CN107835919A - 用于对建筑物进行热调节的窗户模块及方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于对建筑物进行热调节的窗户模块(1)。窗户模块(1)包括外玻璃(2)和内玻璃(3)，其中对于固体尤其是灰尘进行密封的中部空间(4)形成于外玻璃(2)和内玻璃(3)之间，其中外玻璃(2)的传热系数(U_a)比内玻璃(3)低。窗户模块(1)包括气液热交换器(5)，气液热交换器(5)包括冷却/加热元件，液体通过冷却/加热元件以流体线流动，传热介质在流体线中被引导，其中一个气液热交换器(5)在窗户模块(1)已安装状态下被水平放置在中部空间(4)的底部和/或顶部，从而来自中部空间(4)的空气能够流过它。分隔元件(19)设置在中部空间(4)内。风扇(10)设置在中部空间(4)内，其可以在包括冷却模式和加热模式的窗户模块(1)的几种运行模式下运行，其中至少在冷却模式下空气由所述至少一个风扇(10)引导通过所述至少一个气液热交换器(5)，从而在所述空气与所述传热介质之间实现热量交换，并且在所述中部空间(4)中引导所述空气在环路中。所述分隔元件(19)包括可调节的防晒功能，所述防晒功能在被启用时大致平行于所述外玻璃(2)和所述内玻璃(3)，其将所述中部空间(4)划分为内中部空间(4I)和外中部空间(4A)，从而在中部空间(4)内产生上升和下降的气流，其中防晒装置可以在冷却模式下启用并在加热模式下关停。

Description

用于对建筑物进行热调节的窗户模块及方法

技术领域

本发明涉及一种用于对建筑物进行热调节的窗户模块，其中窗户模块包括外玻璃和内玻璃以及至少一个气液热交换器。在外玻璃和内玻璃之间形成对于固体、尤其是灰尘进行密封的中部空间。外玻璃的传热系数比内玻璃低。该至少一个气液热交换器在窗户模块已安装状态下被水平设置在所述中部空间的底部和/或顶部，从而使得中部空间的空气能够流过它。中部空间中还设置有分隔元件。

背景技术

玻璃立面(Glass facades)是当今高层建筑立面结构的常用变型。玻璃立面提供了很大的建筑自由性，同时也使得房间充满光线。高层建筑的大型玻璃立面在夏季增加了对热量的吸收，特别是当建筑物自由站立时，因此在晴天里截获大量的太阳能。这与空气的机械交换的结果是，与其他类型的建筑物相比，其用于空气调节的能量消耗常常过高。经过一段时间的努力，通过结构和空调措施来改善建筑物的能量平衡。

为了控制太阳辐射，存在具有各种优点和缺点的多种解决方案。第一个变型具有遮阳体(sunstores)，例如，在隔热玻璃外侧的遮阳帘。通过该遮阳体可以防止或至少减少照射到建筑物内部的辐射。缺点是遮阳体很快会变脏，其清洁成本高。此外，其还存在被风或冰雹破坏的危险。在10层以上的高层建筑中，几乎不再使用外部防晒设备。

避免这个问题的第二个变型在隔热玻璃内侧设置了防晒保护。因此，位于有用空间的遮阳体得到了保护。然而，能量上而言，这个解决方案存在缺点。设置在有用空间中的遮阳体被太阳辐射加热，从而起到额外的加热作用。该热量必须由建筑物的空调系统去除。这便需要增大空调系统的尺寸，不仅会导致较高的能耗，而且内部的舒适感也是不利的。

第三种变型改进了第一种变型中所述的原理，其中设置在隔热玻璃的空调一侧上的遮阳体由位于前方(保护性立面)的额外的玻璃立面保护。这样可使遮阳体免受风和冰雹的侵蚀。在两个立面之间形成强烈的自然对流，防止立面过热。这种变型的缺点在于，额外的立面非常昂贵并且需要大量的空间。另外，在保护立面与有用空间玻璃之间的中部空间必须可以安全可靠地行进，以便能够对玻璃窗格进行清洁并对遮阳体进行各种修理。因此，由于额外的玻璃的内外清洗，其维护成本非常高。

在第四种变型中，使用具有集成式遮阳体的预制窗户框。这种变型被称为闭腔立面(CCF)。在这种变型中，遮阳体设置在面向有用空间的隔热玻璃的外侧上，其中通过外部简单的玻璃来保护遮阳体免受风和天气的侵蚀。内部玻璃和外部玻璃之间形成的中部空间相对于周围环境是密封的，因此由于太阳辐射而在中部空间内产生了非常高的温度。温度可高达100℃。如此高温对于遮阳体及其机制是不利的。热量进入建筑物内部会受到有用空间侧的昂贵隔热玻璃的限制，但是无法完全阻止。此外，为了消除中部空间中的冷凝，需要向中部空间供应干燥的压缩空气。

空气交换(空气卫生)和有用空间的任何冷却通过空调系统在上述四个变型中进行。所谓的地热探测场可以用于对有用空间加热-无论立面的结构如何设置。其从地球内部传递热能。这样应该会限制甚至避免消耗昂贵的常规能量载体，例如石油或天然气。

从DE102012017211A1已知一种建筑模块，尤其是可以使用热能形式的太阳能的立面模块。为此提出，在内窗格和外窗格之间的中部空间内设置形式为吸收元件的传热元件，其具有用于吸收热辐射和/或用于温控中部空间的功能性表面。传热介质在其中被引导的所在流体线使得传热元件和传热介质之间实现热接触，以便能够在传热元件和传热介质之间交换热量。此时，当通过窗口在观察方向上观察时，具有热接触的功能性表面和流体线设置成一个在另一个之上的形式。这种设置原则上也可以用作窗户模块，但是，视线通过内窗格和外窗格之间的中部空间内设置的传热元件便会受到限制。由于被加热空气和吸热器之间的传热不理想，所以空气的温度几乎没有降低。因此，建筑模块仅作为对照射在吸收体元件上的辐射的能量吸收器。

