<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Raumklimatisierungssystem.
Konventionelle Speichermedien, wie Beton, Ziegeln usw. haben den Nachteil, dass eine durch sie aufgenommene bzw. abgegebene Wärmemenge ihre Temperatur erhöht bzw. erniedrigt. Konventionelle Speichermedien können daher in erster Linie nur zur Glättung und Phasenverschiebung der Wärmeströme relativ zu denen in einer nichtspeichernden Wand herangezogen werden. Lediglich für Zeiträume, innerhalb derer sich die Tagesaussenmitteltemperatur im Bereich der gewünschten Innentemperatur bewegt, kann die Speicherwirkung konventioneller Speichermassen wesentlich zur Verbesserung des Innenklimas beitragen.
Da die Speicherung konventioneller Speichermassen mit einer Temperaturänderung des Speichers verbunden ist und da der gewünschte Temperaturbereich ein relativ kleines Temperaturintervall umfasst, können konventionelle Speichermassen praktisch nicht zur übersaisonalen Wärmespeicherung herangezogen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es unter anderem, diese Nachteile einer Wärmespeicherung in konventionellen Baustoffen zu vermeiden, sowie ein Raumklimatisierungssystem zu ermöglichen, das aus wirtschaftlicher und energiewirtschaftlicher Sicht allen bisherigen überlegen ist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Raumklimatisierungssystem dadurch erreicht, dass es mindestens einen mit einer Latentwärmespeichermasse gefüllten Behälter aufweist, der bei ein und derselben Temperatur T sowohl Wärme zum Zweck des Heizens unmittelbar am Ort des Bedarfs abgibt als auch Wärme zum Zwecke des Kühlens unmittelbar am Ort des Bedarfes aufnimmt, wobei die Wärmespeicherkapazität sämtlicher einem zu klimatisierenden Raum zugeordneten Latentwärmespeichermassen der Summe der den Latentwärmespeichermassen zugeführten oder entzogenen Nutz-
EMI1.1
ist, bzw. diese Behälter belüftbar sind.
Zweckmässig handelt es sich bei einer solchen Latentwärmespeichermasse um das Hydrat eines ungiftigen, unbrennbaren und billigen anorganischen Salzes, wie z. B. Natriumsulfat mit Zusätzen. Bei entsprechender Schichtdicke des Speichermediums und optimaler Positionierung desselben innerhalb des Baukörpers, z. B. einer Wand, gelingt es erfindungsgemäss ohne Behaglichkeitsverlust, im Winter den Energiebedarf zum Zwecke der Raumheizung erheblich zu reduzieren und im Sommer den Kühlbedarf bis zur Gänze einzusparen.
In allen Fällen kann so vorgegangen werden, dass der Phasenübergang des Speichermediums im Bereich von etwa 220C liegt.
Zur Einstellung unterschiedlicher Umwandlungspunkte können dem Speichermedium verschiedene Zusätze beigegeben sein. Bei diesen Zusätzen kann es sich gleichfalls um Alkalisalze handeln, als sehr vorteilhaft hat sich NaCl, KCI od. dgl. erwiesen.
EMI1.2
Innenwand in tragender Ausführung ; Fig. 2B einen solchen Querschnitt durch eine Innenwand in nichttragender Ausführung ; Fig. 3A einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäss aufgebauten Boden ; Fig. 3B einen solchen durch eine erfindungsgemäss aufgebaute Decke ; Fig. 4 eine noch weiter-
EMI1.3
menhang zwischen Innentemperatur des Einfamilienhauses und Aussentemperatur in Abhängigkeit vom Ausmass der erfindungsgemässen Ausgestaltung des Baukörpers ; Fig. 8A eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform einer tragenden Aussenwand ;
Fig. 8B eine solche einer nichttragenden Aussenwand (Parapetkonstruktion) ; Fig. 9A eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform einer tragenden Innenwand ; Fig. 9B eine solche einer nichttragenden Innenwand ; Fig. 10A eine weitere erfindungs-
EMI1.4
; Fig. 10B10B und Fig. 12 im Querschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Wärmespeichers.
