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Klimatisierungseinrichtung für Gebäude
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(Zusatz zu: P 29 32 628.1) Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungseinrichtung
für Gebäude mit Fassadenelementen unter Verwendung von Wasser als Wärmespeicher-
und/oder Wärmetransportmittel und mit einem Wasserreservoir an einem zentralen Ort
im Gebäude, nach Patent (Patentanmeldung P 29 32 628.1).
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Der Erfindung nach dem Hauptpatent (Hauptanmeldung) liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Klimatisierungseinrichtung der vorgenannten Art so zu gestalten,
daß die dabei zur Anwendung gelangenden Fassadenelemente, ohne die Vorteile der
fabrikmäßigen Vorfertigung und des geringen Transport- undMontagegewichtes wesen-tlich
zu beeinträchtigen, mit einer genügenden Wärmespeicherschicht versehen werden. Zu
diesem Zweck wurde nach dem Hauptpatent (Hauptanmeldung) vorgeschlagen, die Fassadenelemente
mit Wasser enthaltenden Wärmespeicherpaneelen zu kombinieren. Dabei wurde als besonders
vorteilhaft vorgeschlagen, das Wasser in Kanälen anzuordnen und das gesamte Wärmespeicherpaneel
damit durchströmen zu lassen.
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Eine ähnlich schlechte Wärmespeicherfähigkeit wie Fassaden aus Metallpaneelen
haben auch die Fassadenkonstruktionen aus Holzpaneelen.
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Da Hölzer oder Holzwerkstoffe jedoch nicht wie Metalle geeignet sind,
Wasser als Wärmespeichermedium direkt aufzunehmen und zu führen, wird in Ergänzung
des Hauptpatents (Hauptanmeldung) vorgeschlagen, Wärmetauscherrohre unmittelbar
unter bzw. hinter der inneren Verkleidung der Elemente schlangenförmig zu verlegen.
Diese Wärmetauscherrohre können zur besseren Wärmeübertragung mittels Konvektion
in einem Hohlraum oder Luftschlitz liegen, der mit Luft von innen her durchströmt
wird. Es besteht ferner die Möglichkeit, nicht nur die Wände, sondern auch die Decken
und/oder Fußböden entsprechend zu gestalten.
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Ferner können die Wände und/oder Decken so ausgebildet werden, daß
sie lediglich freie Querschnitte zur Durchströmung mit temperierter Luft ausweisen.
Im letztgenannten Fall erfolgt die Temperierung an bestimmten Stellen der Fassadenanschlußstellen
an die Geschoßdecken oder bzw. und geschoßweise zentral in den Flurbereichen. Bei
kleineren Gebäuden mit ein bis zwei Geschossen könnte die Temperierung auch zentral
direkt und allein vom Wasserreservoir, d. h. von den Wassertanks aus erfolgen. Bei
mehrgeschossigen Gebäuden wird eine geschoßweise Verteilung von Temperierungskörpern
vorgesehen, die mit Vor- und Rückläufen nach Warm-und Kaltwasser getrennt direkt
von den zentral angeordneten Warm- und Kaltwassertanks über Wärmetauscher versorgt
werden. Die Temperierungskörper für Heiz-und
Kühlzwecke bestehen
aus einer Art Konvektor mit Wasserrohrsystem und wärmeleitenden Rippen zur Erwärmung
oder Kühlung der zwangsweise durchströmenden Luft. Es handelt sich also um ein Lufttemperierungs-bzw.
Luftbehandlungssystem.
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Für die Innenverkleidung der Wandelemente können mineralische Stoffe
wie beispielsweise tapezierbare Asbestplatten oder Gipskartonplatten aber auch weniger
wärmeleitende Stoffe wie Holzwerkstoffplatten und dergleichen in Betracht kommen.
Eine auf-der Rückseite aufkaschierte Aluminiumfolie sorgt in diesen Fällen für eine
Verbesserung der Wärmeleitung.
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Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Konstruktion können den
Unteransprüchen entnommen werden.
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Mit der Erfindung wird eine Verbesserung der wärmetechnischen Eigenschaften
von leichten Fassadenkonstruktionen erzielt und unter Verwendung von natürlichen
Energiequellen mit Wärmepumpen zwischen dem im Hauptpatent aufgeführten Doppel-Tanksystem
gleichzeitig eine Einsparung von kostbarer Primärenergie erreicht.
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Es wird die Verwendung leichter vorfabrizierter Fassadenkonstruktionen
beibehalten, die sparsam im Materialverbrauch, leicht im Transport und einfach zu
montieren oder zu demontieren sind. Durch die Verwendung des Wassers zugleich als
Wärmetransportmittel besteht die Möglichkeit der Temperierung des ganzen Gebäudes
von der Gebäudehaut aus als der für ein gutes Raumklima entscheidenden Grenzschicht
zum Außenklima hin. Damit werden physiologisch unbehagliche Kältestrahlungen im
Winter
und unbehagliche Wärmestrahlungen im Sommer an den Außenwand- oder Dachflächen vermieden,
Es wird wertvolle Nutzfläche in den Geschossen für Heizkörper auf den Fußböden durch
das in die Fassade und in die Baukonstruktion integrierte Temperierungssystem eingespart.
Es wird eine Integration der doppelschaligen Fensterkonstruktion sowie eine Möglichkeit
der Gewinnung absorbierter Strahlungsenergie von den Sonnenschutzlamellen für die
Raumerwärmung im Winter bzw.
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Abfuhr nach draußen und eine Kühllastverminderung im Sommer erreicht.