DE1255890A公开了一种形式为立面元件的中空板式加热器本体。在此，平面玻璃板形成加热器体腔的前壁和后壁，所述加热器体腔的所有侧面都被封闭，其中空气被固定在腔体的下部中的薄片加热管加热，并且对流空气沿着有用空间玻璃在环路中通过倾斜的挡板或垂直的玻璃窗格(其紧固在加热器本体的中心附近)引导。

发明内容

本本发明的目的是提供一种窗户模块，其不仅能够对建筑物进行加热，而且通常还能够通过有效的方式来进行热调节，即对建筑物进行加热或冷却。提供这种窗户模块，应该仅需要付出极少的技术性劳动。

本发明的另一目的是提供一种方法，其使得通过窗户模块可以对建筑物进行热调节。

本发明的另一目的在于为具有窗户模块的建筑物提供冷却和加热系统，其能够通过简单的方式对建筑物进行热调节。

这些目的可以通过根据权利要求1的特征的窗户模块、根据权利要求11的特征的方法、以及根据权利要求15的特征的用于建筑物的冷却和加热系统来得到实现。有利的实施例可以在从属权利要求中找到。

提出一种用于对建筑物进行热调节的窗户模块来实现这一目的。窗户模块包括外玻璃和内玻璃，其中对于固体尤其是灰尘进行密封的中部空间形成于外玻璃和内玻璃之间，其中外玻璃的传热系数比内玻璃低。为了避免冷凝，中部空间应相对于露天侧严密密封并相对于有用空间扩散开放。特别地，中部空间可以充满空气。窗户模块还包括至少一个气液热交换器，气液热交换器包括冷却/加热元件，液体通过冷却/加热元件以流体线流动，传热介质在流体线中被引导，其中至少一个气液热交换器在窗户模块已安装状态下被水平放置在中部空间的底部和/或顶部，从而来自中部空间的空气能够流过它。窗户模块还包括设置在中部空间内分隔元件。

窗户模块的特征在于，至少一个风扇设置在中部空间内，风扇可以在包括冷却模式和加热模式的窗户模块的几种运行模式下运行。至少在冷却模式下空气由所述至少一个风扇引导通过所述至少一个气液热交换器，从而在所述空气与所述传热介质之间实现热量交换，并且在所述中部空间中引导所述空气在环路中。分隔元件包括可调节的防晒功能件，所述防晒功能件在被启用时大致平行于所述外玻璃和所述内玻璃，其将所述中部空间划分为内中部空间和外中部空间，从而在中部空间内产生上升和下降的气流，其中防晒装置可以在冷却模式下启用并在加热模式下关停。

构成所述窗户模块基础的原理在于将中部空间中的空气与流经气液热换器的传热介质之间的热量交换。根据传热介质的温度，随后可以冷却或加热空气。建筑物内部，即随后所述的被调节的有用空间，可以经由内玻璃通过冷却或加热的空气来进行热调节。

外玻璃是将窗户模块和建筑物内部相对于外部环境进行隔热的高度隔热玻璃。与此相比，内玻璃是一种简单玻璃或安全玻璃，因为在窗户模块的中部空间中温度受到控制，只会释放或吸收少量的热量。由于外玻璃是高度隔热玻璃，所以窗户模块可以实现对建筑物的热调节。根据窗户模块是仅用于冷却还是同时用于加热，外玻璃的传热系数U_a与内玻璃的U_i之间的差异可以是：内玻璃的U_i是外玻璃的传热系数U_a的至少3倍，尤其是5倍或者更大倍数。

具有多个可调节防晒功能件的分隔元件的功能在于其能够将中部空间分成内中部空间和外中部空间，以使得至少在冷却模式下能够在中部空间内形成上升和下降的气流。在冷却模式下，内中部空间和外中部空间之间的分离是必要的，但在加热模式下其是有利的，但并非绝对必要的。

分隔元件启用具有多个启用的防晒功能件(例如其形式为卷帘、遮阳帘或纺织幕帘)的窗户模块的冷却模式。当防晒功能件启用时，中部空间被划分为内中部空间和外中部空间。该划分可以通过防晒功能件本身来实现。防晒功能件还用于调节进入建筑物内部的阳光辐射，由此窗口光的覆盖范围被自动设定或由用户设定，由此有用空间中的日光强度是可调的。当防晒功能件被启用时，作为窗户模块的框架元件布置在中部空间内的防晒功能件的组件被太阳辐射加热，结果热量被释放到尤其是窗户模块的外中部空间内的空气。被加热的空气借助于窗户模块的中部空间内的一个或多个风扇被引导在回路中，其中被加热的空气被引导通过至少一个气液热交换器。经由气液热交换器，热量被释放到气液热交换器的传热介质，冷空气被引导进入内中部空间中。由此，窗户模块的中部空间内由太阳辐射产生的热量被去除。如果内中部空中的空气的温度低于建筑物内部的温度，建筑物内部便可以冷却。冷却模式下始终需要风扇。

一方面，封闭窗户空间过热的问题，如最初提到的闭腔立面(CCF)所发生的问题，完全可以由所述窗户模块来得到解决。由于中部空间仅需要对于固体、尤其是灰尘进行密封，但是相对于有用空间而言是扩散打开的，从而省略了为避免在窗户的中部空间内出现冷凝所需的干燥空气的供应。这大大简化了窗户模块的建设性结构，并且节省了提供小余压干燥空气的相当大的成本。

此外，窗户模块不仅可以用于对中部空间进行冷却，而且在寒冷期间还可以用于通过将中部空间中的空气温度增高到建筑物内部温度以上来对有用空间进行加热。当防晒功能件被启用或关停时，由气液热交换器加热的空气可以基于内玻璃上的自然对流(即，不运行所述至少一个风扇)而上升，并将热量释放到有用空间。可选地，借助于所述至少一个风扇，空气可以特别地被引导从中部空间通过所述至少一个气液热交换器，以便实现空气和传热介质之间的热量交换并且引导中间空间内的空气在环路中。在带有风扇的加热模式下，外中部空间和内中部空间之间的分离是有利的。借助于风扇，相比于对流原理，传递到有用空间的热量可以以更简单的方式来进行调整。

