau definiert werden, da die durch das M-Gewinde
verursachten Abstandssprünge durch Drehungen des Helicoilgewindes ausgeglichen werden
können. Unten sitzt die Scheibe auf dem Tropfholz auf. Falls keins vorhanden, werden
unten auch Haken verwendet.
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Auf dem Tropfholz wird die Scheibe von Puffern, die aus Gtlmrti oder
einem anderen wetterfesten aterial'bestehen können, gehalten.(Abb.16 Zu Reinigungszwecken
werdendie Haken(23) umgedreht. Die Zusatzscheibe kann jetzt gern. Abb. 16 gekippt
und von innen gereinigt werden.
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Wenn vor dem fenster genügend Platz ist, also insbesondere keine
Rücksicht auf Rolläden genommen zu werden braucht, wird man einen Abstand derZusatzscheibe
von ca. 70 mm anstreben, da hier ein Höchstmass an Wärmeschutz mit einem guten Schallschutz
verbunden wird. In Abb. 13 ist ein solches System gezeigt. Das erheblich ver= grösserte
Gummiprofil (26) wird von einem umlaufen Bandeisen (27) gestützt, das gleichzeitig
die Flanke akustisch abdichtet.
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L Diese Konstruktion lädt dazu ein, den Schall- und Wärmeschutz durch
ein umlaufendes Alu-Profil(28) weiter zu verbessern. Dieses Profil schliesst auch
den Blendrahmen (20) nach bussen ab. Gleich zeitig vermindert es den Wärmeverlust
durch die Wandlaibungen.
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Bildet man es wie in Abb. 13 als Profil aus, ist es gleichzeitig
Abschlussleiste tur die um die Wandlaibung herumgezogene extreme Wandisolation.
Es wird so mit geringen Mitteln ein lückenloser Wårme- und Schallschutz erzielt.
Zur.Verbesserung der äusseren Abdichtung sind die Lippen (29) und (3o) vorgesehen.
Gem. Abb. 17 bilden sie auf der Unterseite eine Tropfnase. Das Abschlussprofil kann
hier auch um die vorhandene Fensterbank herumgezogen werden.
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Man kann so die letzte etwa noch vorhandene Undichtigkeit unter der
Fensterbank mit Glaswolle (31) abdichten.
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Bei zweiflügeligen Penstern kann die Dichtung in der Mitte gem. Abb.
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19 gestaltet werden: Die äussere Deckleiste wird entfernt, sodass
die Cummiprofile so dicht zusammengerückt werden können, dass sie sich gegenseitig
abdichten. DasT-Profil (35) dichtet aussen ab. Es kann auch an dem Aluprofil (28)
befestigt werden. Das Bandeisen(27) ermöglicht eine innenliegende Halterung der
Zusatzscheibe. Eine Schraube (38), die durch ein im Bandeisen befindliches Gewinde
gedreht wird, wird von einer Lochkopfschraube oder Hakenschraube(37) gehalten. Wegen
der Windsogkräfte sollte diese Art der Befestigung nur in Verbindung mit dem Aluprofil
(28) verwendet werden.
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Ein Höchstmass an Isolation wird gern. Abb. 14 mit der Fensterzarge
t32) erreicht, Hier ist aussen noch eine Zusatzscheibe aus Dickelas angebracht.
(33) Sie ist von der bichtung (34) eingefasst (Abb. 18) und hat keinen Rahmen. Dies
ist technisch unbedenklich, da bei Kunststoffenstern schon lange Erfahrungen mit
diesem Prinzip bestehen. Die Rahmen von Kunststoffenstern sind weniger steif, als
die darin eingebauten Isolierscheiben, sodass die Biegespannungen vom Glas aufgenommen
werden.
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Die Scheibe (33) wird zwischen das Scharnier (98) und das Winkel=
eisen (39), das über Langloch an dem Scharnier angeschraubt wird, geklebt. Der Scharnerbolzen
ist herausnehmbar, damit die Scheibe beim Einsetzen nicht angehoben werden muss
und so auf der Oberseite unnötig Platz benötigt. Die Dichtung (40) ( nur schematisch)
wird auf der Scharnierseite aus Bewegungsablaufgründen vorteilhaft am Dicken angebracht.
