DE4334511A1 - Gebäude mit energieökonomischem Dach und/oder Außenwänden - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebäude mit energieökono­ mischem Dach und/oder Außenwänden, das zudem preisökonomisch herzustellen und zu betreiben ist.

Solarwärmekollektoren zur Erwärmung von Wasser, die im wesentlichen aus Kunststoff EPDM bestehen, sind verfügbar. Die Verwendung von Kunststoff ist dabei nicht nur aus Preisgründen vorgesehen, sondern es eignet sich aus­ gewähltes Material desselben für Solarwärmekollektoren. Solches für das Solar-Einstrahlfenster verwendetes Kunststoffmaterial hat die Eigen­ schaft, die Sonnenstrahlung weitgehend ungehindert durch das Material hindurch in die Flüssigkeit des Kollektors gelangen zu lassen, jedoch die im Kollektor erzeugte Wärme nur in sehr vermindertem Maße wieder (der eintretenden Sonnenstrahlung entgegengerichtet) aus dem Kollektor heraus­ zulassen. Die Rückseiten solcher Kollektoren sind im allgemeinen in konventioneller Weise wärmeisolierend ausgeführt. Die aus der obigen Ein­ leitung hervorgehende Aufgabenstellung zur vorliegenden Erfindung, nämlich den Aufbau eines energieökonomischen Gebäudes anzugeben, das außerdem auch preisökonomisch herzustellen ist, wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Prinzip der obenbeschriebenen bekannten Solarwärmekollektoren auszunutzen und aus solchen Dach und/oder Außenwände eines Gebäudes zu bilden, das als solches in konventioneller Weise für den Aufenthalt von Personen und/oder für die Lagerung von Materialien beheizbar ist. Das Gebäude besitzt z. B. eine Anlage mit Wasserradiatoren in den einzelnen Räumen, die von einer Heizquelle mit warmem Wasser gespeist werden. Die Besonderheit der Erfindung ist, daß, vorzugsweise mit diesem System gekoppelt, das Dach und/oder die Außenwände aus erfindungsgemäß verwendeten Solarwärme­ kollektoren des Prinzips der obenbeschriebenen Art bestehen. Das Gebäude besitzt ein tragendes Skelett aus entsprechend stabilem Material wie z. B. Stahl, Holz oder dergleichen. In dieses Skelett sind erfindungsgemäß vor­ gesehene Solarwärmekollektoren eingesetzt, die zusammen mit dem Skelett Dach und Wände gegen die Witterung der Außenatmosphäre dicht abschließen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß auf der Innenseite des Gebäudes die vorgesehenen Kollektoren gleichartig wie deren der Sonne zugewandte Außenseite ausgebildet sind. Es kann damit nämlich die Innenisolierung des Gebäudes preisökonomisch eingespart werden. Da die verwendeten Solarwärmekollektoren nicht nur auf der Außenseite sondern auch auf deren Innenseite (ansonsten ist dies deren Rückseite) mit der obigen Kunststoffwandung versehen sind, die relativ wenig Wärme in den Kollektor aus dem Innenraum des Gebäudes eintreten läßt, ist die Basis für einen Isolationseffekt gelegt. Die in den Kollektor vom Innenraum des Gebäudes eintretende Wärme wird über die Kollektorflüssigkeit wieder gesammelt und kann dem Heizungssystem des Gebäudes wieder zugeführt werden. Die Verwendung solchen Wärme in nur geringem Maße hindurchlassenden Kunststoffes dient dabei auch dazu, zeitweise mögliche übermäßige Erwärmung des Gebäudes von außen vom Innenraum fernzuhalten, der somit auch durch die Kollektoren tempera­ turklimatisiert werden kann.

Die in den Solarwärmekollektoren durch Sonneneinstrahlung aufgenommene Wärme wird mit dem Flüssigkeitstransport durch die Kollektoren hindurch an eine Solarwärme-Sammelstelle abgeführt. Es ist dies wie üblich ein größerer Flüssigkeitsbehälter, in dem der Energieinhalt solarerwärmter Flüssigkeit gespeichert wird. Es kann dies z. B. auch ein Schwimmbad sein, das üblicherweise erhebliche Mengen an Wasser faßt. Gegebenenfalls ist ein Wärmeaustauscher zwischen dem Schwimmbadwasser und der Kollektor­ flüssigkeit vorgesehen, die zwar ebenfalls im wesentlichen Wasser ist, das in der Regel aber mit Zusätzen gegen Korrosion, Gefrieren und dgl. versetzt ist.

Aus diesem Wärmespeicher kann mit Hilfe einer Wärmepumpe Heizenergie mit höherer Temperatur als der Temperatur der Kollektorflüssigkeit gewonnen werden. Diese Heizenergie kann zur oben bereits beschriebenen konventio­ nellen Heizung des Gebäudes verwendet werden.

Aus dem Voranstehenden ist ersichtlich, daß es bei der Erfindung nicht erforderlich ist, übermäßig großen Aufwand in die Wärmeisolation der Innenseite der Außenhaut des Gebäudes, und zwar für den Wärmedurchgang von innen nach außen, zu betreiben. In die Kollektoren des Daches und der Außenwände von innen her gelangende Wärme wird ebenso wie die Solarwärme im Kollektor aufgenommen, in das Speichersystem geliefert und wird von dort wieder der Raumbeheizung zugeführt.