根据有利的实施例，外玻璃与内玻璃之间形成的中部空间大于150mm，以便能够将在中部空间内的足够空气量引导于回路中。

外玻璃和内玻璃通过形成窗户模块框架的多个框架元件而相互连接在一起，其中在窗户模块已安装状态下的气液热交换器水平放置在底部和/或顶部。这种配置可以使得窗户模块在玻璃区域中没有视野障碍。太阳照射的范围可以仅通过分隔元件的防晒功能来指定，这使得窗户光的覆盖范围可以通过调节来调整。

根据另一个有利的实施例，从气液热交换器出来的气流被分隔元件引导到内中部空间中，从而经由外中部空间而返回。既然内窗玻璃具有较高的传热系数，由于窗户模块的内中部空间中的温度可控，所以可以将期望的热量或冷量释放到有用空间中。

根据另一个有利的实施例，分隔元件包括防晒装置，防晒装置由吸收和反射太阳辐射的材料制成，其是可调节的使得能够对有用空间中的日光强度进行设置。例如，防晒装置可以设计成卷帘、双卷帘、遮阳帘、纺织幕帘等。分隔元件可以包括固定的透明分隔壁，例如，其形式为玻璃窗格或薄膜，设置在防晒装置和内玻璃之间，平行于且分隔于内玻璃。当通过窗户模块观察时，分隔元件不会被用户察觉。特别地，分隔元件延伸过窗户模块的整个宽度，从而可以在没有侧向旁路或“短路”的情况下进行所需的气流循环。

正如分隔元件优选地延伸过窗户模块的整个宽度一样，气液热交换器延伸过窗户模块的整个宽度也是有利的。气液热交换器可以包括优选液压式串联肋管。气液热交换器优选位于观察区域之外，在窗户模块的底部和/或顶部的区域中。

根据另一个有利的实施例，在窗户模块的已安装状态下，所述至少一个风扇被设置在中部空间的底部和/或顶部，并且设置于气液热交换器正上游的流动方向中。所述一个或多个风扇可以是一个或多个径向、轴向或斜向风扇或横流风扇。由于这种安装情况，传热可以通过此处产生的湍流得到改善。

根据另一个有利的实施例，在冷却模式或加热模式下，由内中部空间或外中部空间中的至少一个风扇强制的气流是与自然的向上力相反的气流。特别地，当热交换器位于底部时，可以实现冷却，从而可以在没有或者低风扇功率的情况下实现加热模式。另一个有利的实施例中提出，中部空间被设计为相对于所述有用空间是扩散开放的，如前所述。

根据另一个实施例，所述流体线被分配储热装置以接收和储存来自传热介质的热量或将储存的热量释放到传热介质。储热装置可以是储能装置，例如地热探测场，其可选地通过热交换器连接到传热介质。可选地，可以在窗户模块和储热装置之间设置有热泵，其可以用于冷却或加热或可切换的两种运行模式。

地热探测场从地球内部提供热能。根据经验可知，多年能量的提取使得地热探测场变得冷却，从而使用地热探测场的热泵的效率降低且必须在恶劣的运行状态下运行。通过所述窗户模块，可以将热量存储在地热探测场中，即，使其再生。这可以通过使用来自窗户模块的太阳能而得以实现。

该目的进一步通过一种用于通过窗户模块来对建筑物进行热调节的方法来实现，其中窗户模块包括：外玻璃和内玻璃，其中对于固体尤其是灰尘进行密封的中部空间形成于外玻璃和内玻璃之间，其中外玻璃的传热系数比内玻璃低。窗户模块还包括至少一个气液热交换器，气液热交换器包括冷却/加热元件，液体通过冷却/加热元件以流体线流动，传热介质在流体线中被引导，其中至少一个气液热交换器在窗户模块已安装状态下被水平放置在中部空间的底部和/或顶部，从而来自中部空间的空气能够流过它。窗户模块还包括设置在中部空间内的分隔元件，所述分隔元件包括可调节的防晒功能且有利地包括透明分隔壁，并且将中部空间划分为内中部空间和外中部空间。至少一个风扇设置在中部空间内，其可以在包括冷却模式和加热模式的窗户模块的几种运行模式下运行。根据本发明，至少在冷却模式下空气由所述至少一个风扇引导通过所述至少一个气液热交换器，从而在所述空气与传热介质之间实现热量交换，并且在所述中部空间内引导所述空气在环路中。所述防晒功能在冷却模式下被启用从而大致平行于所述外玻璃和所述内玻璃，以便将中部空间内的上升和下降气流进行分离。在加热模式下，防晒功能被关停。

该方法具有与之前关于根据本发明的窗户模块所描述的相同的优点。

在有利的实施方式中，在冷却模式下，通过传热介质从窗户模块的空气中提取热量，该热量经由热交换器用于再生储热装置，特别是储能装置。储热装置的再生尤其被理解为向储热装置供应热能。或者，在加热模式下，通过传热介质从储热装置提取热量，通过热泵使其达到所需温度，并释放到窗户模块中的空气中。

结果，通过这种方式获得了三种运行模式：一方面，借助于热交换器可以直接冷却窗户模块的中部空间，并因此直接冷却建筑物的有用空间。或者，借助于热泵可以直接冷却窗户模块的中部空间，并因此直接冷却建筑物的有用空间。此外，可以利用热泵加热窗户模块的中部空间，从而加热建筑物的有用空间(加热模式)。

该系统可以这样设计，即，仅有单个可切换的热泵用于加热和冷却模式，从而该系统的实施可以经济化。

储热装置可以包括两个空间分离的地热探测场，其中，对冷却和加热的运行模式进行控制，使得空间冷却在没有热泵的情况下可以尽可能长地运行，以及在加热期间，热泵可以以尽可能大的系能系数(COP)来运行。COP是热泵的质量判据，其也被称为能效比。

最后，该目的通过用于建筑物的冷却和加热系统来实现，该建筑物具有至少一个此处所述类型的窗户模块，其传热介质与储热装置相关联，尤其是与储能装置相关联，以来自传热介质的热量或将储存的热量释放到传热介质。优选地，这种用于建筑物的冷却和加热系统具有多个上述或下述类型的窗户模块。在这种情况下，例如，流体系统将窗户模块的流体线热连接到彼此，以便实现热量交换。