In Fig. lA, welche eine erfindungsgemässe Aussenwand schematisch im Querschnitt zeigt, ist
<Desc/Clms Page number 2>
der aus z. B. Beton oder Ziegel bestehende tragende Kern mit --3-- bezeichnet. --4-- ist eine Dämm- schicht und-5-eine Fassadenschicht. Nach innen schliessen sich an den Kernzin oder mehrere Behälter --2-- an, die mit einer nichtkonventionellen Wärmespeichermasse, etwa einer Latentwärmespeichermasse, gefüllt sind. Diesem mit Latentwärmespeichermasse gefüllten Behälter --2-- ist noch eine Innenabdeckung-l-vorgesetzt.
Die Ausbildung der in Fig. 1B schematischem Querschnitt gezeigten Aussenwandkonstruktion (Parapetkonstruktion) unterscheidet sich von der in Fig. lA lediglich dadurch, dass der tragende Kern --3-- fehlt.
Die in Fig. 2A dargestellte Innenwand tragender Konstruktion sieht die Anbringung von Wärmespeichern-2-beiderseits des tragenden Kerns -3-- der Innenwand vor ; diese Wärmespeicher - sind weiters an ihrer Aussenseite mit Innenabdeckungen --1-- versehen. Als tragender Kern - kann gegebenenfalls (bei Nachrüstung) eine bereits bestehende Wand konventioneller Bauart (Ziegel, Beton usw.) integriert sein. Die Ausbildung der in Fig. 2B gezeigten Innenwandkonstruktion unterscheidet sich von der in Fig. 2A lediglich dadurch, dass der tragende Kern --3-- fehlt.
Konstruktiv kann die Ausbildung der Wand mit dem Wärmespeicher so gelöst sein, dass ein in Kammern unterteilter, flache Behälter aus Kunststoff oder Metall vorgesehen ist, welcher mit der eigentlichen Wärmespeichermasse (Latentwärmespeichermasse) gefüllt ist. Dieser flache Behälter kann fester Bestandteil der Wand oder erst nachher an eine gegebenenfalls bestehende Wand gehängt bzw. auf diese appliziert worden sein ; auch könnte dieser Behälter in Form einer Wand vor die bereits bestehende Wand gesetzt werden. Ebenso können auch mehrere Behälter vorgesehen sein.
- ist eine Innenwandverkleidung, wie z. b. eine Spanplatte, Gipskarton u. ähnl.
Die Figuren zeigen solche Ausführungsformen von Wänden, bei welchen der mit Latentwärmespeichermasse gefüllte Behälter --2-- über die gesamte Wand reicht ; die Erfindung ist aber hierauf nicht beschränkt, es können vielmehr auch nur beliebigen Teilen der Wände solche wärmespeichernde Behälter zugeordnet sein. Ferner sei darauf hingewiesen, dass jeweils für eine "Schicht" bei der Innenwandausbildung gemäss Fig. 2B zwei "Schichten" einer Latentwärmespeichermasse vorgesehen sind. Selbstverständlich kann eine Schicht auch ersetzt sein durch mehrere, in der Art einer Sandwich-Konstruktion aufeinanderfolgende Schichten.
Zur Erzielung eines übersaisonalen Effektes muss dafür Sorge getragen werden, dass während der kalten Jahreszeit die Latentwärmespeichermasse in die feste, in der warmen Jahreszeit mehr oder weniger zur Gänze in die flüssige Phase übergeht. Insbesondere für die Winterperiode (Sommerperiode) kann es aus Gründen einer optimalen Klimatisierung jedoch zweckmässig sein, dem Latentwärmespeicher eine Heizeinrichtung (Kühleinrichtung) zuzuordnen.
Die Verwendung von Latentwärmespeichermassen ist nicht auf Aussenwände und/oder Innenwände von Gebäuden beschränkt. Vielmehr können solche Speichermassen auch in Fussböden und Decken integriert werden.
EMI2.1
In Fig. 3B ist eine Decke gezeigt, bei welcher mit --3-- die tragende Schicht und mit --2-der mit Latentwärmespeichermasse gefüllte Behälter bezeichnet ist. --9-- ist die an den Behälter - unmittelbar anschliessende Decke, die über Bügel --10-- direkt auf den Betonkern aufgehängt ist.
Ein in vorstehender Art ausgestaltetes Raumklimatisierungssystem kann bei geeigneter Wahl des Umwandlungspunktes zur
1. Herstellung eines behaglichen Raumklimas
2. zur Wirkungsgradverbesserung verschiedener Wärmegewinnungsanlagen
3. zur vollständigen Vermeidung einer künstlichen Raumkühlung über die gesamte Sommer- periode führen.