Preisökonomisch läßt sich ein solches Haus herstellen, wenn man für dessen Konstruktion die die Außenhaut bildenden Solarwärmekollektoren als Modulbausteine konzipiert und verwendet. Dem Prinzip nach ist derartiges von Fertighäusern durchaus geläufig und bietet auch in gestalterischer Hinsicht für den Architekten kein Problem.

Wegen der im Vergleich zum Innenraum des Gebäudes enorm großen Flächen, die in Süd- aber auch in Ost- und in West-Richtung für die Solarwärme­ aufnahme zur Verfügung stehen, läßt sich eine gute Energiebilanz er­ wirtschaften und es steht im Regelfall selbst in der Winterzeit eine relativ große Wärmemenge zur Verfügung. Ein Zusatz-Heizbedarf aus anderen Energiequellen kann daher selbst in strengem Winter gering gehalten werden, wobei zu berücksichtigen ist, daß niedrige Außentemperaturen zumindest in Europa meistenteils mit sonnigen Tagen verbunden sind, so daß über die Sonnenscheindauer des Tages hinweg große Energiemengen, abhängig von der Größe des Energiespeichers, gesammelt werden können.

Aus welchen Gründen auch immer nur mangelhaft oder gar nicht (Nordseite) beschienene Wände und Dachflächen des Gebäudes werden in konventioneller Weise wärmeisolierend hergestellt, wobei dies ebenfalls, wie bekannt, in Modulbauweise mit Skelettstruktur ausführbar ist.

Vorzugsweise sind die Solarwärmekollektoren miteinander zusammengesteckt und anschließend verschweißt oder verklebt. Eine Fläche wie z. B. das Dach oder eine Außenwand hat untenliegend ein erstes Sammelrohr und oben­ liegend ein zweites Sammelrohr, die im wesentlichen waagerecht verlaufen. Zwischen diesen erstrecken sich die Solarwärmekollektoren derart, daß durch das untenliegende Rohr Flüssigkeit den Solarwärmekollektoren zuge­ führt und durch das obenliegende Rohr die erwärmte Flüssigkeit abgeführt werden kann. In entsprechender Weise ist auch das Dach mit einem an der Traufe liegenden Rohr und einem am First liegenden Rohr ausgeführt und zwischen diesen Rohren erstrecken sich die Solarwärmekollektoren. Die miteinander verbundenen Solarwärmekollektoren einer Dachfläche bzw. einer Wandfläche bilden also wärmetechnisch eine Einheit. Pumpen sorgen für die notwendige Flüssigkeitsströmung, soweit nicht bereits Wärmekonvektion die Kollektorflüssigkeit in Bewegung hält.

Es empfiehlt sich, einzelne Flächen wie Dach oder einzelne Seitenwände des Gebäudes getrennt an den Speicher anzuschließen, nämlich um diese einzelnen Flächen gesteuert zu betreiben. Diese Steuerung kann auch dazu dienen, eine komplette Heiz- und Klimaregelung des Gebäudeinneren reali­ sierbar zu machen.

Im Inneren kann das Gebäude in an sich üblicher Weise ausgeführt sein. Es können dies Wohn- oder Büroräume, Lager- oder Maschinenhallen sein. Die erfindungsgemäß gebildeten Wände und/oder Dachflächen des Gebäudes können auf der Innenseite auch mit konventionellen Wandverkleidungen versehen sein. Außenfenster und Türen sind an dem Gebäude in üblicher Weise ange­ ordnet.

Die Fig. 1 zeigt ein Prinzipbild zur Erfindung. Mit 1, 1′ sind Solar­ wärmekollektoren der Gesamtheit der Kollektoren bezeichnet. Zum Beispiel befinden sich die Kollektoren 1 und 1′ auf verschiedenen Seiten des Ge­ bäudes, bezogen auf die Sonneneinstrahlung. Mittels der in beispielsweise die Vorlaufleitung 2 der Kollektorleitungen 2, 2′ eingefügten Ventile 3, 3′ läßt sich der von einer Pumpe 4 angetriebene Flüssigkeitsumlauf auf die jeweiligen Kollektoren 1, 1′ der Tageszeit und der Sonneneinstrahlung entsprechend steuerbar verteilen. Mit 5 ist ein Wärmetauscher im Speicher 6 bezeichnet, wobei letzterer z. B. auch ein Schwimmbad-Becken sein kann. Vorzugsweise wird als Speicher ein großvolumiger Wasserbehälter verwen­ det. Mit 7 ist eine Wärmepumpe bezeichnet, die über den Wärmetauscher 8 Wärme niedrigerer Temperatur aus dem Speicher 6 bezieht. Die Wärmepumpe 7 liefert höher temperiertes Heizungswasser über die Leitungen 9′ in das konventionelle Warmwasser-Heizungssystem des Gebäudes. Für den Notfall kann dieses Heizungssystem 9 zusätzlich auch einen Heizkessel 9′′ oder eine sonstige andere konventionelle Heizungsquelle aufweisen.