Die Olive (41) ist drehbar an dem Winkeleisen (44) befestigt, das mit der Dichtung
(94) verklebt ist. Mit dem Vorsprung (42) greift sie in eine Ausnehmung der Zarge(32),
mit der Kante (43) stützt sie sich seitlich gegen die Zarge ab. Auf die Scheibe
wirkende Druckkräfte, werden von der Zarge in der Weise übernommen, dass bei allen
Verklebungen nur Druck- und Scherkräfte auftreten. Wenn man beim Scharnier zwischen
Metall und Clas noch eine Gummischicht vorsieht, ist die Scheibe vollelastisch von
der Zarge getrennt.
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DurchAuskleidung der Zarge mit Schallschluckmaterial wird ein der=
artiges Fenster eine Schalldämmung über 50 dB erreichen. In Verbin= dung mit der
extrem isolierenden vorgehängten schweren Fassade entsteht eine Isolierung, die
nicht nur den Erfordernissen der extremen Isolation genügt, sondern auch sterkste
Schallschutz= anforderungen befriedigt.
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c. Verminderung der Lüftunsverluste.
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Die in der Abluft enthaltene Wärme kann in direkter Weise durch einen
WPrmetauscher, in indirekter Weise durch Verminderung der Fensterverluste genutzt
werden.
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Die indirekte Nutzung geschieht in an sichbekannter Weise dadurch,
dess die Abluft durch Lüftungaschlitze in den Scheibenzwischenraum geblasen wird,
diesen von unten nach oben durchläuft und oben
austritt. Die bisher
bekannt gewordenen derartigen Konstruktionen haben jedoch den Nachteil, dass die
Schalldurchlässigkeit wesentlich erhöht wird.
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Gem. Abb. 15 bietet das Aluprofil (28) die Möglichkeit, Verbesserungen
zu schaffen. Die Abluft ( gestrichelte Linie ) wird erst in die Vorkammer (45) gleitet,
von dort gelangt sie in den Scheibenzwischen= raum und tritt nach Durchlaufen der
Kammer (46) ins Freie. an erhält so ein System von insgesamt drei Kammern, das als
Tiefpassfilter gestaltet werden kann. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass
die Kammern (45) und (46) nicht verbunden sind.
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Der Wärmetauscher ist in Bild 20 skizziert. Er besteht aus einer grossen
Anzahl von Blechen (59), zwischen denen im Gegenstrom Frischluft und Abluft aneinander
vorbeigeführt werden. Die Abluft= kanäle sind oben und unten offen, die Zuluftkanäle
haben am oberen und unteren Ende seitliche Schlitze (51).
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Es entstehen die Probleme der Sauberhaltung, der Enteisung und der
Rezirkulation, die durch folgende Einrichtungen gelöst werden sollen: Am unteren
Ende befindet sich eine Auffangwanne (52), in die das Kondenswasser und das Regenwasser
abtropfen. Durch den Abfluss (53) wird diese Wasser eventuell über einen Sifon abgeleitet.
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Zur Reinigung wird der Abfluss (53) geschlossen und die Wanne mit
Waschlauge gefüllt, die mit Hilfe einer Druckpumpe abgesaugt und oben in die Abluftausgänge
gespritzt wird. Die Waschlauge gelangt so in die Auffangwanne zurück und wird so
lange umgepumpt bis die Abluftkanäle sauber sind. Die Zuluftkanäle müssen seltener
gereinigt werden, da hier die Luft erwärmt wird und deshalb weder Kondensat= bildung
noch Wärmediffusion auftritt. Die Reinigung geschieht hier mit Hilfe des verschliessbaren
Rücklufs (54), durch den das oben seitlich eingespritzte Reinigungswasser in die
Wanne (52) gelangt.
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Die Reinialngsanlage kann auch fest installiert werden, wobei das
iinspritzen von oben z.B. mit einem nach unten gerichteten Rasen= sprenger besorgt
werden kann.
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Das bei tiefen Temperaturen am oberen Ende des Tauschers gefrierende
Kondenswasser kann zu Querschnittsverengungen und schliesslich zur Verstopfung führen.
Das Abtauen geschieht mit Hilfe des Kanals für direkte Zuluft (55), der ohnehin
im Sommer gebraucht wird. Wenn kein W;irmeabtausch stattfindet, taut die Abluft
alle Vereisungen wieder weg.
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Da sich Frischluftzutritt und Abluftaustritt in unmittelbarer Nachbarschaft
befinden, muss zur Verhinderung von Rezirkulation dafür gesorgt werden, dass die
Abluft bei beliebigen Windricb= tungen nicht vor die Eintrittschlitze gelangen kann.
