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Die Erfindung betrifft einen Bauteil für Gebäude mit vermindertem Verbrauch von sekundären Energieformen, der mit einer in ihn integrierten Wärmetausch- bzw. Wärmeabgabe- oder Kühlein- richtung ausgestattet Ist, welche mit einer von einem Wärmeträgermedium durchströmbaren Materialschicht gebildet ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Baukörper bzw. Bauteil für die Errichtung bzw. Ausstattung von sogenannten Niedrig- und Nullenergiehäusern, der möglichst geringen technischen Aufwand erfordert und möglichst niedrige Gesamtkosten der Häuser ergibt.
Bauteile bzw. Aussenbauteile von Wohngebäuden verursachen während der Heizperiode Transmissionswärme-Verluste, welche durch Zufuhr von Wärme, also durch Beheizen, ausgeglichen werden müssen. Bei geringem technischem Aufwand mit einem möglichst niedrigen Temperaturniveau dieser zuzuführenden Wärme auszukommen, ist Ziel der vorliegenden Erfindung.
Aus der FR 2 531 120 A1 ist eine Bauplatte zur Wärmerückgewinnung bekanntgeworden, weiche In einem Rahmen drei zueinander parallel und voneinander beabstandete Wandungen aufweist und wobei die flachen Zwischenräume zwischen den Wandungen mit Luft als Wärmeträgermedium durchströmt werden. Durch dieses grossflächige Strömen der Luft ist eine grosse Wärmeaustauschfläche sichergestellt. Bei der Bauplatte gemäss der FR-A strömt die Luft flächig entlang den Wandungen zuerst in einer Richtung und nach Umlenkung in der entgegengesetzten Richtung, wobei eine undurchlässige Mittelwandung eine Schikane bzw. Barriere bildet. Eine Querdurchströmung der Mittelwandung mit der Luft erfolgt dort nicht.
Gemäss dieser FUR-AU wird die durch die beiden in der Wandebene flach ausgedehnten Hohlräume geleitete Luft, um einen Teil der sonst verloren gehenden Transmissionswärme über eine Lüftungswärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe zurück in einen beheizten Raum zurückgeführt.
Die in der DE 94 01 452 U1 an der Fassade oder am Dach eines Gebäudes angebrachte Wärmedämmungs- und Wärmekollektoranordnung bezweckt, zusätzlich zur konventionellen Wärmedämmwirkung, während der Heizperiode möglichst viel solare Wärmeeinstrahlung zu absorbieren und ins Gebäudeinnere zu leiten, bzw. ausserhalb der Heizperiode möglichst wenig Wärme aus absorbierter solarer Einstrahlung ins Gebäudeinnere zu lassen. Die Anordnung enthält als wesentlichen Bestandteil eine strukturtransparente Wärmedämmschicht, welche aus-im Verhältnis zur Dicke der Wärmedämmschicht- dünnen Elementen hergestellt ist und eine Vielzahl von nebeneinander liegenden, wenigstens nahezu dem Wärmestrom gleichgerichteten Kanälen aufweist, und insoferne eine Querdurchströmung einer Wärmedämmschicht ermöglicht.
In einer Ausführungsvariante gemäss der dortigen Fig. XIII sind zur Steigerung der Wärmeübertragung zwischen Aussen- und Innenseite des Gebäudes, Wärmeaustauscherrohre im Luftkanal an der Gebäudeinnenseite sowie Wärmeaustauscherrohre in der - zwischen der strukturtransparenten Wärmedämmschicht und dem Mauerwerk befindlichen - Wärmeaustauschschicht angeordnet und miteinander zu einem Kreislauf verbunden. Ein Wärmeaustauschmittel kann In diesen Kreislauf zwar Wärme von aussen nach innen oder von innen nach aussen übertragen, aber die QuerDurchströmung einer Schicht durch dieses Wärmeaustauschmittel ist nicht vorgesehen.
Die strukturtransparente Wärmedämmschicht und in einer Variante auch Kanäle im Mauerwerk können von Luft durchströmt werden, und zwar in der Richtung von der Aussenseite zur Innenseite des Gebäudes.
Es ist in der DE-U1 weiters die Rede davon, dass ein Luftstrom aus der Hinterlüftung der transparenten Abdeckung durch die Kanäle der strukturtransparenten Wärmedämmschicht unter Aufnahme von dieser absorbierten Wärme strömen kann und dann durch das HochlochziegelMauerwerk in den innenliegenden Luftkanal, von wo derselbe offenbar frei in das Gebäude ausströmen, die dort vorhandene Luft verdrängen und sich mit ihr mischen kann und letzten Endes, beispielsweise durch undichte Fenster und Türen, Kamine oder Lüftungsschächte, in die Umwelt entweicht.
Es bildet gemäss dieser DE-U1 das Wärmeträgermedium gleichzeitig die Gebäude bzw. Raumbelüftung mit allen Nachteilen einer derartigen Methode, nämlich die regelungstechnisch unerwünschte Koppelung der Funktionen "Heizen" und "Lüften" miteinander, wobei jedoch Heizwärmebedarf und Lüftungswärmebedarf in der Heizperiode völlig verschieden verlaufen. Weiters kommt es bei Zuluft in Räumen mit Geruchsentstehung zur Geruchsbelästigung in benachbarten Räumen.