Zur Illustration sei ein Beispiel angeführt, welches die Grössenordnung der zu erwartenden Effekte erkennen lässt :
<Desc/Clms Page number 3>
Vorerst ist es notwendig, festzustellen, dass bei Wänden, Böden und Decken, welche eine Latentwärmespeicherschicht enthalten, im allgemeinen nicht von einem stündlichen Wärmebedarf Qh (etwa nach DIN 4701) und auch nicht von einer Wärmedurchgangszahl k (ÖNORM 8110, DIN 4701) gesprochen werden kann. Vielmehr (siehe Fig. 4) sind die Wärmeströme q 1 und qz im allgemeinen sowohl nach Vorzeichen als auch nach Grösse unkorreliert.
Bei Wirksamwerden der Wärmespeichermasse im Herbst-Winter weisen beispielsweise beide Wärmeströme vom Wärmespeicher --2-- weg, der Wärmespeicher ist dann eine Wärmequelle, im Sommer weisen beide Ströme zum Wärmespeicher hin, der Wärmespeicher ist dann eine Wärmesenke.
Aus diesen Überlegungen ist zu ersehen, dass zur Beurteilung der wärmewirtschaftlichen Auswirkungen, die durch einen gezielten Einsatz von geeigneten Latentwärmespeichermassen in Bauwerken zu erzielen sind, eine normgemässe Wärme- bzw. Kühllast von Gebäuden nicht ermittelt werden kann. Somit erfordert die Beurteilung der Wirkung der Latentwärmespeichermasse bzw. eines mit dieser Masse aufgebauten Wärmespeichers die Bildung der (momentanen) Wärmebilanz des Objektes.
Repräsentatives Beispiel :
Einfamilienhaus : 100 m Wohnfläche, Grundriss gemäss Fig. 5
Topographische Daten : Grundfläche : 100 m'
Raumhöhe : 3 m
Fensteranteil : 20% = 24 m" (inklusive Haustor) Wärmedurchgangszahlen : kTor = kFenster = 2,56 W/m2, K
Fassade. 0, 47 W/m', K kDecke (Kaltdach) 0, 47 W/m', K
Boden. : :.. 0, 47 W/m2, K
EMI3.1
Hinsichtlich der Ausstattung des obigen Einfamilienhauses mit Latentwärmespeichermassen seien den nachstehenden Überlegungen drei Varianten zugrundegelegt, u. zw. :
Variante A : 80% opake Fassade + 80% Boden = 76, 8+80 = 156, 8 m'
Variante B : wie A zusätzlich 70% Zwischenwände = 198, 8 m' (240, 8 m')
Variante C :
wie B zusätzlich 80% Decke = 278, 8 m' (320, 8 m2).
Die Klammerwerte berücksichtigen die Tatsache, dass bei Innenwänden an beiden Oberflächen Wärmeübertragung erfolgt.
Für das Referenzobjekt wurde aus der Wärmebilanz bei stationären Verhältnissen, die sich einstellen, die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur von-15 bis +35 C ermittelt. Fig. 6 gibt die Ergebnisse für eine vorgesehene Luftwechselzahl z = 1h-1 wieder.
EMI3.2
Q.grösse R = 0, 7 (sämtliche Grössen nach DIN 4701) bei gleichen Temperaturverhältnissen (Ta =-15 C) einen stündlichen Wärmebedarf QL = 1750 W. Dieser Wert entspricht einer Luftwechselzahl
EMI3.3
- 1.bzw. Kühlung erzielbar sind, wenn verschiedene Baukörperteile (Varianten A, B, C) mit Wärmespeichern mit Latentwärmespeichermassen (Phasenübergangstemperatur +22 C) im Sinne von Fig. 1A, 1B, 2A, 2B, 3A und 3B ausgestattet sind.
