AT506587B1 - Vorrichtung zur reduktion von wärmeverlusten - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT506 587B1 2009-10-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reduktion von Wärmeverlusten durch eine zumindest einen Raum begrenzende Wand, wobei an der dem Raum abgekehrten Außenseite der Wand eine Wärmeträgerschicht sowie eine daran anschließende Wärmedämmschicht angeordnet sind, in der Wärmeträgerschicht ein Wärmeträgermedium zirkuliert, das eine Temperatur aufweist, die zwischen der an der Außenseite herrschenden Temperatur und der in dem Raum herrschenden Temperatur liegt, sowie ein weitere isolierende Schicht vorgesehen ist.

[0002] Die energetische Optimierung von Bauwerken erfolgt in der Regel durch Verstärkung der Wärmedämmung der Außenhülle; damit steigen jedoch die Baukosten bezogen auf die Nutzfläche. Des Weiteren reduziert sich die effektive Nutzfläche bei Einhaltung der zugelassenen Baudichte. So ist beispielsweise eine 30cm starke herkömmliche Isolierung für gewöhnlich nicht in der Lage, die Temperatur innerhalb des Bauwerkes konstant zu halten, so dass auch in einem Niedrigenergiehaus eine zusätzliche, gegebenenfalls konventionelle Heizung notwendig ist, was mit zusätzlichen Kosten und Fremdenergieverbrauch verbunden ist. Bei Gewinnung der (Heiz)Energie aus Erdwärme ist der Energieverbrauch bei herkömmlicher Isolierung so groß, dass der Erdkollektor höherdimensioniert werden muss, was mit höheren Kosten verbunden ist und damit die Rentabilität dieses Systems in Frage stellt.

[0003] Aus diesen Gründen wurden Wege gesucht, die Dicke der Wärmedämmung zu reduzieren.

[0004] Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist beispielsweise in der DE 20 2004 011 833 U1 offenbart. Sie zeigt eine Wand, die das Leitungssystem einer Heizungsanlage aufweist, das von einem Medium durchströmt wird, dessen Vorlauftemperatur unterhalb der in dem Innenbereich vorliegenden Temperatur, aber höher als die im Außenbereich herrschende Temperatur ist, um den Wärmeverlust durch die Wand zu verringern. Auch wenn diese Art der Wärmedämmung bereits eine wesentliche Dickenreduktion zur Folge hat, so ist sie dennoch insbesondere für die Verwendung bei Niedrigenergiehäusern nur bedingt geeignet.

[0005] Weitere Wärmedämmsysteme können auch der FR 2 345 562 A und der W 01/61118 A1 entnommen werden.

[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Isolationseigenschaften der oben beschriebenen Wärmedämmung weiter zu verbessern.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass eine zusätzliche Vakuumschicht vorgesehen ist. Diese zusätzliche Isolationsschicht verringert wesentlich die Wärmeverluste durch die Wand.

[0008] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die zumindest eine Vakuumschicht zwischen Wärmeträgerschicht und Außenseite der Wand angeordnet. Alternativ hierzu ist in einerweiteren Ausführung die Wärmeträgerschicht innerhalb der Vakuumschicht angeordnet.

[0009] Eine besonders gute Isolationswirkung wird erzielt, wenn die Wärmeträgerschicht zwischen zwei von einander getrennten Vakuumschichten angeordnet ist.

[0010] Am Markt werden Vakuumdämmungen angeboten, die in Form von dauerhaft geschlossenen Platten mit einer Fläche kleiner als 1m2 vorliegen. Eine derartige Dämmplatte kann beispielsweise der DE 43 39 435 A1 entnommen werden. Der Nachteil dieser Platten liegt darin, dass nach einer bestimmten Zeit häufig der in ihnen herrschende Unterdrück nachlässt und damit ihre Dämmwirkung verloren geht. Zu diesem Zeitpunkt sind diese Vakuumdämmungen bereits in der Gebäudestruktur integriert und können nur mit großem Kostenaufwand ersetzt werden. Des Weiteren weisen diese Platten für gewöhnlich metallische Plattenränder auf, so-dass bei dem Einbau ein dichtes Raster von Wärmebrücken gebildet wird, die wiederum einen Energieverlust zur Folge haben. Ebenso sind diese Dämmelemente aufgrund ihrer aufwendigen Herstellung teuer in der Anschaffung.

[0011] Daher wird bevorzugterweise eine Vakuumschicht eingesetzt, die kostengünstig aus 1/7 österreichisches Patentamt AT506 587B1 2009-10-15

Kunststofffolien großflächig aufgebaut ist, wobei die Folien an ihren Randnähten miteinander verbunden sind. Diese Vakuumschicht wird vorteilhafterweise erst unmittelbar vor oder während der Montage der erfindungsgemäßen Wärmedämmung evakuiert. Hierzu weist es ein Rückschlagventil auf, das eine wiederholbare Evakuierung der Vakuumschicht erlaubt.