Es erfolgt dort keinerlei strikte Trennung zwischen Wärmetransportmittel und der von demselben über eine materiell trennende Wandung in ihrer Temperatur zu verändernden Raumluft, wie dies
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bei einem geschlossenen Wärmetransportmittel-Kreislauf der Fall wäre.
Aus der DE 1 609 529 A 1 ist eine Wärmeisolierungs-Konstruktion bekannt, bei welcher ein Wärmeträgermedium, z. B. Luft, von einer "flachen" Kammer quer durch eine gasdurchlässige Zwischenwand in eine zweite "flache" Kammer zwangsgeführt ist. Die dabei erwärmte Luft kann als Verbrennungsluft einer Feuerungsanlage zugeführt werden.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass dort, ebenso wie gemäss der vorher behandelten DE 94 01 452 U1, kein geschlossener Kreislauf des Wärmeträgermediums vorgesehen ist, wozu darauf hinzuweisen ist, dass dort davon die Rede ist, dass das Wärmeträgergas nach seinem Querdurchströmen der Zwischenwand sich in der inneren "flachen" Kammer sammelt und durch die Austrittsöffnung ausgeblasen wird.
Gemäss dieser DE-AL soll es unerlässlich sein, dass der Gasstrom durch die durchlässige Mittelwand der wärmeisolierenden Baukonstruktion in Richtung steigender Temperatur, d. h. in entgegengesetzter Richtung zum Wärmestrom, der aus dem warmen Raum in den kühlen Raum abfliesst, hindurchtritt.
Im Falle eines gekühlten Gebäudeteiles kann die von der Luft beim Querdurchströmen der Zwischenwand der Konstruktion gemäss DE 1 609 529 A aufgenommene Wärme nur dadurch genützt werden, dass diese Luft in einen beheizten Gebäudeteil oder als Verbrennungsluft in eine Feuerungsanlage geführt wird.
Die DE 34 41 597 A1 betrifft eine besondere Konstruktion der Umschliessungsflächen von Wohngebäuden, zu dem Zweck, ein Hypokaustenheizsystem zusammen mit einer besonderen kontrollierten Lüftung der Wohnräume zu betreiben. Es ist dort eine Variante mit zweiphasig ablau- fender "Atmungslüftung" beschrieben und eine vereinfachte Variante mit einphasig ablaufender "Porenlüftung".
Im Obergeschoss sind die Gebäude-Umschliessungsflächen aufgebaut aus-siehe dazu die dortige Fig. 4, von innen nach aussen-einer luftdurchlässigen Innenverkleidung, einem Luftraum bzw. einer Mischzone sowie einer Fachwerkkonstruktion mit querdurchströmbarer Wärmedämmungsschicht mit tragender, wärmedämmender, wärmespeichernder und luftdurchlassender Funktion Im Erdgeschoss sind es die gleich aufgebauten Teile und zusätzlich schliesst aussen ein Luftraum (Klimazone) und eine luftdichte Fassadenverkleidung an.
In einer Phase 1 der Atmungslüftung wird von einer Ventilatoranlage Frischluft der Klimazone im Erdgeschoss zugeführt und dort ein Überdruck erzeugt. Durch diesen Überdruck wandert die Luft durch die Fachwerkkonstruktion, nimmt dabei dort gespeicherte Wärme auf, gelangt in die Mischzone, wird dort durch Beimischung von Heizluft weiter erwärmt, gelangt durch die Innenverkleidung in die Wohnräume, strömt langsam vom Erdgeschoss ins Obergeschoss, wandert durch die Innenverkleidung, durch die Mischzone, wobei die Heizluftbeimischung hier in Phase 1 abgeschaltet ist, und schliesslich durch die Fachwerkkonstruktion nach aussen. Die Fachwerkkonstruktion speichert von der Luft beim Durchtritt abgegebene Wärme. Temperaturfühler registrieren den Temperaturanstieg und schalten zum Beispiel nach einer halben Stunde um auf Phase 2.
In Phase 2 der Atmungslüftung strömt die Luft in die entgegengesetzte Richtung, bedingt durch einen von der Ventilatoranlage erzeugten Unterdruck in der Klimazone, Frischluft strömt im Obergeschoss durch die Fachwerkkonstruktion nach innen, wird dabei mit der dort gespeicherten Wärme vorgewärmt, in der Mischzone durch Heizluftbeimischung weiter erwärmt, gelangt durch die Innenverkleidung in die Wohnräume, strömt vom Obergeschoss ins Erdgeschoss, durch die Innenverkleidung, durch die Mischzone, wobei die Heizluftbeimischung hier in Phase 2 abgeschaltet ist, weiter durch die Fachwerkkonstruktion, durch die Klimazone, durch die Kanäle und die Ventilatoranlage ins Freie. Die Fachwerkkonstruktion speichert von der Luft beim Durchtritt abgegebene Wärme.
Die dort in Fig. 6 gezeigte vereinfachte Variante "Porenlüftung" kann dadurch realisiert werden, dass im Erdgeschoss die Klimazone und die luftdichte Fassadenverkleidung weggelassen und ersetzt ist durch eine konventionelle hinterlüftete Fassadenverkleidung.