Die Möglichkeit einer natürlichen Belüftung bleibt dabei erhalten. Durch eine Vergrößerung
der Temperierungsfläche für die Heizung oder die Kühlung in der gesamten Gebäudehaut
und den anderen raumumschließenden Oberflächen ergibt sich die Möglichkeit einer
Senkung der Temperaturdifferenz zwischen der Raumlufttemperatur und der Temperatur
des Heiz- oder Kühlmediums, wodurch eine effektivere Verwendung von Wärmepumpen
möglich ist und kostbare Primärenergie wie Erdöl, Erdgas oder Kohle eingespart werden
kann, Mit der Verwendung eines niedertemperierten Heiz- oder Kühlmediums besteht
die Möglichkeit einer wesentlich besseren Ausnutzung wiederkehrender natürlicher
Wärme- und Kühlenergiequellen mit Temperaturhöhen, die bereits in etwa im Bereich
der benötigten Temperatur des Heiz- oder Kühlmediums liegen, womit der Verbrauch
künstlich erzeugter Wärme- oder Kühlenergie stark reduziert werden kann. Damit ist
auch ein umweltfreundlicherer Energiehaushalt verbunden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Gebäudequerschnitt mit Luftführung,
Figur 2 einen Vertikalschnitt durch die Fassade des Gebäudes gemäß Figur 1, Figuren
3 und 4 zwei Horizontalschnitte durch die Fassade des Gebäudes gemäß Figur 1, Figur
5 die Rückseite der Innenverkleidung zwecks Leitungsführung in der Fassade zu Figur
1, Figur 6 einen Vertikalschnitt durch eine Fassade mit einer Außenverkleidung als
Sonnen- und Luftkollektor als Variante zu Figur 2, Figuren 7 und 8 Horizontalschnitte
durch eine Fassade gemäß Figur 6, Figur 9 einen Dachquerschnitt, Figur 10 einen
Querschnitt durch ein Dachelement gemäß Figur 9,
Figur 11 einen
Gebäudequerschnitt mit Luft führung unter Verwendung von Fassadenelementen mit Fensterausschnitten,
Figur 12 einen Vertikalschnitt durch die Fassade des Gebäudes gemäß Figur 11, Figur
13 einen Horizontalschnitt an einem Fensteranschluß gemäß Figur 11, Figuren 14 und
15 Horizontalschnitte durch die Fassadenkonstruktion des Gebäudes gemäß Figur 11,
Figur 16 die Rückseite der Innenverkleidung mit Leitungsführung der Fassade gemäß
Figur 11, Figur 17 eine Fensterlüftung mit MUglichkeiten der Luft führung gemäß
Figur 11, Figur 18 einen Vertikalschnitt durch ein Fassadenteil mit einer Außenverkleidung
als Sonnenkollektor als Variante zu Figur 12,
Figuren 19 und 20
Horizontalschnitte durch ein Fassadenelement gemäß Figur 18, Figur 21 den Querschnitt
durch eine abgehängte Deckenkonstruktion, Figur 22 die Draufsicht auf ein abgehängtes
Deckenelement, mit Leitungsführung zu Figur 21, Figur 23 den Schnitt A - A durch
eine Deckenkonstruktion gemäß Figur 21, Figur 24 einen Längsschnitt durch drei verschiedene
Rohrverbindungen, Figur 25 die Draufsicht auf ein Fußbodenelement mit Leitungsführung,
Figur 26 den Querschnitt eines Fußbodenaufbaues gemäß Figur 25, Figur 27 den Schnitt
B - B durch das Fußbodenelement gemäß Figur 25, Figur 28 den Vertikalschnitt durch
ein Wandelement in einer dem Fußbodenelement entsprechenden
Konstruktionsausführung,
Figur 29 einen Gebäudequerschnitt mit Luft führung ohne Verwendung von Rohrleitungen
für das Wärmetransportmittel in den Wandzwischenräumen, Figur 30 einen Vertikalschnitt
durch ein Fassadenelement des Gebäudes gemäß Figur 29, Figuren 31 und 32 Horizontalschnitte
durch das Fassadenelement gemäß Figur 30, Figur 33 einen Deckenquerschnitt, Figur
34 das Prinzip eines auf dem Dach installierenden Luft-Wärmetauschers.
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In der Zeichnung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Im einzelnen bedeuten:
Gebäude Fassadenelement Luftzirkulation
bei Kühlung Luftzirkulation bei Heizung Kaltwassertank Warmwas sertank Luftwärmetauscher
Wasserwärmetauscher Vor- und Rücklaufringleitungen Umwälzpumpe mit Thermostatregelventil
Absorberpumpe Flußwasserabzweigkanal Grundwasserbrunnen Wärmetauscher für Kühlwasserentnahme
Wärmetauscher für Kühl- und Wärmepumpe Wärmetauscher für externe Kühl- und Wärmequellen
Schmelzwärmespeicher Wärmetauscher für Warmwasserentnahme Wärmetauscher für Kühl-
und Wärmepumpe Sonnenkollektoren Wärmetauscher für Sonnenkollektoren im Kaltwassertank
Wärmetauscher für Sonnenkollektoren im Warmwassertank Vertikale Holzschalung. außen
Horizontale Lattung Wärmedämmung Aufkaschierte Alufolien Gipskartonplatten Kunststoffröhren
Untere Luftschlitze Schlitzmechanismus
Stütze Kondensrinne Geschossdecke
Obere Luftschlitze Elementanschluß Stützenanschluß Fensterelement Luftschlitz zwischen
Wärmedämmschicht 25 und Gipskartonplatten 27 Steigelei tungen Thermostatventil Sonnen-Luftkollektor
Befestigungsschienen Vorfabriziertes Dachelement Dachsparren Dachelementanschluß
Abgehängte Zwischendecke mit Heizleitungen Luftzufuhrleitungen im Luftabfuhrkanal
Unteres Lüftungselement Oberes Lüftungselement Fensterelement Horizontaler Luftkanal
unterhalb des Fensterelements Horizontaler Luftkanal oberhalb des Fensterelements
Verbindungsöffnungen zwischen den horizontalen Luftkanälen und dem Fensterelement
Sonne nschutzjalousien Durchgehender Stiel zur Aussteifung Sonnenkollektor als äußere
Fassadenverkleidung Plexiglasscheibe Kollektor-Kanalplatte
Luftschicht
Alufolie an der Deckenunterseite Querabschottung der abgehängten Zwischendecke mit
Öffnungsklappe Heizzuführleitung für Vorlauf oder Rücklauf Aufhängung der Vor- bzw.