[0012] Des Weiteren ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung zumindest ein Vakuumsensor vorgesehen, der den in der zumindest einen Vakuumschicht vorherrschenden Druck überwacht und mit einer Steuerungsanlage in Verbindung steht. Wird ein vorgegebener Wert beispielsweise überschritten, so veranlasst die Steuerungsanlage eine Evakuierung der Vakuumschicht über das Rückschlagventil.

[0013] Als besonders geeignet für den Einsatz in der Wärmeträgerschicht der erfin-dungsgemäßen Vorrichtung hat sich ein Gas erwiesen, das als Wärmeträgermedium in der Wärmeträgerschicht zirkuliert, wobei dessen Siedepunkt zwischen 5 und 25° C, insbesondere zwischen 10 und 15° C, liegt. Hierzu kann beispielsweise eine Propan-Butan-Mischung eingesetztwerden.

[0014] Um eine besonders dünne Wärmedämmung mit ausgezeichneten Isolationseigenschaften zu erhalten, ist die Wärmeträgerschicht als ein flächiges Heizregister mit einer Vielzahl von Kanälen ausgebildet, wobei die Kanäle von dem Wärmeträgermedium durchströmt sind.

[0015] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Wärmeträgerschicht an eine Niedertemperaturenergiequelle, insbesondere an eine Erdwärmequelle angeschlossen. In fast allen Teilen der Erdkruste liegt in bestimmten Tiefen eine unendliche Wärmequelle vor. Die Temperatur beträgt zumeist 7° C in einigen Metern unter der Erdoberfläche und steigt um ca. 3° C je 100 Meter Tiefe. Die gängigen Tiefsonden für übliche Wärmepumpen arbeiten in einem wirtschaftlichen Bereich ab einer Tiefe von 80 bis 250m. Die Überschreitung einer Tiefe von 150 Metern ist allerdings mit zusätzlichem technischem Aufwand und in vielen Ländern mit zusätzlichen Bewilligungen und Verhandlungen mit der Bergbaubehörde verbunden. In einer Tiefe von etwa 150m herrscht jedoch bereits eine Temperatur von +11 bis +12° C. Für die Nutzung einer Wärmequelle unter +25° C wird meistens eine Wärmepumpe mit einem Wirkungsgrad von ca. 5 eingesetzt. Bei einer Wärmequelle mit einer Temperatur im Bereich von +10° C kann mit durchschnittlichem Wirkungsgrad von ca. 4 gerechnet werden. Der benötigte Antrieb, insbesondere für die Pumpe, verbraucht in jedem Falle elektrische Energie, die zurzeit überwiegend aus anderen Verbrennungsanlagen mit proportional ähnlichen Verlusten gewonnen wird. Damit wird der energetische Vorteil der Erdwärmenutzung erheblich reduziert.

[0016] In der vorliegenden Erfindung befindet sich die Erdwärmequelle stets unterhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, sodass aufgrund der Temperaturdifferenz und des daraus resultierenden Dichteunterschiedes des in der Wärmeträgerschicht befindlichen Wärmeträgermediums eine Umwälzung des Mediums ohne zusätzliche Maßnahmen beispielsweise in Form einer Pumpe erfolgt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage verbessert.

[0017] Bevorzugterweise sind die Wärmeträgerschicht und die zumindest eine Vakuumschicht als einteiliges Fertigprodukt hergestellt. Eine weitere Variante der Vorrichtung weist eine zusätzliche Wärmedämmschicht auf, die aus herkömmlichen Dämmmaterial wie beispielsweise Styropor oder Glaswolle gefertigt ist. Dieses einteilige Fertigprodukt erlaubt eine besonders einfache Verlegung der erfindungsgemäßen Dämmschicht und ist insbesondere für die Verwendung bei der Sanierung bereits bestehender Bauwerke geeignet.

[0018] Ein weiterer Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist deren Verwendung in beweglichen Teilen des Bauwerkes wie beispielsweise Fensterläden, Türen etc.

[0019] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert. Es zeigen: [0020] Fig. 1 eine Schnittansicht von oben einer erfindungsgemäßen Vorrichtung [0021] Fig. 2 das Temperaturprofil zu der Vorrichtung aus Fig. 1, 2/7 österreichisches Patentamt AT506 587 B1 2009-10-15 [0022] Fig. 3 eine Schnittansicht von oben einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung, und [0023] Fig. 4 eine Schnittansicht von oben einer dritten Ausführung.

