AT516190B1 - Multifunktionales Energie-sparendes Fenster - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur energieautarken Belüftung und Wärmerückgewinnung in Fenstern. Ein Fensterrahmen (1) ist verbreitert und besitzt mindestens eine vorteilhafterweise durch ein Fotovoltaikpaneel (2) abgedeckte Öffnung (3) und vorteilhafterweise auch ein in der Transparenz veränderbares Glas der Außenscheibe (9). Über mindestens ein Gebläse (4) wird abwechselnd Luft in den Raum gefördert und danach aus dem Raum abgesaugt. Der eingebaute Kontroller regelt den Betrieb der Gebläse und über die Spannung des Fotovoltaikpaneels (2) und der gemessenen Raumtemperatur auch die Transparenz des schaltbaren Glases. Die Vorrichtung ist damit in der Lage den Energiebedarf sowohl für die Heizung als auch die Kühlung zu verringern und eine Belüftung ohne Eindringen von Lärm sicher zu stellen. Das zu schützende Verfahren bilanziert über Messungen der Raumtemperaturen die Wärmebilanz und passt dahingehend die Richtung der Luftströme bei konstanter nicht regenerativer Durchströmung an.

Description

Patentamt

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung die - in ein Fenster integriert - diesem multifunktionale Energiespareigenschaften hinzufügt.

[0002] Stand der Technik sind dezentrale Wärmerückgewinnungsanlagen, die durch eine Kernbohrung mit der Umgebung verbunden sind. Im Bereich Dachflächenfenster sind solar betriebene Schliessmechanismen bekannt, die auch mit einem Regensensor ausgerüstet sind.

[0003] DE 202010010607 U1 (MDM DIELS GMBH [DE]) vom 04. November 2011 (04.11.2011) zeigt ein Entlüftungs- und Belüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung für die Wandmontage.

[0004] US 2011292488 A1 (MCCARTHY WIL [US], POWERS RICHARD M [US], BURNEY ALEX K [US]) 01. Dezember 2011 (01.12.2011) offenbart ein multifunktionales Gebäudeelement welche u.a. als Wand, Fenster, Verschattungseinrichtung, Dachelement, transluzente, färbig oder opake Energie-gewinnende oder -verteilende Einheit arbeiten kann.

[0005] WO 2011105969 A1 (MIK D Ο O [Sl], NOVAK PETER [Sl]) 01. September 2011 (01.09.2011) zeigt eine Belüftungseinheit die eine rekuperative Wärmerückgewinnung ermöglicht und über eine Solarzelle mit Strom versorgt wird.

[0006] KR 20100101443 A (LEE YONG HWAN [KR]) 17. September 2010 (17.09.2010) zeigt eine Energieversorgung über Photovoltaik.

[0007] CN103470158 beschreibt die Integration einer schalldämmenden Box in die Fensterlüftung. Im Bereich schaltbare Fenster sind nachträgliche Lösungen bekannt wie US 6429961 B1 „Methods for retrofitting windows with switchable and non-switchable window enhancements“, wobei die Details der schaltbaren Schicht in US 2011/0287196 A1 „Electro-Optical Switchable Window“ festgehalten wurden.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die in ein Fenster integrierten bekannten Einheiten effizient zu betreiben wobei [0009] 1) die Energie für den Betrieb teilweise solar erzeugt wird (Fotovoltaikpaneel und ggf. in das Glas integrierte transparente PV) [0010] 2) die Belüftung eine regenerative Wärmerückgewinnung erlaubt [0011] 3) ein Kurzschluss der Luftströme vermieden wird [0012] 4) der Schallschutz aufrecht bleibt [0013] 5) ein Eindringen von Schlagregen vermieden wird [0014] 6) die in den Raum eingestrahlte solare Wärme bei Bedarf reduziert werden kann [0015] Die Vorrichtung worauf sich das Verfahren bezieht ist über eine horizontale nach oben abgedeckte Öffnung über ein Umlenk- oder Lochgitter welches zusätzlich zum Wärmetauscher lärmentkoppelnd wirkt mit der Umgebung verbunden und erlaubt die Nutzung und/oder Reflexion der auf die Außenscheibe eintreffenden Sonnenenergie. Die Vorrichtung ist weiters dadurch gekennzeichnet dass ein Photovoltaikpaneel die Öffnung im Fensterrahmen abdeckt und vor Schlagregen schützt, während auf der dem Raum zugewandten Seite sich eine Wärmerückgewinnungseinheit befindet, die mit nur einer Öffnung arbeitet und daher zyklisch betrieben wird. Das mindestens eine Gebläse wird je nach Druckverlust als Tangential oder Axialgebläse ausgeführt. Bei einem Gebläse wird die Förderrichtung im Betrieb umgekehrt. Zusammen mit einer zweiten gleichartig arbeitenden Vorrichtung im verbundenen Gebäudebereich oder Zimmer ist eine Querlüftung und optionaler Einbindung eines Solarkollektors möglich.