Fig. 2 zeigt in einer Aufsicht (für die geneigte Dachfläche) aus ent­ sprechend schräger Richtung eine Außenwand 11 und eine Dachfläche 12 des Gebäudes 10, von dem in der Fig. 2 ein entsprechender Anteil wiedergege­ ben ist. Die Außenwand 11 umfaßt z. B. eine Hauseingangstür 112 und Fen­ ster 113, von denen eines als Beispiel in Fig. 2 gezeigt ist. Die ganze Wandfläche 11 ist mit Ausnahme der Fenster und Türen derselben aus Solar­ wärmekollektoren 14 bestehend, von denen ebenfalls nur einige derselben dargestellt sind. Diese Kollektoren 14 sind zum einen mit der Bodenröhre 15 und der obenliegenden Röhre 16 sowie auch untereinander hinsichtlich des Durchflusses der Kollektorflüssigkeit in Verbindung. Durch die Boden­ röhre zugeführt Kollektorflüssigkeit fließt, teils durch die Pumpe ange­ trieben, teils auch durch Schwerkraftantrieb durch die Solarwärmekollek­ toren 14 in die obenliegende Röhre 16. Die Bodenröhre 15 ist mit der Systemleitung 2 und die obenliegende Röhre mit der Systemleitung 2′ ver­ bunden. Die Dachfläche besteht ebenfalls aus Solarwärmekollektoren 24 die einerseits in Flüssigkeitsverbindung mit der Dachbasisröhre 25 und andererseits mit der Firströhre 26 verbunden sind. Die Dachbasisröhre 25 ist mit der Systemleitung 2 und die Firströhre 26 mit der Systemleitung 22′ verbunden. Das System kann auch vereinfacht so ausgebildet sein, daß die obenliegende Röhre 16 und die Dachbasisröhre 25 ein und dieselbe Röhre sind, die zum einen mit den Solarwärmekollektoren 14 der Wand 11 und zum anderen mit den Solarwärmekollektoren 24 der Dachfläche 12 in Verbindung stehen. Vorteilhafterweise sind die Solarwärmekollektoren 14 und 24, die, abgesehen von dem tragenden Skelett des Gebäudes, die wesentlichen Bestandteile der Wand 11 bzw. des Daches 12 sind, entspre­ chend einer Steck-Modulbauweise ausgeführt und in dieser Weise einander verbunden. Die Verbindung der einzelnen Kollektormodule miteinander kann durch Verkleben, Verschweißen und dgl. gesichert sein.

Die in der Fig. 2 nicht dargestellten Systemleitungen 2, 2′ sind in entsprechender Weise in dem Gebäude verlegt und führen dann in das rest­ liche System, das zur Fig. 1 beschrieben ist.

Claims (8)

1. Gebäude, gekennzeichnet dadurch, daß der Sonnenstrahlung zugewandte Anteile von Wand (11) und/oder Dach (12) in eine tragende Skelettkonstruktion eingesetzte Solar­ wärmekollektoren (14, 24) sind, die für Modulbauweise konstruktiv ausgeführt und miteinander und mit unten- und mit obenliegenden Verbindungsleitungen (15, 25; 16, 26) für den Umlauf der Kollektorflüssigkeit verbunden sind, wobei die Solarwärmekollektoren (1, 1′; 14, 24) zumindest der Sonnenstrahlung zugewandt ein Solar-Einstrahlfenster besitzen, das aus einem Material besteht, das für die Sonnenstrahlung hohe spezifische Durchlässigkeit und für Niedrigtemperatur-Wärme dagegen geringe spezifische Wärmedurchlässigkeit besitzt.

2. Gebäude nach Anspruch 1, bei dem die vorgesehenen Solarwärme­ kollektoren (1′1′; 14, 24) auch auf der Gebäudeinnenseite aus einem Material bestehen, das wenig spezifische Durchlässigkeit für niedrig temperierte Wärme hat.

3. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Solarwärmekollektoren (1, 1′; 14, 24) konstruktiv miteinander zusammensteckbar ausgeführt sind.

4. Gebäude nach Anspruch 3, bei dem die vorgesehenen Solarwärme­ kollektoren (1, 1′; 14, 24) an den Stellen, an denen sie gesteckt sind, miteinander verklebt oder verschweißt sind.

5. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem für eine Wand­ fläche (11) wenigstens eine untenliegende Röhre (15, 25) und eine obenliegende Röhre (16, 26) als Sammelleitung der Kollektoren (1, 1′; 14, 24) der jeweiligen Wand-/Dach-Fläche (11, 12) vorgesehen sind.

6. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das System der Solarwärmekollektoren (1, 1′) einen Wärmespeicher (6) mit Umlauf­ system besitzt.

7. Gebäude nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das zur (zusätzlichen) Beheizung des Gebäudes ein konventionelles Heizungssystem (9) vorsieht.

8. Gebäude nach Anspruch 7, bei dem das konventionelle Heizungssystem (9) mittels einer Wärmepumpe aus dem Speicher (6) mit Wärme versorgt wird.