[0024] In der Fig. 1 ist der Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Reduktion des Wärmeverlustes durch die Außenhülle eines Bauwerkes gezeigt, wobei zwischen einer Mauer 2, beispielsweise eine Ziegel- oder Betonmauer, und einer Außenschicht 3 der Außenhülle eine Wärmeträgerschicht 4 angeordnet ist. Die Außenschicht 3 ist beispielsweise ein Thermoputz.

[0025] Die in dieser Ausführung der Erfindung als flächiges Heizregister ausgebildete Wärmeträgerschicht 4 weist eine Vielzahl von Kanälen 5 auf, in denen ein Wärmeträgermedium, bevorzugterweise ein Gas, zirkuliert.

[0026] Um Raumwärmeverluste zu kompensieren, ist zwischen dem Heizregister 4 und der Mauer 2 eine Vakuumschicht 6 angeordnet. Vorteilhafterweise ist diese Vakuumschicht 6 aus einer Vielzahl von Kunststofffolien, die an ihren Rändern miteinander verschweißt sind, hergestellt und mit einem Vakuumsensor ausgestattet, der die Druckverhältnisse innerhalb der Vakuumschicht 6 überwacht. Bei Abweichung der gemessenen von vorgegebenen Werten wird ein entsprechendes Signal an eine Steuerungsanlage übermittelt (nicht dargestellt). Des Weiteren weist die Vakuumschicht 6 ein Rückschlagventil auf, über das die Vakuumschicht gegebenenfalls evakuiert wird (nicht dargestellt).

[0027] Eine weitere Dämmschicht 7 ist zwischen der Außenschicht 3 und dem Heizregister 4 angeordnet. Diese Dämmschicht 7 ist ein dem Fachmann an sich bekanntes Dämmmaterial wie beispielsweise Styroporplatten und ähnliches.

[0028] Wie in Fig. 2 gezeigt, liegt die Temperatur T3 des innerhalb des Heizregisters 4 zirkulierenden Wärmeträgermediums zwischen der Raumtemperatur T1 innerhalb des Bauwerks und der Außentemperatur T2. Ohne Vakuumschicht 6 würde die Temperatur T4 im Kontaktbereich von Wärmedämmung 7 und Außenmauer 2 beträchtlich tiefer liegen, sodass die Raumwärmeverluste wesentlich höher wären. Es zeigt sich also, dass durch die Verwendung eines Heizregisters 4 in Kombination mit einer Vakuumschicht 6 eine wesentliche Verbesserung der Dämmeigenschaften und damit eine Einsparung an Heizenergie erzielt werden kann.

[0029] Eine weitere Einsparung an Heizkosten kann erreicht werden, wenn die Erwärmung des Trägermediums innerhalb des Heizregisters 4 mittels Ausnützung von Erdwärme erfolgt.

[0030] Bei einer winterlichen Außentemperatur T2 von -15° C und einer Innentemperatur T1 von +20° C erreicht eine Ebene im Wandaufbau, die im äußeren Drittel gelegen ist, eine Temperatur T4 von ca. -5° C. Ein Heizregister 4 mit einer Temperatur T3 von +10° C, - dies entspricht einer für gewöhnlich erzielbaren Temperatur mittels Erdwärme, - das in dieser Ebene situiert ist, reduziert den Wärmeverlust um das 2,5fache, weil der Temperaturunterschied von 25° C (von -5° C auf+20° C) auf ca. 10° C (von +10° C auf+20° C) verringert wird. In der Praxis bedeutet dies, dass die Räume innerhalb des Heizregisters 4 nie einer Temperatur von weniger als +10 °C ausgesetzt sind, sofern keine signifikanten Verluste über Fenster und/oder Türen auftreten. Diese Verluste könnten beispielsweise durch Anbringung ähnlicher mit Heizregistern ausgestatteter Wärmedämmungen an Fensterläden etc. verringert werden.

[0031] Da die Erdwärmequelle sich stets unterhalb des Heizregisters 4 befindet und immer eine höhere als die im Heizregister 4 herrschende Temperatur aufweist, funktioniert das System ohne Umwälzpumpe allein mithilfe der Schwerkraft. Das durch die Erdwärmequelle wärmere Trägermedium steigt die Kanäle 5 hinauf, während das in dem Heizregister 4 durch die Außentemperatur allmählich abgekühlte Medium in Richtung Erdwärmequelle absinkt, um dort wieder erwärmt zu werden. Durch eine derartig selbsttätige Umwälzung des Wärmeträgermediums erfordert diese Form der passiven Erdwärmenutzung keine zusätzliche Energie von außen. Des Weiteren setzt sie sich beim Absinken der Außentemperatur unterhalb einer Temperatur T2 von +10° C selbst in Gang. 3/7