特别地，在这种情况下，对于每个立面对齐和建筑物楼层，每个水平相邻设置的窗户模块，可以仅设置一个液压系统。从而，为所有这些窗户模块创建均匀的水力条件。

根据另一个实施例，还为建筑物提供了一种冷却和加热系统，其包括至少一个此处所述类型的窗户模块。此时，至少在夏季冷却运行时，单个或多个风扇的电能大部分从可再生能源中获得。这种可再生能源例如可以是立面集成的光伏模块。有利地，在较高太阳辐射的情况下，多个风扇所需的电力同时由同一立面中的光伏模块产生。太阳辐照的同时性和冷却要求使得这种解决方案特别有效。在冬季加热模式下，多个风扇可以在大大降低功率的情况下运行。因此，在冬季，加热系统可以在外部能量消耗较低的情况下运行。这使得具有根据本发明冷却和加热系统的建筑物能够实现特别经济地运行。

附图说明

下面将参照附图中的示例性实施例对本发明进行相信说明。其中：

图1以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第一实施例的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图2示出了根据本发明的窗户模块的第一实施例的示意图，其中窗户模块在加热模式下运行；

图3以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第一实施例的变型的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图4以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第二实施例的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图5示出了根据本发明的窗户模块的第二实施例的示意图，其中窗户模块在加热模式下运行；

图6以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第二实施例的变型的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图7以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第三实施例的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图8示出了根据本发明的窗户模块的第三实施例的示意图，其中窗户模块在加热模式下运行；

图9以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第四实施例的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图10示出了根据本发明的窗户模块的第四实施例的示意图，其中窗户模块在加热模式下运行；

图11以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块的第五实施例的示意图，其中窗户模块在冷却模式下运行；

图12示出了根据本发明的在冷却模式下用于建筑物的加热和冷却系统的示例性实施例的示意图；

图13示出了根据本发明的在冷却模式下借助于热泵用于建筑物的加热和冷却系统的示例性实施例的示意图；和

图14示出了根据本发明的在加热模式下用于建筑物的加热和冷却系统的示例性实施例的示意图。

具体实施方式

下图1至图11以截面图的形式示出了根据本发明的窗户模块1的多个实施例的示意图。窗户模块1各自被设计为用于对建筑物进行热调节。此处的热调节可以理解为：通过加热或冷却来对位于窗户模块内的有用空间进行调节。

根据图1至11的实施例的相应的窗户模块1包括框架12，框架12由四个框架元件组成，在所示的横截面视图中可以看到每个框架元件的上部框架元件12O和下部框架元件12U。字母“O”和“U”表示处于其已安装状态下的相应框架的“顶部”或“底部”的位置。窗户模块1的外玻璃2和与之间隔开的内玻璃3通过框架元件12O、12U、以及图中未示出的左右框架元件而被保持。在外玻璃2和内玻璃3之间形成对于固体、尤其是灰尘进行密封的中部空间4。中部空间4相对于有用空间扩散开放(diffusion-open)以避免冷凝。中部空间4中充斥着空气。

外玻璃2是高度隔热玻璃，内玻璃3可以配置为单玻璃或复合安全玻璃。外玻璃2的传热系数U_a因此小于内玻璃3的传热系数U_i。外玻璃2的传热系数U_a小于内玻璃3的传热系数U_i的程度根本上取决于建筑物所需的热调节。有利的是，内玻璃3的传热系数U_i至少是外玻璃2的传热系数U_a的3倍，特别是5倍甚至更高倍数。如果窗户模块1仅用于对建筑物进行冷却，那么3倍便已足以，即U_i/U_a＝3。如果窗户模块还用于对有用空间进行加热，那么优选为5倍或更大倍数，即U_i/U_a≥5。

通过高度隔热的外玻璃2大大减少了建筑物外部的周围环境与窗户模块1的内部、以及有用空间(即建筑物内部)之间的热交换。作为窗户模块1对于温度热调节的结果，考虑到窗户模块1所控制的温度，由于热量被再次向内释放(或者需要被再次向内释放)，或者热量从有用空间被释放到窗户模块(或者需要从有用空间被释放到窗户模块)，所以比较不隔热的内玻璃3将是有利的。

在相应的实施例中，中部空间4内设置有具有可调节防晒功能的分隔元件19。在根据图1至8的实施例中，防晒功能由卷帘或纺织幕帘11来提供。在根据图9和10的示例性实施例中，设置双卷帘来作为防晒装置11。图11所示的示例性实施例使用遮阳帘作为防晒装置11。在图1、2、3、9和10所示的实施例中，被启用时的防晒功能即为分离元件19。各种情形下的防晒装置11都是可调节的，方式为可以设定窗口光(windowlight)的覆盖范围。因此，可以对内玻璃3相邻的有用空间中的日光强度进行设定。通过防晒装置11覆盖窗的范围，还指定出防晒装置吸收和反射多少的辐射。

根据图1至11的实施例的各个窗户模块1包括至少一个在下文中详细描述的气液热交换器5，其包括冷却/加热元件，流体以流体线流过冷却/加热元件，在流体线中引导传热介质。例如，水或水-乙二醇混合物可以用作传热介质。所有实施例的共同之处在于，在窗户模块的已安装状态下至少一个气液热交换器5水平地坐落在窗户模块的中部空间4中。如果需要，气液热交换器5可以设置在中部空间的底部或顶部。实施例还提供了：第一气液热交换器5U设置在中部空间的底部，而第二气液热交换器5O设置在中部空间的顶部(图7-图10)。

气液热交换器5、5U、5O特别包括液压串联的肋管7。气液热交换器5或其串联的肋管7在图1至11所示的剖视图中分别垂直地延伸进入纸面平面。特别地，它们延伸过窗户模块1的整个宽度。也可以使用蜂窝式热交换器、板式热交换器等来代替肋管。

一个或多个气液热交换器5、5U、5O在窗户模块1中的布置使得来自中部空间4的空气能够流过它。至少在冷却模式下，在中部空间4中被强制引导的空气经由气液热交换器将热量传递至传热介质或从其处吸收热量，从而在中部空间4内被引导在回路(circuit)中的空气被冷却或加热。在所述一个或多个气液热交换器中的传热介质在外部热交换器中被冷却或加热，随后将结合图12、13和14来对其进行描述。下文中将对此或与此相关的不同运行模式进行详细的描述。