Diese Ausführungen gelten allerdings unter der Voraussetzung, dass sich die nichtkonventionellen Speichermedien auf Phasenumwandlungstemperatur befinden. Für mitteleuropäisches Klima ist diese Voraussetzung für Sommerverhältnisse realistisch, für Winterverhältnisse bedingt diese Voraussetzung jedoch eine Wärmeversorgung des Speichers durch geeignete Heizsysteme.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass besonders der Einbau von Wärmespeichern mit Latentwärmespeichermassen in Wohnungstrennwänden vorteilhaft ist, da dort an beiden Wandoberflächen ein Wärmeübergang stattfindet. Die Gesamtoberfläche der Trennwände ist im Berechnungsbeispiel
<Desc/Clms Page number 4>
gering gewählt, die erreichbaren Innenlufttemperaturen sind bei einer grösseren Anzahl von Trennwänden noch günstiger.
Ist ein Gebäude bzw. Teil desselben nicht ständig in Betrieb (Büros, Schulen, Wochenendhäuser usw.) so mag eine automatische Raumklimatisierung, wie oben erläutert, aus Gründen der Energieeinsparnis nicht erwünscht sein. Vielmehr wird es hier von Vorteil sein, innerhalb der Zeiträume, während derer das Objekt nicht benutzt wird, die Raumtemperatur unter bzw. über den Behaglichkeitsbereich sinken bzw. ansteigen zu lassen, insbesondere dann, wenn das Klimatisierungssystem eine entsprechend rasche Erwärmung bzw. Abkühlung der Raumluft ermöglicht.
Sämtliche zuletzt genannten Forderungen lassen sich in besonders vorteilhafter Weise durch Verwendung von den in Fig. 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B dargestellten hinterlüfteten Wandkonstruktionen erfüllen.
Die in den Fig. 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B in schematischem Querschnitt gezeichneten Wandkonstruktionen unterscheiden sich von denen in Fig. 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B dargestellten dadurch, dass sich zwischen den Innenabdeckungen --1-- und der Latentwärmespeicherschicht --2-- ein Luftraum --6-- geeigneter Dicke befindet.
Der Luftspalt besitzt bei ruhender Luft einen Wärmedurchlasswiderstand 1M., 0, 2 ml k/W, so dass die pro m'Fläche und pro Kelvin vom Speicher an die Innenräume abgegebene Wärmeleistung qo zirka 8 M/m* K h beträgt.
Die abgegebene Wärmeleistung qo kann noch wesentlich durch die wärmedämmende Ausführung der Innenabdeckung --1-- reduziert werden. Die hinterlüfteten Wandkonstruktionen ermöglichen es somit, die Wärmeabgabe bzw. -aufnahme des Speichers innerhalb der ausserbetrieblichen Zeiträume sehr gering zu halten.
Wird nun nach Fig. 11 am oberen oder unteren Ende ein Ventilator --20-- (vorzugsweise Querstromventilator) in Verbindung mit Luftschlitzen --21-- vorgesehen, so kann bei Bedarf ein Luftstrom in der in Fig. 11 mit Pfeil --22-- bezeichneten Weise hergestellt werden. Die übertragende Wärmeleistung nimmt bei einer Luftgeschwindigkeit von 2 m/s einen Wert von zirka 80 M/m* K. h. an. Zwecks Herstellung guter Durchströmungsverhältnisse können im Luftzwischenraum --6-- Luftleiteinrichtungen, wie z. B. Luftleitbleche, vorgesehen werden. Die hier beschriebenen hinterlüfteten Wandkonstruktionen garantieren somit eine sehr gute Regelbarkeit der Wärmeabgabe bzw.
-aufnahme des Speichers wie sie bei intermittierendem Betrieb gewünscht ist.
Die Möglichkeit einer Hinterlüftung von Latentwärmespeichern beschränkt sich selbstverständlich nicht auf erfindungsgemäss ausgebildete vertikale Aussen- und Innenwände, sondern ist auch bei mit erfindungsgemässen Latentwärmespeichern versehenen Wänden beliebiger Ausrichtung (Fussböden, Decken, schrägen Wänden) gegeben. Die Luftkanäle der einem Raum oder einer Raumgruppe zugehörigen Umschliessungswände können miteinander verbunden sein, der zur raschen Klimatisierung von Räumen erforderliche Luftstrom innerhalb der Kanäle kann durch einen oder mehrere Ventilatoren beliebiger Positionierung erzeugt werden. Die beschriebenen Fussböden und Decken können auch in Kombination realisiert werden.