Rückrohrleitungen Luftdurchlässige Glasfasermatte Abdeckblech (Unteransicht) an
der Unterseite der abgehängten Zwischendecke Luftschlitze im Abdeckblech 65 Verbindungsmuffe
mit Innengewinde Rohrverbindungsstück Schraubbund für Rohrverbindungsstück 68 Außenprofilierung
des Verbindungsstücks 6o Fußbodenelement Fußbodenbelag Asbestzement bzw. Anhydritgips
mit Glasfaserbewehrung Aluminiumfolie Sperrholzfeder Styroporplatte Ausgleichsspachtel
Rohdecke Dübel Klebung Heiz- und Kühllamellen Zuluftkanal Abluftkanal Zu- und Abluftkanäle
Kaltluftquerkanal Warmluftquerkanal Luftabkühlungskanäle Lufterwärmungskanäle
Asbestzementplatte
Luftschicht zwischen Asbestzementplatte und Wärmedämmplatte Stahl-Trapezblech an
der Deckenunterseite Deckenunterseitenverkleidung Vorlaufleitungen innerhalb der
Trapez-Bleche 90 Verschlußklappen für die Heiz- und Kühllamellen 80 Innere Luftklappe
oberhalb eines Fensterelements saubere Luftklappe oberhalb eines Fensterelements
Innere Luftklappe unterhalb eines Fensterelements Äußere Luftklappe unterhalb eines
Fensterelements
Figur 1 zeigt im oberen Bildteil einen Gebäudequerschnitt
mit dem gesamten Temperierungssystem, wobei die Wassertanks im Kellergeschoß untergebracht
sind, und im unteren Bildteil die Fassadenkonstruktion detalliert mit den wichtigsten
Horizontal- und Vertikalschnitten.
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Um die Außenwandfläche voll nach innen zur Wirkung kommen zu lassen,
sind längsgespannte Deckensysteme mit quer laufenden Unterzügen oder Schottenwänden
ohne Randbalken oder Fensterstürze verwendet worden. Das Hauptleitungssystem mit
den Vor- und Rückläufen bildet im Kellergeschoß eine umlaufende Ringleitung und
enthält in den Geschossen darüber nur noch Steigeleitungen, die zwischen dem Stützensystem
und der Außenwand liegen und für Inspektionen leicht zugängig sind. Die hierbei
verwendeten Stahlstützen sind nur als Beispiel zu betrachten. Es könnten auch Stahlbetonstützen
oder bei ein- und zweigeschossigen Holzskelettbauten Holzstützen sein. Das Außenwand-
oder Fassadenelement aus Holz ist geschoßhoch bemessen und könnte auf die Breiten
von 120, 180, 240 oder 300 cm, je nach verwendetem Modulraster, abgestimmt werden.
Es enthält ein versteifendes Rahmenwerk aus Massivholz mit einer dazwischenliegenden
Kerndämmung aus steifen Kunstharzschaumplatten, die an der Innenseite eine aufkaschierte
Aluminiumfolie als Dampfsperre und zugleich als Reflexionsschicht für langwellige
Wärmestrahlung im inneren Belüftungsschlitz enthalten. Diese Alufolie dient ferner
bei kurzfristig anfallenden Kondensaten im Falle der Kühlung im Sommer als Sperre
gegen kapillaren Wassertransport. Obwohl die Kühltemperatur nicht unter die jeweilige
Taupunkttemperatur der Luft abgesenkt werden sollte, ist kurzfristiger Kondensatanfall
nicht immer absolut vermeidbar. In diesem Falle kann das Kondensat in die den
Luft
schlitz unten abschließende Alumine nie laufen und von dort durch Omegaröhrchen
nach draußen abgeleitet werden. Die Uberstehenden Ränder dr aufkaschierten Alufolie
werden mit einem Lattenrahmet auf dem tragenden Skelettrahmen beim Zusammenbau mit
eingeklemmt, so daß eine absolute Dichtung auch gegen Luftdurchgang gewährleistet
ist.
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Dieses Kernstück der Fassadenelemente erhält an der Innenseite eine
Gipskrtonplattenverkleidpng mit rUckseitig aufkaschierter Alufolie, welche die Wärme-
oder Kühlenergie aus dem an Klemmschienen befestigten Rohrleitungssystem auf die
Gesamtfläche übertragen soll.
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Die Belüftung des somit gebildeten Luftsp E tes vom Raum her erfolgt
durch thermischen Auftrieb bei Beheizung oder thermischem Luftabfall bei Kühlung
über einen unteren und oberen Luftschlitz in der Innenverkleidung, die durch Schiebeverschlüsse
in der Öffnungsgröße regulierbar sind. Der Witterungsschutz gegen Niederschlag an
der Außenseite ist im vorliegenden Fal; mit einer hinterlüfteten vertikalen Bretterschalung
realisiert worden. Fensteröffnungen sind als geschoßhohe Elemente in den verwendeten
Modulbreiten vorgesehen. Im vorliegenden Fall sind die Fenster noch nicht mit in
das Temperierungssystem der Gebäudehaut mit einbezogen worden.
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Die nach Kalt- und Warmwasser getrennten tanks mit Wärmetauschern,
Umwälzpumpen und zwischen¢eschalteter Wärmepumpe im Kellergeschoß bilden das Kernstück
des Temperierungssystems.
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Bei Heizung im Winter dient die W§rmespeidherung beider Tankinhalte
zur Wärmeversorgung, wobei diE Wärmepumpe nur den Warmwassertank auf deF gewünschte
Temperaturniveau
hält und die benötigte Wärmeenergie aus dem zweiten
Wassertank schöpft, der seinerseits über Wärmetauscher Wärmeenergie aus verschiedenen
natürlichen Energiequellen beziehen kann. Bei Kühlung im Sommer kann wiederum der
Wasserinhalt beider Tanks zur Kälteversorgung des Gebäudes dienen, wobei die nun
quasi als Kältepumpe arbeitende Wärmepumpe nur den Kaltwassertank auf dem gewünschten
Temperaturniveau hält und die erzeugte Wärmeenergie an den Warmwassertank für Zwecke
der Brauch-Warmwasserversorgung etc. abgibt.