Auch bei dieser, an sich ausgeklügelten Konstruktion ist eine Trennung von Wärmeträgermedium und Raumluft nicht vorgesehen, vielmehr bildet die zwischen querdurchströmbarer Wärmedämmschicht und Rauminnenwandung liegende flache Kammer eine Mischzone, und die Wandung dieser Mischzone ist für die gemischte Luft durchlässig. Nicht zuletzt sind Zu- und Abluftfüh- rungen über Dach vorgesehen, sodass auch bei der Konstruktion gemäss dieser DE-A1 kein ge-
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schlossener Kreislauf des Wärmeträgermediums vorgesehen ist.
Weiters dient dort die Querdurchströmung der Fachwerkkonstruktion primär dazu, hohe Luftwechselraten in den Wohnräumen zu ermöglichen und gleichzeitig den Lüftungswärmebedarf klein zu halten.
Die DE 34 41 597 A 1 zeigt keinerlei Bestrebungen, bei der Deckung des Heizwärmebedarfs an den Kanälen mit einem niedrigeren Temperaturniveau der als Wärmeübertragungsmittel verwendeten Luft auszukommen. Da von der Innenverkleidung keine wesentliche wärmedämmende Eigenschaft angegeben ist, kann dieses Temperaturniveau nur wenig von der Temperatur in den Wohnräumen abweichen.
Aus der EP 0 132 499 A2 ist schliesslich ein im Bereich des Gebäudefundamentes befindlicher äusserer Steinspeicher bekannt, von dem Wärme über eine Wärmepumpe in einen inneren Steinspeicher geleitet und von dort durch ein Hypokaustensystem im Gebäude verteilt wird.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung Ist nun ein Bauteil für Gebäude mit verringertem Verbrauch von sekundären Energieformen, welcher Bauteil zur Verringerung des Wärmedurchgangs durch die innenseitige Oberfläche des Gebäudes mit einer Struktur gebildet ist, welche jeweils ein zu einer Gebäudewand od. dgl. parallel angeordnetes Zuführungssystem und Im Abstand von demselben ein mit diesem Zuführungssystem in ("hydraulischem") Verbund stehendes, ebenso ausgebildetes Abführungssystem für ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft, aufweist, wobei das Wärmeträgermedium zusätzlich durch mindestens eine gesonderte Wärmeaufnahme bzw.
Wärmeabgabeeinrichtung geführt sein kann, wobei der Bauteil eine oder mehrere Schicht (en) aufweist, von welchen mindestens eine zumindest teilweise aus wärmedämmendem Material gebildete Schicht vom genannten Wärmeträgermedium quer-durchströmbar ist.
Der neue Bauteil Ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ausgehend von einem Verteilkanal oder von mehreren derartigen Kanälen hin zu einem Sammelkanal oder zu mehreren derartigen Kanälen im wesentlichen homogen quer-durchströmbar ist, wobei die Temperaturen des Wärmeträgermediums vor und nach Durchquerung bzw. Quer-Durchströmung der Schicht zwischen den Temperaturen und an der Innen- und Aussenseite des Bauteils liegen.
Im Gegensatz zum aus der o. a. DE 34 41 597 A 1 hervorgehenden Stand der Technik besteht das wesentliche, neue Merkmal des erfindungsgemässen Baukörpers darin, durch die Querdurchströmung einer wärmedämmenden Schicht den Grossteil des Heizwärme- bzw. Kühlungsbedarfs auf einem Temperaturniveau erheblich näher an der Umgebungstemperatur des Gebäudes bzw.
Gebäudeteiles zu decken.
Im Gegensatz zur Konstruktion gemäss der DE 1 609 529 A ermöglicht der erfindungsgemässe Bauteil eine Energieersparnis beim Betrieb der Kühlanlage selbst, also unabhängig davon, ob es einen beheizten Gebäudeteil oder eine Feuerungsanlage gibt. Die Kühlanlage benötigt hier deshalb weniger Antriebsenergie, weil die zu kühlende Luft mit der Temperatur Tr zum Verdampfer kommt und diesen mit einer Temperatur knapp unter Ti verlässt, siehe dazu die später näher erläuterte Fig. 2. Ein grosser Teil des Verdampfers arbeitet also bei Temperaturen erheblich über Ta, während bei den bekannten Konstruktionen der gesamte Verdampfer bei Temperaturen unter Ti arbeitet.
Das Konzept des neuen Bauteils ist also ausgenchtet auf eine Anordnung, welche die Wärme- übertragung auf einem Temperaturniveau ermöglicht, das zwischen Innentemperatur und Aussentemperatur liegt.
Im Falle der Gebäudeheizung hat ein solches niedrigeres Temperaturniveau den Vorteil, dass bestimmte Wärmequellen effektiver für die Heizung genutzt werden können. Beispielsweise Erdwärme und Prozesswärme können mit weniger Antriebsenergie für die Wärmepumpe oder sogar ohne Wärmepumpe genutzt werden, solarthermische Anlagen arbeiten mit besserem Wirkungsgrad, ein als Saisonspeicher dienender Geröllspeicher kann wesentlich tiefer abgekühlt und damit kleiner dimensioniert werden, eine Zwischenspeicherung der Wärme bedingt weniger Verluste und so weiter.