Den Berechnungen zum Einsatz von Flachkollektoren zur Raumheizung liegen oft Kollektorvorlauftemperaturen von zirka 50. C zugrunde. Werden nun Flachkollektoren in Verbindung mit Wärmespeichern mit nichtkonventionellen Speichermassen, wie z. B, Latentwärmespeichermassen, verwendet, so erniedrigt sich die erforderliche Vorlauftemperatur auf wesentlich geringere Werte. Der Wirkungsgrad der Flachkollektoren erhöht sich dadurch-und insbesondere bei Winterverhältnis- sen-beträchtlich. Ist ein Einsatz von Wärmepumpen vorgesehen, so erhöhen sich auch hier durch die mögliche Absenkung der Vorlauftemperatur die Leistungsziffern beträchtlich.
Zusammenfassende Darstellung der wesentlichen Eigenschaften und Vorteile von erfindungsgemäss ausgebildeten Bauteilen bzw. Raumklimatisierungssystemen :
1. Die vorstehend beschriebenen Wände des erfindungsgemässen Raumklimatisierungssystems können sowohl als Fassadenteile wie auch als Wohnungstrennwände ausgeführt werden.
2. Das erfindungsgemässe Raumklimatisierungssystem führt bei einer entsprechenden Dimen- sionierung zu einer ausreichenden Klimatisierung der Innenräume. Die Innenlufttemperaturen bewegen sich bei typischen Bauwerken im Bereich von 22 bis 24 C (bei +35 C Aussenluft- temperatur), ohne dass eine künstliche Klimatisierung erforderlich wäre. Im Winter bewegt
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
werden.
3. Bei erfindungsgemäss ausgebildeten Wänden finden Wärmeabgaben und Wärmeaufnahmen bei identischer Temperatur T unmittelbar am Ort des Bedarfes statt, wodurch gewährleistet wird, dass die bei Kühlbedarf aufgenommene Wärme unmittelbar bei Heizbedarf zum Zwecke der Raumerwärmung eingesetzt werden kann. Abgesehen von Transmissionsverlusten bei
Aussenwänden an die Umgebung treten dadurch keinerlei Wärme bzw."Kälteverluste"auf.
Die zu erzielenden Raumlufttemperaturen liegen im Winter (bei Aussentemperaturen < T) ge- ringfügig unter T, bei Sommerverhältnissen (bei Aussentemperaturen > T) geringfügig über T (Rückkehr zu den Jahreszeiten).
4. Die im Verbund mit den Wänden des erfindungsgemässen Raumklimatisierungssystem mögli- chen geringen Vorlauftemperaturen verschiedener Wärmegewinnungsanlagen führen zu wesent- lich grösseren Wirkungsgraden dieser Anlagen.
5. Die Wände des erfindungsgemässen Raumklimatisierungssystems gestatten es, die "Winter- kälte" zur Kühlung im Sommer heranzuziehen. Weiters wird die "Sommerwärme" zur Raum- heizung am Beginn der Kälteperiode herangezogen.
6. Das erfindungsgemässe Raumklimisierungssystem erlaubt es, die auf Grund der tages-und jahreszeitlichen Schwankungen der Umgebungstemperatur einem System konstanter (Umwand- lungs)-temperatur zukommende (kostenlose) Energie zur Abdeckung des Wärme- bzw. Kühl- bedarfes heranzuziehen.
7. Die Wände des erfindungsgemässen Raumklimisierungssystems erlauben es, Wärme bzw.
"Kälte" am Ort des Bedarfs zu speichern und so, die bei üblichen externen Speichersyste- men unumgänglichen Verluste innerhalb eines ausgedehnten Verteilungssystems auszu- schalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Raumklimatisierungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen mit einer Latentwärmespeichermasse gefüllten Behälter (2) aufweist, der bei ein und derselben Temperatur T sowohl Wärme zum Zwecke des Heizens unmittelbar am Ort des Bedarfs abgibt, als auch Wärme zum Zwecke des Kühlens unmittelbar am Ort des Bedarfs aufnimmt, wobei die Wärmespeicherkapazität sämtlicher einem zu klimatisierenden Raum zugeordneten Latentwärmespeichermassen der Summe der den Latentwärmespeichermassen zugeführten und entzogenen Nutzwärmemengen über längere Zeit-
EMI5.2
ter (2) belüftbar sind.