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Der l1auptanteil an benötigter Kühlenergie kdnn jedoch bereits im
Kaltwassertank über Wärmetauscher aus verschiedenen natürlichen Kühlenergiequellen
bezogen werden. In den Jahresübergangszeiten, im Herbst oder Frühjahr, in denen
je nach thermischer Belastung der Räume sowohl Wärme- als auch Kühlenergie tageszeitlich
unterschiedlich nötig sein kann, nun jedoch nicht mehr in extrem großen Mengen,
kann die Wärmepumpe den Warmwassertank um einige Grade über und den Kaltwassertank
um einige Grade unter der jeweils gewünschten Raumtemperatur halten, so daß sowohl
Kühlung als auch Heizung kurzfristig zeitlich wechselnd möglich sind.
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Dies ist auch gleichzeitig nach Räumen unterschiedlicher thermischer
Belastung differenziert möglich, wenn die Vor- und Rückläufe nach Kalt- und Warmwassertank
getrennt zu den Räumen geführt werden. Die Wärme- oder Kühlenergieübertragung in
den Wassertanks erfolgt in allen Fällen über Wärmetauscher mit geschlossenen Kreisläufen,
um Korrosionen im Umlauf system zu verhindern.
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Von den zahlreichen Wärmetauschern in den Warm - und Kaltwassertanks
dient je einer für die Wärme- bzw.
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Kältepumpe sowie je einer für die Kühlenergieentnahme
aus
dem Kalt- und für die Wärmeenergieentnahme aus dem Warmwassertank. Ebenfalls je
ein Wärmetauscher befindet sich für die Wärmeenergiezulieferung aus Sonnenkollektoren
sowohl im Warm- als im Kaltwassertank und ein letzter Wärmetauscher dient für die
Zulieferung von natürlicher Wärmeenergie aus der Außenluft oder aus Grund- und Oberflächenwasser
in Winterzeiten in den Kaltwassertank. Dieser Wärmetauscher dient zugleich für die
Zulieferung von natürlicher Kühlenergie aus der Außenluft oder aus Grund- und Oberflächenwasser
während der SommorziL. Im Wassertank befindet sich ferner eine Batterie von Glasröhren
mit einer Calziumchloridlösung als Schmelzwärmespeicher, um zum einen die Wärmespeicherfähigkeit
des Tankinhalts zu erhöhen und zum anderen die Temperatur des Tankinhaltes um den
Schmelzpunkt der Ca Cl2-Füllung herum zu stabilisieren. Die Schmelzpunkttemperatur
ist geringfügig nach Art der Salzlösung zu variieren und liegt um ca. +28 0C herum.
Da für die Brauch-Warmwasserversorgung höhere Temperaturen um ca. +500C herum benötigt
werden, ist im vorliegenden Falle ein gesonderter kleiner Tank als Boiler zwischengeschaltet,
der mit Elterhitzung als Ergänzungsheizung auf die nötige Temperatur gebracht werden
kann.
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Für die Ausbeute der natürlichen Wärmequellen in der Winterzeit sind
die folgenden Möglichkeiten gegeben: 1. Bei Sonnenkollektoren wird das von ihnen
erzeugte Warmwasser zunächst für die Brauch-Warmwasserversorgung über Wärmetauscher
durch den Boiler, danach durch den Warmwassertank und schließlich durch den Kaltwassertank
geleitet, um die Wärmeenergie so
stark wie möglich herauszuziehen
und die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Sonnenkollektors zu vergrößern.
Bei Rücklauftemperaturen unterhalb der Wassertemperatur im Boiler oder im Warmwassertank
können die jeweiligen Zuleitungen durch Thermostatventile abgesperrt werden.
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2. Bei Verwendung von Absorber-Wärmepumpen mit zwei oder mehr Verdjrnpfer£lüssigkeiten
kann die niedrigtemperierte Verdampferflüssigkeit als sogenannte Sohle auf sehr
niedrige Temperaturen weit unter #0°C gebracht werden und damit erhebliche Mengen
Wärmeenergie aus dem Kaltwassertank ziehen, der seinerseits über Wärmetauscher Wärmeenergie
aus der Außenluft oder Grund- und Oberflächenwasser bezieht.
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Dies kann bei Verwendung von Absorberpumpen auch dann noch wirtschaftlich
sein, wenn die Temperaturen der Außenluft oder des Grund- und Oberflächenwassers
erheblich unter Raumtemperatur liegen. Es erscheint aus verschiedenen Gründen jedoch
ratsam, mit der Temperatur im Kaltwassertank nicht unter den Gefrierpunkt des Wassers
zu gehen, obwohl dies bei Verwendung eines Frostschutzmittels bzw. einer Sohle möglich
wäre. Bei Verwendung einer Sohle auch in den Kreisläufen der Außenluft- oder Grund-
und Oberflächenwasser-Wärmetauscher, könnte dieser Kreislauf nach Bedarf im Winter
mit der Niedrigtemperatur-Ver dampferflüssigkeit (Sohle) der Absorber-Wärmepumpe
kurzgeschlossen werden, um die Temperaturdifferenzen im Umlaufsystem zu vergrößern
und damit die Effektivität des Wärmeentzuges aus den äußeren natürlichen Energiequellen
zu erhöhen.
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Siehe Figur 1 mit den Anschlüssen zum Kaltwassertank.
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Für die Ausbeute der natürlichen Kühlquellen in der Sommerzeit dienen
wiederum die bereits zuvor genannten Kreisläufe über Außenluft- oder Grund- und
Oberflächenwasser-Wärmetauscher. Für die Ausbeute der Kühlenergie aus der Außenluft
dient vor allem die auch im Sommer kühlere Nachtluft, deren Kühlenergie während
der Nachtstunden an den Kaltwassertank abgegeben werden muß, um dann bei entsprechender
Tankbemessung ausreichende Kühlenergie für die Tageszeit zur Verfügung zu haben.
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Figur 34 zeigt dazu den Prinzipentwurf eines Luft-Wärmetauschers auf
Dächern als Ergänzung der in Figur 1 gegebenen Schemaskizze. Als Ergänzungskühlung
und zugleich als Temperaturregulator dient die Absorberpumpe.