Wesentlich für den Effekt der neuen Bauteile ist es, für eine möglichst gleichmässige QuerDurchströmung der zumindest einen jeweils dafür vorgesehenen Schicht mit dem Wärmeträgermedium zu sorgen, was mit einer Anordnung gemäss Anspruch 2 vorteilhaft erreichbar ist.
Besonders gleichmässig kann die für die Erfindung und deren Effekt wesentliche Querdurchströmung des Bauteiles dann sein, wenn die von den einzelnen Teilströmen des Mediums inner-
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halb des Bauteils zurückgelegten Strömungsstrecken untereinander möglichst gleich lang sind, was sich durch eine Anordnung gemäss Anspruch Sin günstiger Weise erreichen lässt.
Die dort genannte Tichelmann-Anordnung bezweckt gleiche Durchflüsse und damit gleichmä- ssige Verteilung eines Wärmeübertragungsmittels in parallelen Zweigen eines Leitungssystems. Sie besteht darin, parallele Zweige mit gleicher Leitungslänge auszuführen, was bei einheitlichem Querschnitt der Leitungen zu gleichen Strömungswiderständen führt. Das lässt sich zum Beispiel mit etwa kantig-S-förmigen anstelle von U-förmigen Verzweigungen erreichen.
Eine relativ kostengünstige Variante für die vom Wärmeträgermedium möglichst homogen quer-durchströmbare Schicht im neuen Bauteil zu schaffen, besteht darin, dieselbe wie im Ans p r u c h 4 angegeben, mit einem körnigen Material zu bilden.
Der Anspruch 5 deckt sowohl den Fall der Heizung, als auch jenen der Kühlung ab. Im Falle der Kühlung eines Gebäudes oder Gebäudeteiles ist-wie bereits beschrieben - die bevorzugte Strömungsrichtung jene in Richtung steigender Temperatur.
Sowohl aus Gründen der Kostengünstigkeit als auch der Anpassbarkeit an die jeweiligen Anforderungen und Bedingungen der Heiz- oder Kühlaufgabe ist die Kombination des neuen Bauteils mit einem Geröllspeicher gemäss Anspruch 6 bevorzugt, wobei als Betriebsmedium Luft besonders bevorzugt ist.
Eine weitere, wenn auch aufwendigere Möglichkeit einer Ergänzung, ist dem Anspruch 7 zu entnehmen. Es handelt sich dabei um eine Kombination mit einem Luft-Sonnenkollektor.
Nicht zuletzt bringt eine Ergänzung des erfindungsgemässen Bauteiles gemäss Anspruch 8 mit einem Luftheizgerät im Gebäudeinneren eine energetisch günstige Ausführungsform der Erfindung.
Es ist abschliessend noch zu erwähnen, dass die Erfindung nach entsprechender Adaption auch auf das oben erwähnte Wärmerückgewinnungspaneel der FR 2 531 120 A1 angewendet werden könnte. Dort wird-wie schon kurz erläutert - durch zwei in der Wandebene flach ausgedehnte Hohlräume geleitete Luft zurück in einen beheizten Raum geführt, um einen Teil der sonst verloren gehenden Transmissionswärme über eine Lüftungswärmerückgewinnung mittels Wärmepumpe zurückzugewinnen. Die Adaption besteht nun darin, die Luft möglichst homogen durch die Wärmedämmung strömen zu lassen.
Weiters wären folgende Massnahmen zu treffen : Die Öffnung wäre zu verschliessen, die Wandung wäre zu ersetzen durch luftdurchlässige WärmedämmSchicht, die Öffnung wäre zu versetzen in die dem Anschluss des Kanals diagonal gegenüberliegende Ecke der Wandfläche, und es wäre ein zusätzlicher Staubfilter im Kanal vorzusehen.
Der Vorteil einer Adaption auf die erfindungsgemässe Anordnung wäre folgender : Mit der gleichen geförderten Luftmenge kann mehr Wärme transportiert werden, als bei der Anordnung gemäss der FR-A1, weil die Temperaturänderung der Luft beim Durchströmen der durchlässigen Schicht grösser ist.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert :
Es zeigt die Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemässen Bauteil mit Wärmeaustauschfunktion im Schnitt, zusammen mit seiner Versorgung mit Wärmeträgermedium, die Fig. 2 zeigt schematisch den Temperaturverlauf innerhalb des neuen Bauteils und die Schrägansicht der Fig. 3 soll die Erfindung bzw. den neuen Bauteil anschaulich erläutern :
In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen erfindungsgemässen Baukörper bzw. Bauteil 100 dargestellt, der im gezeigten Fall mit drei Schichten 1,2 und 3 ausgebildet ist. Die Schicht 2 ist von einem Wärmeträgermedium 70, bevorzugt trockene Luft, homogen quer durchströmbar.
Aus einem Geröllspeicher 7 strömt Warmluft 70 durch ein Gebläse 6 zur Wärmetauscheinrichtung 25 über eine Zufuhrleitung 701 durch Verteilungskanäle 751 unter Abkühlung durch Schicht 2 und weiter durch Sammelkanäle 752 und über eine Abführleitung 702 zurück in den Geröllspeicher 7. Eine vorteilhafte Anordnung der Kanäle 751, 752 entsprechend der bekannten TichelmannAnordnung, sorgt für gleichmässige Verteilung der Luft 70 in der Fläche der Schicht 2. Die Luft 70 durchströmt die mit körnigem Material 200 gebildete Schicht 2 im wesentlichen homogen.