至少一个风扇10设置在中部空间4中，用于对中部空间4中的空气进行强制引导，这至少在冷却模式下是必要的。至少在冷却模式下，通过至少一个风扇10来将空气引导通过所述一个或多个气液热交换器5、5U、5O，以便在空气和所述一个或多个气液热交换器5、5U、5O引导的传热介质之间进行热交换。此外，单个或多个风扇用于在回路中引导中部空间4中的空气。

已经提到的分隔元件19具有可调节的防晒功能件，可调节的防晒功能件在启动时基本上平行于外玻璃2和内玻璃3延伸，分隔元件19将中部空间划分为内中部空间4I和外中部空间4A，以便使得中部空间4中的气流上升和下降-由于强制引导或自然对流。因此，内中部空间4I形成于分隔元件19或防晒装置11与内玻璃3之间。外中部空间4A形成于分隔元件19或防晒装置11与外玻璃2之间。

分隔元件19或防晒装置11特别地延伸过窗户模块1的整个宽度，使得在分隔元件19或防晒装置11上方和下方的中部空间4中引导的空气必须在内中部空间4I和外中部空间4A中循环。

在下文的描述中，将参照各实施例的不同之处。

图1和图2示出了根据本发明的窗户模块的第一实施例，其中风扇10和气液热交换器5设置在窗户模块1内底部处位于中部空间4中。风扇10(此处为径流式风扇)设置在窗户模块1的窗户模块1的底部(即，设置在下部框架元件12U上)。虽然在图1和图2中仅能看到一个风扇10，但是在下部框架元件12U上也可以设置为多个风扇，特别地，垂直进入纸面的平面。气液热交换器5的肋管7从靠近内玻璃3的下部框架元件12U处一个摞一个地向上延伸。此时，肋管7设置在内玻璃3和壁元件8之间，从而在风扇10的出口和位于离风扇最远处的肋管7(即最上面的肋管7)之间形成通道6。由风扇10抽出的空气在被引导在通道6内，并由此被引导通过肋管7，从而在气液热交换器5的传热介质和空气之间可以实现热交换。

在图1所示的冷却模式下，为了在中部空间4内强制地引导空气，风扇通过电能来运行。为此，必要的是，根据本实施例通过被启用的(即，向下移动的)防晒装置11形成的分隔元件19将中部空间4划分成内、外中部空间4I、4A。这将会导致形成附图标记A所表示的气流。相比于图2中的未启用的风扇或风扇功率降低5至20倍而言，被启用的风扇模式以颜色更暗的风扇10来图示。

当防晒功能被启用时，即防晒装置11放下(let down)时，太阳照射在防晒装置11上并加热外中部空间4A内的空气。被加热的空气由风扇10抽出，与自然对流相反，由具有相对较冷的传热介质的气液热交换器5冷却，并以降低的温度沿内玻璃被向上引导。在上部框架构件12O与防晒装置11的卷绕轴33之间的区域内，来自内中部空间4I的冷空气又被引导回到外中部空间4A内，并在那里通过太阳辐照或与较暖空气混合而被加热。通过风扇10的运行，外中部空间4A内的已加热气流再次被向下吸入进入风扇10，并被引导通过通道6回到气液热换器5中，等等。

为了实现内中部空间4I和外中部空间4A之间在窗户模块的下部区域内的完全分离，防晒装置11在其下端部具有配重杆34。配重杆34抵靠在壁元件8的导向表面8F上。应当理解，壁元件8和导向表面8F可以是一体形成的，也可以不是一体形成的。引导表面8F构造为倾斜表面，从而配重杆34在下降期间能够沿着引导表面8F向下滑动，防止空气旁路，并且能够使得防晒装置11不必设定终点位置。

图2示出了第一实施例的加热模式。在加热模式下，外中部空间4A和内中部空间4I之间的分隔不是绝对必要的(但是是可能的)。由于这个原因，防晒装置11可以被关停。这意味着纺织幕帘或卷帘已经卷绕到卷轴33上。风扇10也不是必须在运行(但是是可能的)。

在加热模式下，气液热交换器5的传热介质比中部空间4内的空气具有更高的温度。由于自然对流，冷空气沉至窗户模块1的底部，并经由风扇10穿入通道6中。穿入通道6中的空气到达气液热交换器5的最低处的肋管7处，并由于热交换器处对空气的加热而沿着内玻璃3逐渐向上升高。由于内玻璃3处热气流上升，热量可以通过内玻璃3输送到有用空间中。由于在加热模式下不存在分隔元件19，沿着内玻璃3上升的空气冷却并再次下降到外玻璃2的区域。被冷却的空气再次通过风扇10进入通路6，并再次被气液热交换器5的传热介质加热等。热气流以B1来表示。

应该注意，尽管不存在分隔元件，但是加热有用空间是可能的。如图1所示，如果提供分隔元件，则可以实现改良的加热效率。由于本示例性实施例中的加热发生在对流自然直流中，因此风扇并不需要投入运行。然而，通过降低功率来运行风扇10可以大大地改善加热效率。

图3示出了图1中描述的冷却模式的变型。在该实施例中，在上部框架元件12O的区域中且相邻于内玻璃3处设置有构造为横流式风扇的风扇10。气液热交换器5位于内玻璃3前方的下部框架元件12U上，如图1和图2的变型所示。这里也获得了具有强制逆流的冷却模式，其中如是所述，形式为防晒装置11的分隔元件必须为此启用。由此产生的空流表示为A。

图4和5示出了第二实施例，其中分隔元件19由固定的透明分隔壁15和可启用或可关停的防晒装置11而形成。图4示出了冷却模式，其中如是所述，形式为卷帘或纺织幕帘的防晒装置11被启用，从而紧固杆34抵靠于壁元件8的引导表面8F。由例如玻璃或透明塑料制成且延伸过窗户模块1整个宽度(图中垂直进入附图的平面)的透明分隔壁15，被设置在防晒装置11和内玻璃3之间。此时，分隔元件延伸从壁元件8经由下部框架元件12U直至上壁元件12O下方的上壁元件8O。此时，上壁元件8O的腿部平行上部框架元件12O而延伸，从而气液热交换器5的肋管7设置在两个构件之间形成的内部空间中。这将导致设置于下端的壁元件8与上壁元件8O以及内玻璃3之间的通道6完全封闭。风扇10设置在下部框架元件12U上。例如，风扇配置为径流式风扇。如前述示例性实施例中那样，可以将多个风扇10设置于进入附图的平面。