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Falls ausreichend Grund- oder Oberflächenwasser zur Verfügung steht,
braucht die Absorberpumpe jedoch nicht unbedingt immer in Aktion zu treten, da diese
Wassertemperaturen ohnehin meist in der gewünschten Temperaturspanne zwischen +12
bis +180C, also gemitte3t um +150C liegen. Die Kühlwassertemperatur sollte jedoch
nicht unter die jeweilige Taupunkttemperatur der Außenluft zu liegen kommen, um
Kondensatbildung an den innenseitig gekühlten Außenwandflächen zu verhindern.
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Figur 6 zeigt eine Variante der Fassadenkonstruktion mit einer Ergänzung
in dem Sinne, da3 die äußere Wandverkleidung nun als Sonnen-Luftkollektor ausgebildet
worden ist. Es handelt sich um eine mit der niedrigtemperierten Sohle der Absorberpumpe
durchströmten Kanalplatte aus Aluminiumblechen. Die Ausbeute der Sonnenenergie ist
dabei reduziert, weil die Wärmeabgabe
durch Konvektion infolge
Windeinfluß bei fehlender Verglasung mit ruhendem Luftspalt sehr grols sein kann.
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Dagegen wird der Wärmeentzug aus der Außenluft, besonders unter Windeinfluß,
bei Verwendung niedrigtemperierter Sohleflüssigkeiten beträchtlich erhöht.
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Dies kann in maritimen Klimaten mit wenig Sonnenschein, aber verhältnismäßig
hohen LuSttemperaturen im Winterhalbjahr zu einer höheren Energieausbeute führen
als bei reinen Sonnenkollektoren. Als Vorteil kommt dabei die ohnehin vorhandene
und mit einer bestimmten Wi t1 erung'schaIe zu verkleidende große Fass@denfläche
von GeD;iuden. Im vorliegenden Fall wird die Kanalplcltte aus einem dunkelgraubraun
elosierten, glatten Aluminiumblech zur Strahlenabsorption an der Außenseite und
einem profiliert gewalzten Aluminiwnblech zur Kanalbildung n der Rückseite gebildet,
wobei die beiden Bleche im Elektro-Walzschweißverfahren oder mit geeigneten Kunstharzklebern
aufeinander gepreßt werden. Fugenanschlüsse werden durch eine einfache seitliche
Aufkantung der-Bleche und eine überlappende Deckleiste gegen Niederschlagseinfluß
ausgebildet.
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Diese Fassadenkonstruktionen ind auc in gleicher Ausbildung mit größeren
Längen für geneigte Dächer zu verwenden.
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Figur 9 zeigt dazu im t3ildteil oben rechts einen Dachquerschnitt
mit Prinzipanschlüssen bei Traufe und First und darunter einen Elementanschluß mit
der Fugenausbildung im Detail.
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Der in Figur 11 - 15 dargestellte Typ der Fassadenelemente hat denselben
Schichtaufbau wie der in Figur 1 gezeigte. Er ist jedoch nicht geschoßhoch bemessen,
sondern bildet in etwa halber Gescho3höhe eine Art
Brüstungselement,
darüber folgt ein horizontales Fensterband. Dieser Zuschnitt kann wieder, analog
den Metallfassaden im vorangegangenen Antrag, für bestimmte Gebäude wie Büro-, Verwaltungs-,
Schul- und sonstige Betriebsgebäude in Betracht kommen, bei denen eine gleichmäßigere
Tagesausleuchtung der dahinterliegenden Räume verlangt wird.
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Infolge der verkleinerten wirksamen Fassddenflache für die Raumerwärmung
oder -kühlung zugunsten eines größeren Anteiles an Fensterfläche muß die Wärmeenergie@bgabe
oder -aufnahme der geschlossenen Fassadenfläche intensiviert werden. Zu diesem Zweck
werden bei diesem Typ die Luftspalt des Fassadenelementes zwangsweise mit Luft durchströmt.
Um das Luftumwälzsystem für eine breite Verwendungsmöglichkeit so einfach wie möglich
zu halten, kann mit einem Einkanalsystem gearbeitet werden, wobei nur die Zuluft
in geschlossenen Rohren herangeführt wird. Die Zuführung erfolgt hier zwischen tragender
und abgehängter Decke des darunterliegenden Geschosses und mündet in einem auf den
unteren Schlitz des Fassadenelementes aufgesetzten Verteilerkanal aus Blech.
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Die Luftdurchspülung der Fassadenelemente erfaßt nun in diesem Vorbild
die gesamte Fassade einschließlich Fensterfläche. Ein erster Teil der Zuluft wird
jedoch bereits in einem Schlitz unterhalb des Fensteransatzes zur gleicflmäßigeren
Verteilung der Luft durch ein Ableitblech nach unten in den Raum gedrückt. Der übrige
Teil durchströmt den Hohlraum einer Doppelfensterkonstruktion und gelangt über eine
abgehängte perforierte Decke von oben nach unten in den Raum. Auf diese Weise erhält
auch die innere Glasscheibe des Fensters nahezu
die gleiche Oberflächentemperatur
wie die übrige Außenwandoberfläche. Falls die Oberfläche des Fassadenelementes für
die Lieferung der notwendigen Heiz- oder Kühlmenge unzureichend sein sollte, kann
das Temperierungssystem mit den Rohrschlangen auch auf die abgehängte Decke erweitert
werden. Hierzu werden anschlißend noch nähere Ausführungen gemacht. Die abgeführte
Luft gelangt über den rückwärtigen Teil der abgehängten perforierten Decke, deren
Hohlraum durch eine Abschottung mit einer Klappe unterteilt ist, über-Öffnungen
in den MittelwSinden bzw. TT;.iScrn oder Unterzügen in den Abfuhrkanal über der
Flurzone, der seinerseits an geeigneter Stelle in vertikale Abfuhrschächte mündet.
Da die Zuluftleitungen aus Blech unisoliert in diesen Abfuhrkanälen liegen, kann
bereits ein Teil der Wärmeenergie im Winter oder der Kühlenergie im Sommer aus der
Abluft zurückgewonnen werden.