Die Fig. 2 zeigt schematisch den Temperaturverlauf innerhalb des Querschnittes eines erfindungsgemässen Bauteiles, wobei Ti Innentemperatur im Gebäude und Ta Aussentemperatur bedeutet.
Die Temperaturverlaufskurve a zeigt-im Vergleich mit der Verlaufskurve b innerhalb eines gleichdimensionierten Baukörpers ohne Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium 70 - wie
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beim erfindungsgemässen Bauteil 100 durch die Durchströmung mit dem Wärmeträgermedium 70 die Temperatur der Schicht 2 auf Temperaturen zwischen Tv und Tr angehoben ist, wodurch der
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Schicht 1 und somit der Wärmebedarf von Seite des herkömmlichen Heizsystems verringert wird.
Beim Durchströmen von Schicht 2 wird die Luft 70 auf die Temperatur Tr abgekühlt, welche je nach Art der Schicht 3 sehr nahe an die Aussentemperatur Ta kommen kann.
Der Geröllspeicher 7 kann mit dem erfindungsgemässen Bauteil 100 wesentlich tiefer abgekühlt werden, als mit einer herkömmlichen Luftheizung. Und er kann ausserdem zu Ende der Heizperiode früher und effizienter mit Luft-Sonnenkollektoren wieder erwärmt werden. Im Geröllspeicher 7 kann somit wesentlich mehr Wärme gespeichert werden bzw. er kann entsprechend kleiner dimensioniert werden.
Beim Bauteil 100 der Fig. 3 ist gezeigt, wie über die rückwärtige Hauptleitung Wärmeträgermedium 70, z. B. aus einem nicht gezeigten Geröllspeicher durch die Anschlussstelle bzw. Einström- öffnung 7010 über eine Zufuhrleitung 701 den einzelnen an die Rückseite einer vom Medium 70 quer-durchströmbaren Schicht 2 angeschlossenen Verteil kanälen 751 möglichst über die Fläche homogen verteilt, zugeführt wird.
Das Medium 70 durchströmt die Schicht 2 und wird von - analog zu den Verteil kanälen 751 der Rückseite-nunmehr an die Vorderseite der Schicht 2 ebenfalls homogen flächendeckend angeschlossenen Sammelkanälen 752 wieder aufgenommen, von welchen es über eine gemeinsame Abführungsleitung 702 durch die Anschlussstelle bzw. Ausströmöffnung 7020 in eine abführende Hauptleitung wieder zum genannten Geröllspeicher geführt wird.
Wesentlich ist nun, dass jeweils von der Anschlussstelle 7010 über einen Abschnitt der Zufuhrleitung 701 bis zum jeweiligen Verteilkanal 751, dann durch die Schicht 2 hindurch, weiters durch den entsprechenden Sammelkanal 752 und den jeweiligen Abschnitt der Abführleitung 702 bis zur Anschlussstelle bzw. Ausströmöffnung 7020 die Wege der Teilströme des Mediums 70, egal, durch welche einander zugeordnete Verteil- und Sammelkanal-Paare 751,752 sie fliessen, alle untereinander jeweils praktisch gleich lang sind.
Diese Art der Mediumsführung entspricht der z. B. aus der Solartechnik bekannten TichelmannAnordnung.
An dieser Stelle soll betont werden, dass die Erfindung nicht auf diskrete, also z. B., wie in Fig. 3 gezeigte, voneinander beabstandete Verteil- und Sammelkanäle 751, 752 beschränkt ist.
Vielmehr können z. B. alle Verteiler- und alle Sammelkanäle jeweils zu flachen Hohlräumen vereinigt werden, wobei deren eine Wandung jeweils die Oberfläche der vom Wärmeträgermedium 70 quer zu durchströmenden Schicht 2 ist.
Sandwichartige Ausführungen der Schicht 2 aus zwei oder mehreren Teilschichten unterschiedlichen Materials, etwa zur Lösung von konstruktiven oder statischen Problemen oder zur besseren Verteilung von Wärme oder Wärmeträgermedium 70, liegen auch im Rahmen der Erfindung, ebenso wie Ausführungen, welche der üblichen Konstruktion von wärmegedämmten Dachschrägen entsprechen, nämlich Wärmedämmung zwischen Dachsparren mit oder ohne zweite (r) Lage Wärmedämmung zwischen Konterhölzern
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Bauteil für Gebäude mit verringertem Verbrauch von sekundären Energieformen, weicher
Bauteil zur Verringerung des Wärmedurchgangs durch die innenseitige Oberfläche des
Gebäudes mit einer Struktur gebildet ist, welche jeweils ein zu einer Gebäudewand od. dgl. parallel angeordnetes Zuführungssystem und im Abstand von demselben ein mit diesem
Zuführungssystem in ("hydraulischem") Verbund stehendes, ebenso ausgebildetes Abfüh- rungssystem für ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Luft, aufweist, wobei das Wär- meträgermedium zusätzlich durch mindestens eine gesonderte Wärmeaufnahme- bzw.