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT506 587 B1 2009-10-15 [0032] Eine beidseitig des Heizregisters 4 angebrachte Vakuumisolierung 60, 61, wie in der Wandstruktur 10 gemäß Figur 3 gezeigt, mindert die Wärmeverluste nochmals um das Vierfache. Der damit auf 10 % reduzierte restliche Energiebedarf bzw. der geminderte Wärmeverlust wird beispielsweise in einem Niedrigenergiehaus mit der üblicherweise freigesetzten Energie ausgeglichen. Hierzu gehört beispielsweise die Energie des Menschenkörpers oder die passive Energiegewinnung mittels durch Fenster einfallendes Sonnenlichts. [0033] Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführung der Wandstruktur 100 ist das Heizregister 4 zur Gänze in einer Vakuumschicht 62 eingebettet. Diese Variante liefert ähnlich gute Dämmwerte wie jene in Fig. 3 gezeigt, hat jedoch den Vorteil, dass der Aufbau weniger kompliziert anzuschließen ist, weil nur eine Vakuumschicht an das Vakuumsystem angeschlossen werden muss. [0034] Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmedämmungssystems ist dessen Tauglichkeit für die Sanierung von bestehenden Gebäuden. Da die neue Struktur 1, 10,100 gänzlich im Außenbereich der Wand 2 angebracht wird und keine Verbindung mit dem Hausinneren benötigt, kann deren Anbringung im Zuge einer thermischen Sanierung von außen erfolgen. [0035] Besonders einfach ist das Anbringen der erfindungsgemäßen Wärmedämmung, wenn die aus Vakuumschicht 6, 60, 61, 62, Heizregister 4 und gegebenenfalls aus einer Dämmschicht 7 bestehende Struktur 1, 10, 100 als Verbundbauteil, beispielsweise als plattenförmiges Fertigprodukt vorliegt, sodass lediglich die erfindungsgemäßen Platten an der Außenseite der Mauer 2 angebracht und die einzelnen Heizregister 4 sowie gegebenenfalls die Vakuumschichten 6, 60, 61, 62 miteinander verbunden werden müssen. Patentansprüche 1. Vorrichtung (1, 10, 100) zur Reduktion von Wärmeverlusten durch eine zumindest einen Raum begrenzende Wand (2), wobei an der dem Raum abgekehrten Außenseite der Wand (2) eine Wärmeträgerschicht (4) sowie eine daran anschließende Wärmedämmschicht (7) angeordnet sind, in der Wärmeträgerschicht (4) ein Wärmeträgermedium zirkuliert, das eine Temperatur (T3) aufweist, die zwischen der an der Außenseite herrschenden Temperatur (T2) und der in dem Raum herrschenden Temperatur (T1) liegt, sowie eine weitere isolierende Schicht vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere isolierende Schicht als zumindest eine zusätzliche Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) ausgebildet ist.
2. 2. Vorrichtung (1, 10, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) zwischen Wärmeträgerschicht (4) und Außenseite der Wand (2) angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung (1, 10, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerschicht (4) innerhalb der Vakuumschicht (60, 61,62) angeordnet ist.
4. 4. Vorrichtung (1, 10, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerschicht (4) zwischen zwei von einander getrennten Vakuumschichten (60, 61) angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) ein Rückschlagventil aufweist, das eine wiederholbare Evakuierung der Vakuumschicht (6, 60, 61,62) erlaubt.
6. 6. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) zumindest einen Vakuumsensor aufweist, der den in der zumindest einen Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) vorherrschenden Druck überwacht und mit einer Steuerungsanlage in Verbindung steht.
7. 7. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Wärmeträgerschicht (4) zirkulierende Wärmeträgermedium ein Gas ist, dessen Siedepunkt zwischen 5 und 25° C, und insbesondere zwischen 10 und 15° C liegt. 4/7 österreichisches Patentamt AT506 587B1 2009-10-15
8. 8. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerschicht (4) als ein flächiges Heizregister mit einer Vielzahl von Kanälen (5) ausgebildet ist, wobei die Kanäle (5) von dem Wärmeträgermedium durchströmt sind.
9. 9. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerschicht (4) an eine Niedertemperaturenergiequelle, insbesondere an eine Erdwärmequelle angeschlossen ist.
10. 10. Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeträgerschicht (4) und die zumindest eine Vakuumschicht (6, 60, 61, 62) als einteiliges Fertigprodukt hergestellt sind.
11. 11. Vorrichtung (1, 10, 100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das einteilige Fertigprodukt eine zusätzliche Wärmedämmschicht (7) aufweist.
12. 12. Verwendung der Vorrichtung (1, 10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Sanierung bestehender Bauwerke.
13. 13. Verwendung der Vorrichtung (1, 10, 100) nach Anspruch 12 in beweglichen Teilen des Bauwerkes. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7