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Die im vorliegenden Fall mit durchströmte, doppelschalige Fensterkonstruktion
hat eine Funktionserweiterung dahingehend, daß neben der Wanddurchflutung auch andere
Lüftungsmöglichkeiten eröffnet werden. Für Jahreszeiten, in denen keine Heizung
oder Kühlung der Räume nötig ist und bei denen auch keine Luftumwälzung der zentralen
Frischluftversorgung erfolgen sollte, kann gemäß Skizze in Figur 17 unter Luftstrom
Nr. 1 auf natürlicher Weise effektiv mit Außenluft gelüftet werden. Bei Sonneneinstrahlung
im Sommer kann eine Jalousie, an windgeschütztem Ort zwischen den Beglasungen liegend,
heruntergelassen und die absorbierte Strahlungsenergie mit dem Luftstrom Nr. 2 nach
draußen befördert werden.
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Sollte die absorbierte Strahlungsenergie jedoch in der
kälteren
Jahreszeit als Wärmegewinn erwünscht sein, so kann diese Wärmeenergie auch mit dem
Luftstrom Nr. 3 nach innen gelüftet werden. Dies kann bei Inbetriebsein der zentralen
Frischluftversorgung aber auch mittels des Luftstromes unter Nr. 4 für die gesamte
Wandbelüftung erfolgen, wobei die Wärmezufuhr über die abgehängte perforierte Zwischendecke
erfolgt. Sollte sie dort unerwunscht sein, so kann sie auch durch Öffnen der Klappe
in der Abschottung des Deckenhohlraumes direkt in den Abluftstrom mit abgesogen
werden.
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Entsprechend den gewünschten Luftströmen müssen bestimmte Klappe geöffnet
und andere geschlossen werden.
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Der in Figur 16 - 20 dargestellte Typ der Fassadenelemente unterscheidet
sich vom vorhergehenden nur durch die Kombination der Fassadenelemente mit einem
(reinen) Sonnenkollektor. Er kann auf einfachste Weise mit der als Sonnen-Luftkollektor
näher beschriebenen Kanalplatte aus zwei Aluminiumblechen dadurch hergestellt werden,
daß eine Plexiglasplatte mit kleinem Abstand davor gesetzt wird, so daß die auf
der dunklen Kanalplatte absorbierte Sonnenstrahlung nicht unmittelbar durch Konvektion
wieder nach draußen abgeführt werden kann. Kleine Lüftungsklappen am unteren und
oberen Ende des Luftspaltes können über Bimetallöffner gegen eine Überhitzung des
Kollektors im Sommer sorgen. Damit wäre dieser Kollektor auch geeignet, bei Temperaturen
unter Außenlufttemperatur als Luftkollektor zu fungieren.
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Wenn man jedoch berechnet, welche Luftmengen bei einer Wärmespeicherkapazität
der Luft von nur 0,3 kcal/m30C durch den Luftspalt geführt werden müßten, erkennt
man sehr schnell, daß die Effektivität nicht sehr groß sein
kann.
Als reiner Sonnenkollektor wird er dort gute Verwendung finden können, wo das Außenklima
im Winterhalbjahr eine ausreichend große Sonnenscheindauer erwarten läßt. Zur besseren
Ausnutzung des Sonnen-Einstrahlungswinkels könnte er auch schräg gestellt werden.
Das gezeigte Fassadenelement ist im Frinzipaufbau auch wiederum als Dachelement
bei geneigten Dächern verwendbar.
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Durchströmte Decken-, Innenwand- und Fußbodenelemente 11 Ü IrciriYung
(iähen zu den durchströmten Fassadenelementen.
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Da die Größe der zur Verfügung stehenden Flächen von Außenwänden und
Dächern nicht immer exakt auf die jeweiligen thermischen Forderungen der zu temperierenden
Räume abgestimmt werden kann und die gewünschte Fläche an der Außenhaut z. B. im
Verhältnis zu den Forderungen zu klein sein oder gar ganz fehlen kann, müssen im
Bedarfsfalle Ergänzungsflächen für die Raumtemperierung gefunden werden. Hierzu
bieten sich die übrigen 5 Seiten eines kubischen Raumes mit den drei Innenwandflächen
sowie den Decken- und Fußbodenflächen an. Welchen der fünf Flächen dabei der Vorzug
gegeben wird, hängt sehr von den räumlichen Situationen ab. Bei großen Räumen mit
weit entfernten Innenwänden oder bei versetzbaren und damit schwerer in das Temperierungssystem
integrierbaren Innenwänden stehen in jedem Falle noch die Decken- und Fußbodenflächen
zur Verfügung.
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Durchströmte Deckenverkleidungen und abgehängte Plafonds haben den
Vorteil, daß sie keine Kontaktflächen des menschlichen Körpers darstellen und beispielsweise
keine Schweißfüße wie bei Fußbodenheizungen verursachen. Da die Temperatur des hier
verwendeten Wärmeträgers
aber ohnehin nur sehr wenig von der Raumtemperatur
abweicht, besteht diese Gefahr im vorliegenden Falle kaum. Andererseits kann in
bestimmten Räumen im Winter eine etwas über der Lufttemperatur liegende Fußbodentemperatur
sehr wohl gewünscht sein. Uber die Wirkung einer gekühlten Fußbodenfläche im Sommer
liegen bisher noch ungenügende Erfahrungen vor. Möglichkeiten der Ausbildung von
durchströmten Decken-, Wand- und Fußbodenkonstruktiner als eine Art Flächenverkleidungen
aus Präfabelementen zeigen die Figuren 21 - 27.
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In Figur 21 - 2z wird eine durchströmte Plafondkonstruktion als abgehängte
Decke gezeigt, wobei der Vorteil besteht, daß sie auch in das System der Zwangsbelüftung
integriert werden kann, d. h., daß die Wärme- oder Kühlenergieabgabe mittels Durchlüftung
intensiviert werden kann.
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Die abgehängte Plafondkonstruktion besteht aus abgekanteten Stahl-
oder Aluminiumblechen in den Größen von 90 x 90 oder 120 x 120 cm, die auf der Rückseite
oben mit dem in Schlangenform aufgeklemmten Rohrleitungssystem versehen sind. Die
Koppelung der Rohrleitungen des Präfabsystems erfolgt bei der Montage mit speziellen
Rohrverbindungen.