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The invention relates to a component for buildings with reduced consumption of secondary forms of energy, which is equipped with an integrated heat exchange or heat emission or cooling device, which is formed with a material layer through which a heat transfer medium can flow.
In particular, the invention relates to a structure or component for the construction or equipping of so-called low and zero energy houses, which requires as little technical effort as possible and results in the lowest possible total costs of the houses.
Components or external components of residential buildings cause transmission heat losses during the heating season, which must be compensated for by the addition of heat, i.e. by heating. The aim of the present invention is to get by with the lowest possible temperature level of the heat to be supplied with little technical effort.
From FR 2 531 120 A1, a building board for heat recovery has become known, which has three mutually parallel and spaced apart walls in a frame and with air as a heat transfer medium flowing through the flat spaces between the walls. This large flow of air ensures a large heat exchange area. With the building board according to FR-A, the air flows flat along the walls first in one direction and after deflection in the opposite direction, an impermeable middle wall forming a chicane or barrier. The air does not cross flow through the middle wall there.
According to this FUR-AU, the air conducted through the two cavities, which are flat at the wall level, is returned to a heated room by a portion of the otherwise lost transmission heat via a ventilation heat recovery system using a heat pump.
In DE 94 01 452 U1 attached to the facade or on the roof of a building, the purpose of the thermal insulation and heat collector arrangement, in addition to the conventional thermal insulation effect, is to absorb as much solar heat radiation as possible during the heating season and to conduct it into the building, or as little as possible outside of the heating season Let heat from absorbed solar radiation into the interior of the building. As an essential component, the arrangement contains a structurally transparent thermal insulation layer, which is made of thin elements in relation to the thickness of the thermal insulation layer and which has a large number of channels lying next to one another and at least almost the same as the heat flow, and in this respect enables a cross-flow through a thermal insulation layer.
In an embodiment variant according to FIG. XIII there, in order to increase the heat transfer between the outside and inside of the building, heat exchanger tubes in the air duct on the inside of the building and heat exchanger tubes are arranged in the heat exchange layer located between the structurally transparent thermal insulation layer and the masonry and connected to one another to form a circuit , A heat exchange medium can transfer heat from the outside to the inside or from the inside to the outside in this circuit, but there is no provision for the transverse flow through a layer through this heat exchange medium.
The structure-transparent thermal insulation layer and, in a variant, channels in the masonry can be flown through by air, namely in the direction from the outside to the inside of the building.
In DE-U1 there is further talk that an air flow from the rear ventilation of the transparent cover can flow through the channels of the structurally transparent thermal insulation layer while absorbing this absorbed heat and then through the perforated brick masonry into the internal air channel, from where it is apparently free emanating into the building, displacing the air there and mixing with it, and ultimately escaping into the environment, for example through leaky windows and doors, chimneys or ventilation shafts.
According to this DE-U1, the heat transfer medium simultaneously forms the building or room ventilation with all the disadvantages of such a method, namely the undesirable coupling of the functions "heating" and "ventilation" with each other in terms of control technology, although heating and ventilation heating requirements are completely different during the heating period. In addition, when there is supply air in rooms with odor, there is an unpleasant smell in neighboring rooms.
There is no strict separation between the heat transport medium and the temperature of the room air that is to be changed by the same via a materially separating wall, like this
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would be the case with a closed heat transport medium circuit.
From DE 1 609 529 A 1 a heat insulation construction is known in which a heat transfer medium, for. B. air, is forced out of a "flat" chamber across a gas-permeable partition into a second "flat" chamber. The heated air can be fed to a combustion system as combustion air.
A major disadvantage of this construction is that, as in DE 94 01 452 U1 discussed above, there is no closed circuit for the heat transfer medium, for which it should be pointed out that there is talk of the heat transfer gas flowing through the heat transfer medium The partition wall collects in the inner "flat" chamber and is blown out through the outlet opening.
According to this DE-AL, it should be essential that the gas flow through the permeable central wall of the heat-insulating construction in the direction of increasing temperature, i. H. in the opposite direction to the heat flow that flows from the warm room into the cool room.
In the case of a cooled part of the building, the heat absorbed by the air as it flows through the intermediate wall of the construction according to DE 1 609 529 A can only be used by leading this air into a heated part of the building or as combustion air into a combustion system.
DE 34 41 597 A1 relates to a special construction of the enclosing surfaces of residential buildings, for the purpose of operating a hypocaust heating system together with a special controlled ventilation of the living spaces. It describes a variant with two-phase "breathing ventilation" and a simplified variant with single-phase "pore ventilation".
On the upper floor, the building enclosing surfaces are constructed from - see Fig. 4 there, from the inside to the outside - an air-permeable interior cladding, an air space or a mixing zone as well as a half-timbered construction with a heat-insulating layer with cross-flow, with load-bearing, heat-insulating, heat-storing and air-permeable function on the ground floor they are the parts of the same structure and in addition an air space (climate zone) and an airtight facade cladding connect to the outside.