在冷却模式下，冷却发生于强制直流中，即自然对流的方向上(气流C)。此时，风扇10正在运行，并且从窗口元件1或中部空间4的区域中的外中部空间4A中抽取空气，使得空气初始流过空气热交换器5。由气液热交换器5的传热介质冷却的空气随后被向下吸入到通道6中，即沿着内玻璃3的内中部空间4I内，直到其被风扇10引导回到外中部空间4A中。在那里，通过照射在防晒装置11上的热辐射，空气被再次加热、上升并再次被强制性地引导通过气液热交换器5，被冷却并被吸入到通道6中。从而，相邻于内玻璃3的有用空间可以被冷却。

加热模式发生于强制逆流的中部空间4中，即与自然对流方向相反(气流D)。在图5所示的示例性实施例中，在加热期间也需要运行风扇10。另一方面，防晒装置11可以被关停，即，织物幕帘或卷帘被缠绕在卷绕轴33上。应当理解，在加热模式下，由于风扇10的运行而从外中部空间4A内通过气液热交换器5吸入的空气由相应的温控传热介质而被加热。由于内中部空间4I中的空气比外中部空间4A中的空气温度更高，所以热量可以传递到有用空间。

图6示出了第二实施例的变型，其中冷却发生于强制直流(气流C)中。在该实施例中，气液热交换器5和风扇10都设置在窗户模块1的上部区域中，即设置于上部框架元件12处。如是所述，在冷却模式下，防晒装置11被启用，使得卷帘或纺织幕帘在透明分隔壁15的前方展开。这里，由于风扇10的运行，位于中部空间4中的空气被强制引导，其中沿着内玻璃3的冷气流被向下引导，而外中部空间4A内的暖气流从窗户模块1的下部区域被引导到窗户模块1的上部区域。

图7和8示出了根据本发明的窗户模块1的第三实施例。图7再次示出了冷却模式，而图8示出了加热模式。在该第三实施例中，可逆轴流式风扇就位为靠近上部框架元件12O和下部框架元件12U的风扇10O和10U。此外，热交换器5O和5U各自位于上部框架元件12O附近和下部框架元件12U附近。如在第二实施例中那样，分隔元件19包括固定的透明分隔壁15和可在外玻璃2和分隔壁15之间移动的防晒装置11。

在冷却模式下，风扇10O和10U以这样的方式运行，即在外中部空间4A内被加热的空气从下向上被抽出，并且在上部框架元件12O的区域中流进形成于分隔壁15和内玻璃3之间的通道内。被加热的空气由此通过上部热交换器5O而被冷却。另一方面，下部气液热交换器5U的传热介质不需要进行任何冷却。在冷却期间以C表示的气流是强制直流，即沿着自然对流的方向流动。

在加热模式下，风扇12O和12U的旋转方向被翻转，使得空气从下部框架元件12U的区域中的外中部空间4A被抽出。该空气通过下部热交换器5U中相应的温控传热介质而被加热，并在通道6中沿内玻璃3被向上引导。上部气液热交换器5O可以保持为关停状态。加热发生于强制直流(气流B2)中。

在第三实施例中，中部空间4A中的冷却以及中部空间4I中的加热都发生于强制直流中。如前述示例性实施例中一样，防晒装置11在冷却模式下被启用(参见图7)，而在加热模式下被启用或可以被启用。

在图9和10所示的第四实施例中，分隔元件19被构造成可控制的双卷帘。这同时形成防晒装置11。图9示出了防晒装置11被启用时的降下的双卷帘。此处设置的配重杆34确保双卷帘抵靠于壁元件8或其引导表面8F，从而实现内中部空间4I和外中部空间4A之间的分离。仅示例性地，风扇10设置在下部框架元件12U的区域中。热交换器包括上部框架元件12O区域中的气液热交换器5O和下部框架元件12U区域中的下部气液热交换器5U。大致气密的纺织幕帘被指定为双卷帘，其具有水平交替强和弱的吸网，并且通过配重杆34实现偏转。水平网的高有利地选为50到200毫米，并且其使得日光强度可以通过太阳侧相对于有用空间侧网的重叠而被控制。从而，对防晒装置的启用和日光强度的控制可以由单个电机来实现。

在冷却模式下，空气被下部框架元件12U的区域中的风扇10吸入，通过下部气液热交换器5U被引入通道6中，然后沿内玻璃3在内中部空间4I内被向上引导。在那里，空气可以被进一步引导通过上部气液热交换器5O并被冷却，然后被引导回到外中部空间4A中，在那里，照射在防晒装置11上的空气被再次加热。上部气液热交换器5O也可以在冷却模式下被关停。冷却发生于强制逆流(空气流A)的中部空间4A中，即与自然对流相反。

在图10所示的加热模式下，防晒装置11被关停。风扇10也被关停。空气通过上部、下部热交换器5O和5U而被加热，由此在中部空间4内获得由附图标记A或B表示的气流。此时，通过下部气液热交换器5U而被加热的空气在内玻璃3的内侧向上升起，并由于温度较低而沿着外玻璃2冷却下沉。然后重复这一回路。这将引起直流(气流B1)中的加热。

图11示出了第五实施例，其中分隔元件19由可调且可控的遮阳板形成，作为与作为分隔壁15的透明膜相结合的防晒装置。在该示例性实施例中，形成为横流式风扇的风扇10被设置在下部框架元件12U的区域中的外玻璃2附近。同样，在下部框架元件12U的区域中设置有单个气液热交换器5，其中上下排列的肋管7沿着内玻璃3被再次向上“堆叠”。构造为膜的分隔壁15实现了外中部空间4A和内中部空间4I之间的期望间隔。日光在有用空间中的覆盖范围可以简单地通过遮阳帘11来调节。照射在遮阳帘上的太阳辐射被遮阳帘11吸收和反射，从而外中部空间4A内的空气被加热。由于风扇10的运行，窗户模块1底部的热空气被吸入通道6中，被在气液热交换器5中循环的传热介质冷却，从而被冷却的空气沿通道6内的内玻璃3被向上引导(气流A)。在卷绕轴33和上部框架元件12O之间，逐渐升温的空气被引导回到外中部空间4A内。日光强度通过倾斜遮阳板元件来控制，并且例如可以通过下部遮阳板支撑区域中的装置来实现。