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Entlang den Rohrführungen enthalten die Metallbleche eingestanzte
Schlitze, wo hindurch die Luft aus dem Deckenhohlraum an den temperierten Rohrleitungen
vorbei in den Raum gedrückt werden kann. Gegen Wärmeleitung nach oben und zur Absorption
von Luftschall ist über den Rohrleitungen eine luftdurchlässige Mineralfaserplatte
aus Glas- oder Steinwolle angeordnet worden.
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Die Aufhängung der Plafondkonstruktion erfolgt an höhenmäßig verstellbaren
Aufhängevorrichtungen, die zugleich die Vor- und Rücklaufleitungen mit aufnehmen.
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In Figur 25 - 27 wird eine durchströmte Fußbodenkonstruktion als sogenannter
schwimmender Fußboden aus Präfabelementen gezeigt. Fußbodenheizungen in sogenannten
schwimmenden Fußbodenestrichen, jedoch am Ort hergestellt, sind bereits seit langem
bekannt. Die vorl-jc'gcnden Präfabelemente in den Größen von 90 x 90 oder 120 x
120 cm bestehen aus einer unteren Styropor-Formplatte mit ausgespartem Rohrleitungsnetz,
in das die Kunststoffrohre nur hineingedrückt werden, und einer biegesteifen Deckplatte
aus Asbestzement oder Anhydritgips mit Glasfaserbewehrung. Zur Verbesserung der
Wärmeleitung dient eine auf die Rückseite der Deckplatte aufkaschierte AluBolie.
Styroporplatte und obere Deckplatte werden miteinander verleimt. Zur wirksameren
Federung des Fußbodens gegen Trittschallübertragung besitzt die Styroporplatte eine
untere, pyramidenförmige Profilierung, so daß sie nur mit den besser federnden Styroporspitzen
auf dem Untergrund aufliegt. Die Verbindung der Plattenelemente erfolgt mit Sperrholzfedern
in versetzt ausgesparten Nuten der Styroporplatte, wobei die Anordnung der jeweils
über zwei Plattenbreiten laufenden Federlängen so erfolgt, da3 an den Kreuzfugen
jeweils eine der Federn zur Versteifung der gegen Vertikallasten schwachen Kreuzfuge
durchläuft. Die Stöße der jeweils querlaufenden Federn an den Kreuzfugen sind zurückgeschnitten,
so daß an diesen Stellen die Verbindung der Rohrleitungen mit den zuvor bereits
erwähnten Spezialverbindungen erfolgen kann. Die Leitungsenden
an
den einzelnen Plattenelementen können zu diesem Zweck ein Stück herausgezogen und
beim Zusammenfügen der Plattenelemente wieder zurückgeschoben werden. Die Befestigung
der Elemente auf dem zuvor mit einem Ausgleichs spachtel geebneten Deckenuntergrund
erfolgt mit eingebohrten Dübeln und Schrauben durch die Verbindungsfedern hindurch,
wobei der Schraubenkopf mit einer Gummisciieibe zur ausreichenden Federung des Fußbodens
gegen Trittschalldurchgang unterlegt werden muß. Auf die so verlegten Plattenelemente
können die üblichen Beläge kommen, wobei darauf zu achten ist, daß sie nicht allzu
stark wärmedämmend sind. Die Plattenelemente könnten als Deckplatte statt Asbestzement
oder glasfaserbewehrtem Anhydritgips auch eine Holzwerkstoffplatte (Sperrholz oder
Spanholzplatte) mit direkt aufgebrachtem Mosaikparkett erhalten. Die Wärmeableitung
aus dem Rohrleitungsnetz wäre dabei jedoch stark vermindert.
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Ein dem Fußbodenelement sehr ähnlich aufgebautes und ebenso verbundenes,
durchströmtes Element als Wandverkleidung zeigt Figur 28.
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Die Größe sollte jedoch auf Raumhöhe bemessen werden, wobei die Vor-
und Rückläufe hinter unteren Fußleisten und oberen Eckleisten verdeckt liegen können.
Als Deckplatte ist hier eine Gipskartonplatte mit rückseitig aufkaschierter Aluminiumfolie
verwendet worden.
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Die Befestigung auf der Wand erfolgt gewöhnlich mit Schrauben. Derartige
Elemente können natürlich auch an den Unterseiten von Geschoßdeckenflächen verwendet
werden.
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Allein mit temperierter Luft durchströmte Fassadenkonstruktionen Als
letzten Typ durchströmter Fassadenelemente zeigt eine Konstruktion, wobei die Fassaden
allein mit temperierter Luft durchströmt werden. Die Temperierung erfolgt an bestimmten,
geeigneten Stellen der Fassaden-Anschlußstellen an die Geschoßdecken oder bzw. und
geschoßweise zentral in den Flurbereichen. Bei kleineren Gebäuden mit ein bis zwei
Geschossen könnte die Temperierung auch zentral direkt und allein von den Wassertanks
aus erfolgen. Bei mehrgeschossigen Gebäuden wird eine geschoßweise Verteilung von
Temperierungskörpern erfolgen müssen, die mit Vor- und Rückläufen nach Warm-und
Kaltwasser getrennt direkt von den beiden Warm-und Kaltwassertanks über Wärmetauscher
versorgt werden.
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Diese Temperierunyskörper für Heiz- und Kühlzwecke bestehen aus einer
Art Konvektor mit Wasserrohrsystem und wärmeleitenden Rippen zur Erwärmung oder
Kühlung der zwangsweise durchströmenden Luft. Es handelt sich also um ein Lufttemperierungs-
bzw. Luftbehandlungssystem.
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Zu diesem Zwecke besitzen die beiden Wassertanks im oberen Teilbereich
ein Wärmetauscher-Röhrensystem, das an beiden Tankenden in einen Querkanal und einen
vertikalen Schlitz des Tankdeckels mündet, von wo aus die Luft sodann in Vertikal-
und Horizontalkanälen an geeigneten Stellen innerhalb der Gebäudekonstruktion weitergeleitet
werden kann. Bei Heizung im Winter wird die angesogene kältere Außenluft im Warmwassertank
bereits vorgewärmt und dann als Zuluft weitergeleitet.