In phase 1 of the ventilation, fresh air is supplied to the climate zone on the ground floor by a fan system and an overpressure is generated there. As a result of this overpressure, the air travels through the half-timbered construction, absorbs the heat stored there, reaches the mixing zone, is further heated there by adding heating air, reaches the living rooms through the interior cladding, flows slowly from the ground floor to the upper floor, migrates through the interior cladding , through the mixing zone, whereby the heating air admixture is switched off in phase 1, and finally through the framework construction to the outside. The truss structure stores heat emitted by the air as it passes. Temperature sensors register the temperature rise and, for example, switch to phase 2 after half an hour.
In phase 2 of the ventilation, the air flows in the opposite direction, due to a negative pressure generated by the fan system in the climate zone, fresh air flows inwards through the truss structure on the upper floor and is preheated with the heat stored there, in the mixing zone by adding heating air warmed, reaches the living rooms through the interior cladding, flows from the upper floor to the ground floor, through the interior cladding, through the mixing zone, whereby the heating air admixture is switched off here in phase 2, further through the truss construction, through the climate zone, through the ducts and the fan system Free. The truss structure stores heat emitted by the air as it passes.
The simplified variant “pore ventilation” shown there in FIG. 6 can be realized by omitting the climate zone and the airtight facade cladding on the ground floor and replacing it with a conventional ventilated facade cladding.
Even with this ingenious design, a separation of the heat transfer medium and room air is not provided, rather the flat chamber between the heat insulation layer and the inner wall of the room forms a mixing zone, and the wall of this mixing zone is permeable to the mixed air. Last but not least, supply and exhaust air ducts are provided over the roof, so that even in the construction according to this DE-A1 no
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closed circuit of the heat transfer medium is provided.
Furthermore, the cross-flow of the truss structure primarily serves to enable high air exchange rates in the living rooms and at the same time to keep ventilation heat requirements low.
DE 34 41 597 A 1 shows no efforts whatsoever to make do with a lower temperature level of the air used as heat transfer medium when covering the heating requirements on the ducts. Since the interior cladding does not indicate any essential thermal insulation properties, this temperature level can only differ slightly from the temperature in the living rooms.
Finally, EP 0 132 499 A2 discloses an outer stone store located in the area of the building foundation, from which heat is conducted into an inner stone store via a heat pump and from there is distributed in the building by a hypocaust system.
Subject of the present invention is now a component for buildings with reduced consumption of secondary forms of energy, which component is formed to reduce the heat transfer through the inside surface of the building with a structure, each of which is arranged in parallel with a building wall or the like Distance therefrom has a likewise designed discharge system for a heat transfer medium, for example air, which is in a ("hydraulic") connection with this supply system, the heat transfer medium additionally being provided by at least one separate heat absorption or
Heat emission device can be guided, wherein the component has one or more layer (s), of which at least one layer formed at least partially from heat-insulating material can be flowed through by the said heat transfer medium.
The new component is characterized in that the layer, starting from a distribution channel or from a plurality of such channels to a collecting channel or to a number of such channels, is essentially homogeneously cross-flowable, the temperatures of the heat transfer medium before and after crossing or cross-flow the layer between the temperatures and on the inside and outside of the component.
In contrast to the from the above. DE 34 41 597 A 1 emerging state of the art, the essential, new feature of the structure according to the invention is, by the cross-flow of a heat-insulating layer, the majority of the heating and cooling requirements at a temperature level significantly closer to the ambient temperature of the building or
To cover part of the building.
In contrast to the construction according to DE 1 609 529 A, the component according to the invention enables energy savings when operating the cooling system itself, that is to say regardless of whether there is a heated part of the building or a combustion system. The cooling system requires less drive energy here because the air to be cooled comes to the evaporator at the temperature Tr and leaves it at a temperature just below Ti, see FIG. 2 explained in more detail later. A large part of the evaporator therefore works considerably at temperatures above Ta, while in the known designs the entire evaporator operates at temperatures below Ti.
The concept of the new component is therefore focused on an arrangement that enables heat transfer at a temperature level that lies between the inside and outside temperature.
In the case of building heating, such a lower temperature level has the advantage that certain heat sources can be used more effectively for heating. For example, geothermal energy and process heat can be used with less drive energy for the heat pump or even without a heat pump, solar thermal systems work with higher efficiency, a scree storage tank used as seasonal storage can be cooled much lower and thus smaller, an intermediate storage of the heat means fewer losses and so on ,
It is essential for the effect of the new components to ensure that the heat transfer medium flows through the at least one layer provided for this purpose as uniformly as possible, which is advantageously achievable with an arrangement according to claim 2.
The cross-flow of the component, which is essential for the invention and its effect, can be particularly uniform if the internal flow of the individual partial flows of the medium
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half of the component flow paths are as long as possible, which can be achieved by an arrangement according to claim Sin favorably.
The Tichelmann arrangement mentioned there aims at the same flow rates and thus even distribution of a heat transfer medium in parallel branches of a pipe system. It consists of executing parallel branches with the same line length, which leads to the same flow resistance with a uniform cross-section of the lines. This can be achieved, for example, with roughly S-shaped branches instead of U-shaped branches.
A relatively inexpensive variant for creating the layer in the new component that can be flowed through as homogeneously as possible by the heat transfer medium consists in forming the same as in the approach 4 with a granular material.
The claim 5 covers both the case of heating, and that of cooling. In the case of cooling a building or part of a building, as already described, the preferred direction of flow is that of increasing temperature.