[0016] Für eine Kombination der beschriebenen Vorrichtung wurde ein Verfahren gesucht, welches einerseits eine Lärmbelästigung durch Lüfter während der leichten Schlafphasen vermeidet und andererseits den Endenergiebedarf für den Innenraum, sowie die Wärmerückgewinnungsanlage verringert - sowohl für den Wärme- als auch den Kühlbedarf in dem in Verbin /10

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Patentamt düng mit einer zweiten Vorrichtung drei Betriebsarten definiert werden um verschiedene Funktionen realisieren zu können:

[0017] 1. regenerativer Betrieb mit abwechselnder Durchströmung mit variabler Luftmenge und variablem Intervall

2. konstante Strömung in den Raum, je nach Temperaturdifferenz zur Wärmezu- oder -abfuhr

3. konstante Strömung aus dem Raum, detto [0018] Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Informationen von Sensoren aber auch zu den Schlafphasen genutzt um den Betrieb - auch eines Verbundes an gleichartigen Vorrichtungen - zu steuern. Die Steuerung der Lüftungsrichtung erfolgt über einen Kontroller, der je nach Wärmebilanz zwischen den Betriebsmodi bei der Lüftung umschaltet und ebenso ein in der Transparenz schaltbares Glas schaltet. Dieses ist vorteilhafterweise an der Innenseite der äußersten Scheibe befestigt um vor Witterung geschützt zu sein. Eine Integration der schaltbaren Schicht in mehrscheibige vorteilhafterweise mit Edelgasen gefüllte Gläser ist sinnvoll. Bei Kombination mit einer photoaktiven Schicht auf der dem Raum abgewandten Seite erhöht ein auf Reflexion umgeschaltetes Glas den Ertrag.

[0019] Die Vorrichtung ist in der Lage über die Wärmerückgewinnung Energie für die Gebäudebeheizung und über die Belüftung, sowie schaltbare Opazität Kühlenergie einzusparen. Weiters wird über das mindestens eine Photovoltaikelement Strom für den Betrieb des Lüfters erzeugt. Als weiterer Nutzen der Vorrichtung kann die akustische Entkopplung vom Umgebungslärm gesehen werden, da Filter und Wärmetauscher Luftschall dämpfen.

[0020] Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele gemäß den axionometrischen Zeichnungen näher erläutert.

[0021] Fig. 1 [0022] Fig. 2 [0023] Fig. 3 [0024] Fig. 4 zeigt das Fenster von der Außenansicht mit offenen Seitenflächen der Tragkonstruktion für das Fotovoltaikpaneel 2, wodurch die beispielhaft runde Öffnung 3 im Fensterrahmen 1 sichtbar wird, durch die hindurch die Luft geführt wird. Dabei ist es für die Ansprüche unerheblich ob die Öffnung und der Wärmetauscher im horizontalen oder vertikalen Teil des Fensterrahmens integriert werden. Bei größeren Oberlichten z.B. im Altbau kann der senkrechte Teil des Fensterrahmens verbreitert und genutzt werden, wobei bei einer West oder Ostorientierung der Fenster der südliche Teil des Fensterrahmens anbietet, wenn dieser durch eine Mauer verschattet wird und somit der Verlust für den solaren Gewinn klein gehalten werden kann.