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Die Abluft strömt beim Rücklauf umgekehrt durch den Kaltwassertank
und kann dabei einen großen Teil der aufgenommenen Wärmeenergie wieder abgeben.
Bei Kühlung
im Sommer wird die wärmere Außenluft als Zuluft zuerst
durch den Kaltwassertank geleitet und abgekühlt. Als Abluft wird sie in der Regel
immer noch kühler als die Temperatur im Warmwassertank sein, so daß sie dort Kühlenergie
abgeben kann, falls sie nicht aus Gründen einer gewünschten höheren Temperatur im
Warmwassertank für Zwecke der Brauch-Warmwasserversorgung direkt nach draußen abgeleitet
viird. Bei der Zufuhr von feuchtwarmer Außenluft im Sommer und der Abkühlung im
Kaltwassertank kann anfallendes Kondensat bei der Entfeuchtung der Luft in den Querkanälen
am Kopfende des Kaltwassertanks über ein seitliches Omegaröhrchen abgeführt werden.
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Da die Temperaturdifferenzen zwischen der angesogenen Außenluft und
den Wassertanks relativ gering sind, wird eine Nachttemperierung an geschoßweise
verteilten Temperierungskörpern in der Regel notwendig sein. Dabei können diese
im zentralen Geschoßflächenbereich über den Fluren in einem Deckenhohlraum oder
bzw. und direkt an den Eintrittsstellen der Luft in das Fassadenelement an den Deckenanschlußstellen
liegen. In Figur 29 - 33 sind beide Möglichkeiten der Plazierung vorgenommen. Zwischen
den Temperierungskörpern auf dem Flur und an den Deckenanschlußstellen kann die
Zuluft in einem Deckenhohlraum mit abgehängtem Plafond oder in einer Betondecken-Kanalplatte
oder, wie im vorliegenden Fall, in Kanälen unterhalb der tragenden Decke geführt
werden, die durch Verwendung einer Stahl-Trapezblechdecke mit unterer Deckenverkleidung
gebildet worden sind.
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Die Zuführung der temperierten Luft in den Raum kann an vier Stellen
erfolgen: 1. unmittelbar am Rand der
Decke, 2. durch den oberen
Fensterlüftungsschlitz, 3. durch den unteren Fensterlüftungsschlitz und 4. durch
einen Wandschlitz über der Fußleiste unten. Bei Heizung im Winter werden vornehmlich
allein die beiden letzteren in Betracht kommen, wobei auch an den Sonnenschutzlamellen
im Fensterhohlraum absorbierte Strahlungsenergie mit in den Raum geleitet werden
kann. Bei Kühlung im Sommer wird vornehmlich allein die erste Klappenöffnung am
Deckenrand in Betracht kommen, da die schwerere Kaltluft von selbst nach unten sinkt.
Gleichzeitig kann an den Sonnenschutzlamellen im Fensterhohiraum absorbierte Strahlungsenergie
nach draußen abgeführt werden.
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Die Möglichkeit einer natürlichen Raumlüftung für Jahreszeiten, in
denen die Anlage nicht unbedingt in Betrieb zu sein braucht, sind wiederum wie zuvor
gegeben.
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Die Abluft aus dem Raum kann auf einfache Weise durch Schlitze oder
andere Öffnungen in den Mittelwänden in einen Abluftkanal im Flurbereich abgeleitet
werden.
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In dem vorliegenden Fall wird die Zuluft umgekehrt als zuvor von oben
nach unten in den Luftspalt der Fassadenelemente gedrückt. Dies wurde aus Gründen
der wärmetechnisch besser untereinander abzuisolierenden Geschosse vorgenommen.
Die geschoßweise Abisolierung erfolgt hier hauptsächlich mit der Wärmedämmschicht
unter der Fußbodenkonstruktion, was beim Miethausbau hinsichtlich der individuellen
Energiekosten von Bedeutung sein kann. Ein umgekehrter Zuluftstrom von unten nach
oben in das Fassadenelement, wie zuvor, ist selbstverständlich möglich. In diesem
Falle müßten die Geschoßdecken bei einer Zuluftführung durch Kanäle etc.
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innerhalb der Decke an der Unterseite besser abgedämmt werden.
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Die Vor- und Rückläufe der Temperierungskörper in den einzelnen Geschossen
bilden im vorliegenden Falle eine Ringleitung im Keller. Diese Ringleitung kann
auch in allen anderen Geschossen, vor den Randbalken der Deckenkonstruktion liegend,
durchgeführt werden.
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Die Steigleitungen liegen, wieder wie zuvor, zwischen den tragenden
Stützen und den Fassadenelementen, wo sie leicht zu verkleiden und für Inspektionen
zugängig sind. Die Vor- und Rückläufe für die Temperierungskörper über den Flurbereichen
liegen in den Deckenhohlräumen und wurden von den periphären Hauptleitungen mitversorgt.
Das Leitungssystem der jeweils doppelt liegenden und nach Warm- und Kaltwasser trennbaren
Temperierungskörper kann im Winter bei stärkerer Heizleistung für beide Körper an
den Warmwassertank und umgekehrt im Sommer bei stärkerer Kühlleistung für beide
Körper an den Kaltwassertank angeschlossen werden. In den Jahresübergangszeiten
im Frühjahr oder Herbst, wenn keine extrem hohen Heiz- und Kühlleistungen abverlangt
werden, können sie getrennt an den Warm-und den Kaltwassertank angeschlossen werden.
Diese Funktion kann von Regelventilen, evtl. thermostatisch in Abhängigkeit von
der Außentemperatur, in den Hauptleitungsanschlüssen bei den Tanks übernommen werden.
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Wegen der Möglichkeit sowohl der Heizung als auch der Kühlung von
Räumen in bestimmten Jahreszeiten zu gleicher Zeit müssen sowohl die Temperierungskörper
als auch deren Vor- und Rückläufe eine sehr gute Wärmeisolierung erhalten. Die Menge
der Luftrate kann primär direkt an den Temperierungskörpern selbst und sekundär
in der räumlichen Verteilung der Ströme an den Öffnungsklappen der Zuluftschlitze
im Fassadenelement
geregelt werden.
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- Patentansprüche -