The combination of the new component with a scree reservoir is preferred, both for reasons of cost-effectiveness and adaptability to the respective requirements and conditions of the heating or cooling task, air being particularly preferred as the operating medium.
Another, albeit more complex, possibility of supplementation can be found in claim 7. It is a combination with an air solar collector.
Last but not least, supplementing the component according to the invention with an air heater in the interior of the building provides an energetically favorable embodiment of the invention.
In conclusion, it should also be mentioned that the invention could also be applied to the above-mentioned heat recovery panel of FR 2 531 120 A1 after appropriate adaptation. There, as already briefly explained, air is led back through two cavities, which are flat in the wall level, back into a heated room in order to recover part of the otherwise lost transmission heat via ventilation heat recovery by means of a heat pump. The adaptation now consists in allowing the air to flow through the thermal insulation as homogeneously as possible.
The following measures would also have to be taken: The opening would have to be closed, the wall replaced with an air-permeable thermal insulation layer, the opening would have to be moved to the corner of the wall surface diagonally opposite the connection of the duct, and an additional dust filter would have to be provided in the duct.
The advantage of an adaptation to the arrangement according to the invention would be as follows: With the same amount of air conveyed, more heat can be transported than with the arrangement according to FR-A1, because the temperature change of the air is greater when it flows through the permeable layer.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing:
1 schematically shows a component according to the invention with a heat exchange function in section, together with its supply with heat transfer medium, FIG. 2 schematically shows the temperature profile within the new component and the oblique view of FIG. 3 is intended to illustrate the invention or the new component explain:
1 schematically shows a section through an inventive structure or component 100, which in the case shown is formed with three layers 1, 2 and 3. A heat transfer medium 70, preferably dry air, can flow homogeneously across layer 2.
Warm air 70 flows from a debris store 7 through a blower 6 to the heat exchange device 25 via a feed line 701 through distribution channels 751 while cooling through layer 2 and further through collecting channels 752 and via a discharge line 702 back into the debris store 7. An advantageous arrangement of the channels 751, 752 in accordance with the known Tichelmann arrangement, ensures uniform distribution of the air 70 in the surface of the layer 2. The air 70 flows through the layer 2 formed with granular material 200 essentially homogeneously.
2 schematically shows the temperature profile within the cross section of a component according to the invention, where Ti means inside temperature in the building and Ta means outside temperature.
The temperature profile curve a shows - in comparison with the profile curve b within a building of the same dimension without flow through the heat transfer medium 70 - as
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In the component 100 according to the invention, the temperature of the layer 2 is raised to temperatures between Tv and Tr by the flow through the heat transfer medium 70, as a result of which the
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Layer 1 and thus the heat requirement on the part of the conventional heating system is reduced.
When flowing through layer 2, the air 70 is cooled to the temperature Tr, which, depending on the type of layer 3, can come very close to the outside temperature Ta.
The scree reservoir 7 can be cooled much more deeply with the component 100 according to the invention than with a conventional air heater. And it can also be reheated earlier and more efficiently with air solar collectors at the end of the heating season. Much more heat can thus be stored in the scree storage 7 or it can be made correspondingly smaller.
The component 100 of FIG. 3 shows how heat transfer medium 70, for. B. from a debris store, not shown, through the connection point or inflow opening 7010 via a feed line 701 to the individual distribution channels 751 connected to the rear of a layer 2 through which medium 70 can flow, as homogeneously as possible distributed over the surface.
The medium 70 flows through the layer 2 and is - from the distribution channels 751 on the back - now resumed to the front of the layer 2 also homogeneously area-wide connected collecting channels 752, from which it passes through a joint discharge line 702 through the connection point or outflow opening 7020 in an outgoing main line to the above-mentioned scree storage.
It is now essential that in each case from the connection point 7010 via a section of the supply line 701 to the respective distribution channel 751, then through the layer 2, further through the corresponding collecting channel 752 and the respective section of the discharge line 702 to the connection point or outflow opening 7020 Paths of the partial streams of the medium 70, regardless of which associated distribution and collecting channel pairs 751, 752 they flow through, are each practically of equal length.
This type of media management corresponds to the z. B. Tichelmann arrangement known from solar technology.
At this point it should be emphasized that the invention is not limited to discrete, e.g. B., as shown in Fig. 3, spaced apart distribution and collection channels 751, 752 is limited.
Rather, z. B. all manifold and all collection channels are combined to form flat cavities, one wall of which is in each case the surface of the layer 2 to be traversed by the heat transfer medium 70.
Sandwich-like versions of layer 2 made of two or more sub-layers of different materials, for example to solve structural or static problems or for better distribution of heat or heat transfer medium 70, are also within the scope of the invention, as are versions which correspond to the customary construction of thermally insulated roof slopes , namely thermal insulation between rafters with or without a second layer of thermal insulation between counter timbers
PATENT CLAIMS:
1.
Component for buildings with reduced consumption of secondary forms of energy, softer
Component for reducing the heat transfer through the inside surface of the
Building is formed with a structure, which in each case a supply system arranged in parallel to a building wall or the like and at a distance from the same with this
Supply system in ("hydraulic") composite standing, also designed discharge system for a heat transfer medium, such as air, the heat transfer medium additionally by at least one separate heat absorption or
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