图12示出了根据本发明的根据第一运行变型的用于建筑物的冷却和加热系统的示意图。图12所示的建筑物的冷却和加热系统借助于上述窗户模块1用于在夏季对建筑物进行冷却。在该运行变型中，例如示意性地示出了三个相邻布置的窗户模块1。仅示例性地，窗户模块基于结合图1、2、3和11所述的窗户模块的原理，其中气液热交换器5设置在窗户模块1的下部框架元件12U的区域中。仅示出气液热交换器5的相应流体线。

多个窗户元件1是例如在立面一层上相邻设置的窗户元件。多个气液热交换器连接到公共供应线40和公共返回线41。供应线40和返回线41可以设置有基本上任意数量的供应支线42和返回支线43，从而可以向其他窗户模块，例如在立面其它层上的窗户模块提供传热介质。

传热介质由泵53输送到供应线40中，并从那里进入每个窗户模块1的气液热交换器5中。夏季用于冷却的摄入温度例如是16℃。在经过相应的气液热交换器之后，传热介质以升高的温度(例如18℃)经由返回线和返回歧管41进一步被传输。次级回路(secondarycircuit)连接到热交换器51，其中热交换器51在初始侧(primary side)连接到储热装置50，例如位于地下的(形式为一个或多个地热探测场(geothermal probe fields)的)储能装置。另一个泵54设置在初始回路(primary circuit)中，该初始回路传输来自储热装置50的流体(例如流动温度为14℃)，流体在热交换器51中被加热到例如16℃。该热量被引入储热装置50中以永久地加热。这里出现的冷却热通量以附图标记E来表示。

因此，太阳能热量超额量可以被储存在储能装置50中并用于补偿每年的冬季降量。水或水-乙二醇混合物可以用作在初始回路和次级回路中连接到窗户模块1的热载体。形式为地热探测场的蓄热装置50的典型流动温度在8℃和18℃之间。

图13示出了根据本发明的用于建筑物的冷却和加热系统的第二运行变型。这与图12所示的变型相比，除了热交换器51之外，还设有热泵52。热泵52设置在已描述的热交换器51和另一个热交换器56之间，其中所述另一个热交换器56连接到蓄热装置50。通过另外提供的热泵52，尽管初级回路中具有较高的流动温度(例如18℃)，但是仍然可以将窗户模块1处的摄入温度保持为低温(例如15℃)。这里，即使在储热装置的流量(flow)对于建筑物的被动冷却已经过高时，储热装置50仍然存储由窗户模块1“产生”的太阳余热。热通量由箭头E表示。

这两种变型都可以在窗户模块的中部空间产生比建筑物内部更低的温度。因此，建筑物内部可以被冷却。

图14示出了根据本发明的用于建筑物的冷却和加热系统的第三运行变型，其使用图13的技术部件仅作为示例。这里，热量由形式为地热探测场的储热装置50来供应(例如初始回路中的14℃)，从而这在冬季缓慢冷却。由于热泵52，在次级回路的流动中实现了比初始回路中的温度高得多的温度，例如26℃。传热介质通过以在此描述的方式被传输到多个窗户模块的气液热交换器中，从而使得气液热交换器中的热量被传递至相应窗户模块1的中部空间中的空气。因此，在窗户模块1的中部空间4中可以产生比建筑物内部(有用空间)更高的温度。其结果是，有用空间通过隔热“不良”的内玻璃由输入热量进行加热。在传热介质已通过气液热交换器后，次级回路中的返回温度为例如25℃。热通量以箭头F表示。

通过上述过程，玻璃立面可以大大节省能源。窗户模块的设计确保了即使在夏季，在内部，即在中部空间4中，也可以通过主动冷却的方式而避免发生过热现象。

建筑物内部的主动冷却通过来自储能装置(例如地热探测场、地下水、海水、冰或盐存储装置)的较冷液体存储介质来完成。由于冷却运行，可以在夏季实现储能装置(例如地热探测场)的再生(regeneration)。此时，特别是在夏季，例如集成在建筑物的立面上的光伏可以用于风扇的运行。在对一个或多个地热探测场(或其他储能设备)或所设置的任何冷却机器进行管理时，应该注意，储能装置在数年内不会退化(冷却)或无意地升温。

在冬季，通过能源、热泵和所述窗户模块可以实现整体式空间加热。因此，可以省去额外的冷却天花板、地板供暖系统和过度的空调系统。

通过控制或调节防晒装置和/或通道中的空气流量和/或温度，并且通过传热介质的通流在很小的范围内对外部温度以及太阳辐射进行动态适应是可能的。

在不使用干燥空气的情况下，确保了避免在窗户模块的中部空间内产生凝露。

此外，可以以较低的成本或至少最大限度地以与已知的立面系统相同的成本来提供窗户模块。

与传统的加热系统(例如地板加热)相比，加热模式的效率更高，这是因为对于相同加热能力而言流动温度明显更低，并且储能装置的温度更高(因为热泵的COP借由较小的温度冲程(流动和存储装置温度的差异)而得以增加)。

在能量消耗方面，相比于冷却天花板或空调系统，由于窗户模块中的热交换器的传热系数高得多，所以冷却模式也是显著地更有效率。

附图标记

1-窗户模块

2-外玻璃

3-内玻璃

4-中部空间

4I-内中部空间

4A-外中部空间

5-气液热交换器

5U-下部气液热交换器

5O-上部气液热交换器

6-通道

7-肋管

8-壁元件

8F-引导表面

8O-上部壁元件

10-风扇

11-防晒装置

12-框架

12O-上部框架元件

12U-下部框架元件

15-分隔壁

19-分隔元件

33-卷轴

34-配重杆

40-供应线

41-返回线

42-进一步至窗户模块的供应支线

43-进一步至窗户模块的返回支线

50-储热装置

51-热交换器

52-热泵

53-泵

54-泵

(55-歧管)