Dies geschieht durch den Kopf (60) mit den sich nach innen öffnenden Klappen (61)
Luvseitig werden die Klappen durch den Staudruck geöffnet, in Lee befindet sich
eine Sogzone, die die Klappen geschlossen holt. Die Austrittschlitze (62) befinden
sich oben in einer Sogzone. Es wird so dafür gesorgt, dass die Zuluft stets luvseitig
eintritt und die Abluft nach Lee abgetrieben wird.
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Um die Wohnräume druckfrei zu gestalten, sind Zu- und Abluft= ventilator
nötig. Die Regelung der Ventilatoren sollte die unterschiedlichen Winddrucke ausnutzen.
Eventuell ist bei starkem Winddruck sogar eine Generatorschaltung zur Bremsung der
Strömung sinnvoll.
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Vorläufige Berechnungen haben ergeben, dass der Tauscher bei ca.
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75 Wärmerücktausch wirtschaftlich arbeitet.
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Dreischeibige Fenster können dadurchals direkter Wärmetauscher verwenaet
werden, das man die Abluft im inneren, die Zuluft im äusseren Schei enzwi schenraum
im vegen-oder im Kreuzstrom anei wander vorbeif;ihrt. Eine Uberschlagsrechnung ergibt
dabei eine Verminderung der Fensterverluste auf k = o,8 sowie einen Wärme tausch
von 40 %. !)ienrsparnis ist damit fast so gross, wie bei dem aus Blech zusammengebauten
separaten Warmetauscher. Der Vorteil ist, dasskeine zusätzlichen Anlagen nötig sind
und dass die Bemessung immer stimmt. Die Luftführung geschieht so, dasg die Frischluft
nach Durchlaufen den ächeibenzwischenraums durch in aer extremen Wandisolation freigelassene
Kanäle gesammelt und in Flur oder Treppenhaus der Wohnung ooer des Einfamilienhauses
geblasen wird.
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Da dieses System auchbei Neubauten tnteressant sein könnte, soll eine
Variante zu dem in Bild 14 beschriebenen dreischeibigen Fenster, die nicht aulf
einem vorhandenen Fenster aufbaut, beschrieben werden. (Abb. 21) In aen Rahmen aus
Profil (65) wird die erste Scheibe (66) eingekittet. Die zweite und dritte Scheibe
werden wie in Bild 15 befestigt. Für die dritte Scheibe wird keine zusätzliche Olive
ben@tigt. Sie wird durch die gelenkige in ihrer Lange genau einstellbare Halterung
(67) mit dem Rahmen
verbunden. Da es vorteilhaft ist, die Pensterzarge
(32) aus Stahl herzustellen, der nicht der Witterung au ses,etzt werden sollte,
kann der Abschluss durch ein T-Profil (68), s aus Aluminium oder Platz sein kann,
abgeschlossen werden An der Unterseite werden Löcher angebrscht, um eventuell noch
eindringenues Wasser ablaufen zu lassen.
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Zusammenfassung.
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Durchextreme Wand- und Fensterisolation und 75% Wärmetausch der Abluft
ist es möglich, die Trägheit so zu erhöhen,dass bei Nacht= stromheizung bei normalen
Häusern keine Speichergeräte und keine zusätzlichen Stromanschlusswerte benötigt
werden./ Zuluftleitungen vom Wärmetauscher zu den Wohnungen können in der dicken
Aueseniso= lierung untergebracht werden und durch Schlitze ähnlich denen in Bild
15 in die Wohnungen geleitet werden. Die Uberflussig gewordenen Schornsteine dienen
als Abluftkanäle. Eine Zwischenlösung wäre die Anwärmung der bereits vorgewärmten
Frischluft über Raumtempe= ratur mit Hilfe eines Ö1- oder Caeheizgeräts. Manhätte
so eine Einweg-Warmluftheizung, die die Nachteile herkömmlicher Lufthei= zungen
vermeidet.
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Bei kleineren Wohneinheiten wird es wirtschaftlicher sein, im Flur
oder Treppenhaus einen Olofen aufzustellen und die Frischluft durch ein Cebläse
am Ofen vorbeizuführen und vonda ab ohne weitere Führungsmassnahmen durch die Fensterzwischenraume
entweichen zu lassen. Auch hier bietet sich bei geordneter Luftführung die Möglichkeit
einer Einweg-Luftheizung an, die insbesondere dann in Frage kommt, wenn die Wände
nicht extrem isoliert werden können.
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