zeigt den Innenteil der Vorrichtung mit entfernter Abdeckung der Luftführung, wobei die dem Beschlag zugewandte Seites Kastens abgeschrägt ist um ein weites Öffnen des Fensters zu erleichtern. Ein Schieber 6 ermöglicht ein vollkommenes Verschließen bei Abwesenheit. Über mindestens ein Gebläse 4 werden die Wärmetauscher 5 intermittierend und abwechselnd was die Durchströmungsrichtung betrifft durchströmt. Die Wärmetauscher 5, sind bei mittiger Anordnung des Luftfilters und der Öffnung nach außen rechts und links von diesem angeordnet. Zur Öffnung des Fensterflügels 1 ist die Vorrichtung an der Seite der Beschläge (Drehachse) abgeschrägt. Der Schieber 6 kann auch durch ein Umlenkgitter ersetzt werden.

zeigt eine Ausführungsvariante bei der die Luftströmung über die Unterseite des ausgestellten Photovoltaikpanels durch ein schalldämmendes Lochblech 7 erfolgt, das bei entsprechender Lochung auch ein Eindringen von Insekten verhindert.

zeigt einen gekrümmten Luftfilter 8, der als Faltenfilter ausgeführt werden kann. (Z-Typ), aber auch als Filtervlies realisiert werden kann.

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Patentamt [0025] Fig.

[0026] Fig.

[0027] Fig.

zeigt die Systemarchitektur mit einer Fernsteuerbarkeit über eine drahtlose Verbindung. Es ist möglich die Einheit über eine Fernbedienung direkt, aber auch über ein mobiles Endgerät wie Mobiltelefon, oder Tablet via Router zu steuern. Die optionalen Komponenten sind strichliert eingezeichnet, drahtlose Verbindungen gepunktet. Sensoren können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos angeschlossen werden, wenn ein drahtloses Energie-sparendes Nachbereichsübertragungsverfahren unterstützt wird.

zeigt die Reflexion über die schaltbare Schicht 11, wodurch die photoaktive Schicht 10 zwei Mal durchstrahlt wird. Der Witterungsschutz erfolgt durch die Außenscheibe 9.

zeigt den Ablauf des zu schützenden Verfahrens.

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Patentansprüche

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb eines multifunktionalen Energie-sparenden Fensters, wobei

a) die Luft über mindestens eine Öffnung vorzugsweise unter einem Photovoltaikpaneel (2) durch eine Öffnung im ebendort verbreiterten Fensterrahmen (1) des Fensters tritt und

b) die Luft in wechselnder Richtung durch einen regenerativen Wärmetauscher (5) längs dem Fensterrahmen (1) geführt wird und

c) der Glasaufbau vorteilhafterweise bei der Außenscheibe (9) eine veränderbare Transparenz sowie vorteilhafterweise eine photoaktive Schicht umfasst und vorteilhafterweise die gewonnene Energie in der Vorrichtung gespeichert wird und die Betriebsart der Gebläse (4) vorteilhafterweise über eine drahtlose Verbindung von außen gesteuert wird dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläsedrehzahl und Zyklendauer des regenerativen Wärmetauscherbetriebes abhängig von der über Temperatursensoren und Gebläsedrehzahl bestimmten Wärmebilanz und dem automatisch erkanntem Ziel des Betriebes aus Kühlen und Wärmerückgewinnung automatisch gewählt wird, sodass sich ein Betriebsoptimum für den anzuwendenden Kühl- oder Heizfall einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch dass der Betrieb der Gebläse (4) über eine Messung der Beleuchtungsstärke im Raum gesteuert wird und dabei die Vorrichtung während der Schlafzeit automatisch mit abgesenkter Drehzahl lärmreduziert betrieben wird.

3. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlfall über die Temperaturmessungen festgestelltem Wärmeüberschuss im Raum, die Transparenz eines Glases - vorteilhafterweise der Außenscheibe (9) - automatisch reduziert wird.