56-热交换器

A-在中部空间4A内相反于自然对流、在中部空间4I内直流的强制气流

B1-在自然对流方向上的气流

B2-在自然对流方向上的强制气流

C-在中部空间4A内直流、在中部空间4I内相反于自然对流的强制气流

D-在中部空间4I内相反于自然对流的强制气流

E-热通量冷却

F-热通量加热器

Claims (15)

1.一种用于对建筑物进行热调节的窗户模块(1)，包括：

-外玻璃(2)和内玻璃(3)，其中对于固体尤其是灰尘进行密封的中部空间(4)形成于外玻璃(2)和内玻璃(3)之间，其中外玻璃(2)的传热系数(U_a)比内玻璃(3)低；

-至少一个气液热交换器(5)，气液热交换器(5)包括冷却/加热元件，液体通过冷却/加热元件以流体线流动，传热介质在该流体线中被引导，其中至少一个气液热交换器(5)在窗户模块(1)已安装状态下设置在其底部和/或顶部，水平坐落在中部空间(4)中，从而来自中部空间(4)的空气能够流过它；

-设置在中部空间(4)内的分隔元件(19)；

其特征在于：

-至少一个风扇(10)设置在中部空间(4)内，风扇(10)能够在包括冷却模式和加热模式的窗户模块(1)的多种运行模式下运行，其中至少在冷却模式下空气由所述至少一个风扇(10)引导通过所述至少一个气液热交换器(5)，从而在所述空气与所述传热介质之间实现热量交换，并且将在所述中部空间(4)中的空气引导于回路中；以及

-所述分隔元件(19)包括可调节的防晒功能件，所述防晒功能件在被启用时大致平行于所述外玻璃(2)和所述内玻璃(3)移动，并将所述中部空间(4)划分为内中部空间(4I)和外中部空间(4A)，从而在中部空间(4)内产生上升和下降的气流，其中防晒功能件能够在冷却模式下启用并能够在加热模式下关停。

2.根据权利要求1所述的窗户模块，其特征在于，内玻璃(3)的传热系数(U_i)至少是外玻璃(2)的传热系数(U_a)的3倍，尤其是5倍或者更大倍数。

3.根据权利要求1或2所述的窗户模块，其特征在于，所述外玻璃(2)与所述内玻璃(3)之间形成的中部空间(4)大于150mm。

4.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，从气液热交换器(5)出来的气流被分隔元件(19)引导到内中部空间(4I)中，从而经由外中部空间(4A)而返回。

5.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，所述分隔元件(19)包括防晒装置(11)，防晒装置(11)由吸收且反射太阳辐射的材料制成，其是可调节的，从而能够实现对有用空间中的日光强度进行设定。

6.根据权利要求5所述的窗户模块，其特征在于，所述分隔元件(19)包括固定的透明分隔壁(15)，所述透明分隔壁设置在防晒装置(11)与内玻璃(3)之间，其平行于所述内玻璃(3)且与所述内玻璃(3)相隔一段距离。

7.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，在窗户模块(1)的已安装状态下，所述至少一个风扇(10)被设置在所述中部空间(4)的底部和/或顶部，并且在流动方向上设置于气液热交换器(5)正上游。

8.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，在所述冷却模式或所述加热模式下，由所述至少一个风扇(10)在内中部空间或外中部空间(4)中产生的强制气流，与自然的向上力相反。

9.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，所述中部空间(4)被设计成相对于被调节的有用空间是扩散开放的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的窗户模块，其特征在于，所述流体线被分配储热装置(50)以接收和储存来自传热介质的热量或将储存的热量释放到传热介质。

11.一种通过窗户模块对建筑物进行热调节的方法，其中所述窗户模块包括：

-外玻璃(2)和内玻璃(3)，其中对于固体尤其是灰尘进行密封的中部空间(4)形成于外玻璃(2)和内玻璃(3)之间，其中外玻璃(2)的传热系数(U_a)比内玻璃(3)低；

-至少一个气液热交换器(5)，气液热交换器(5)包括冷却/加热元件，液体通过冷却/加热元件以流体线流动，传热介质在流体线中被引导，其中所述至少一个气液热交换器(5)在窗户模块(1)已安装状态下被水平放置在中部空间(4)的底部和/或顶部，从而来自中部空间(4)的空气能够流过它；

-设置在中部空间(4)内的分隔元件(19)，所述分隔元件(19)包括可调节的防晒功能件，且将所述中部空间(4)划分为内中部空间(4I)和外中部空间(4A)，

以及

-至少一个风扇(10)，所述风扇(10)设置在中部空间(4)内，所述风扇(10)能够在包括冷却模式和加热模式的窗户模块(1)的多种运行模式下运行；

其特征在于：

-至少在冷却模式下空气由所述至少一个风扇(10)引导通过所述至少一个气液热交换器(5)，从而在所述空气与传热介质之间实现热量交换，并且将在所述中部空间(4)中的空气引导于回路中；

-所述防晒功能件在冷却模式下被启用从而大致平行于所述外玻璃(2)和所述内玻璃(3)移动，以便将中部空间(4)中的上升和下降气流进行分离；

以及

-在加热模式下，防晒功能件被关停。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在冷却模式中，通过传热介质从来自窗户模块的空气中提取热量，所述热量经由热交换器(51)被用于再生储热装置(50)，尤其是储能装置。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在加热模式下，经由所述传热介质从储热装置(50)中提取热量，热量通过热泵(52)达到所需温度并释放至窗户模块(1)中的空气。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述储热装置(50)包括两个空间分离的地热探测场，其中，对冷却和加热的运行模式进行控制，使得空间冷却在没有热泵的情况下能够尽可能长久地运行，以及在加热期间，热泵(52)能够以尽可能大的系能系数来运行。

15.一种用于建筑物的冷却和加热系统，其具有至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的窗户模块，所述窗户模块的传热介质与储热装置(50)相关联，尤其是与储能装置相关联，从而接收和储存来自传热介质的热量或将储存的热量释放到传热介质。