DE102004025996A1

DE102004025996A1 - Transparenter Hohlbaustein mit Latentwärmespeicher

Info

Publication number: DE102004025996A1
Application number: DE102004025996A
Authority: DE
Inventors: Henning Dr.-Ing. Franek
Original assignee: Saint Gobain Oberland AG
Current assignee: Verallia Deutschland AG
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2005-10-06
Also published as: DE202005008406U1

Abstract

In einem transparenten Hohlbaustein (2; 2'), insbesondere Glasbaustein, mit einem in seinem Hohlraum angeordneten Latentwärmespeicher aus einem Phasenwechselmaterial ("PCM") ist erfindungsgemäß das PCM (6) in einem in den Hohlraum des Hohlbausteins (2; 2') eingesetzten, Licht durchlassenden Behälter (5) angeordnet. Der Behälter hat vorzugsweise mindestens eine elastische Wand, so dass ihn das PCM (6) im festen Zustand im Wesentlichen vollständig ausfüllen und die Elastizität des Behälters (5) die Ausdehnung des PCM beim Verflüssigen aufnehmen kann. Ferner ist der Behälter (5) mit mindestens einer Innenwand (2.i) des Hohlbausteins (2; 2') verbunden, insbesondere verklebt. Diese Hohlbausteine sind zum Einbau in Wand-, Boden- und Deckenkonstruktionen (1') geeignet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf transparente Hohlbausteine mit Latentwärmespeicher mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Bekannt ist aus CH 688 164 A5 eine einschlägige Raumkonstruktion mit Latentwärme-Speicher. Demnach werden Hohlräume in flächigen Bauelementen von Wänden mit einem Latentwärmespeicher-Material wenigstens teilweise gefüllt. Es werden sowohl großflächige (Fenster-) Elemente als auch transparente Hohlbausteine (Glasbausteine) als Wärme-Speicherelemente modifiziert.

Die betreffenden Materialien, die auch kurz mit „PCM" für „phase change material" bezeichnet werden -diese Abkürzung wird im folgenden Text ebenfalls verwendet-, sind imstande, Wärme aufzunehmen und zu speichern. Ihr Aggregatzustand geht reversibel von fest zu flüssig über, sobald die Temperatur ihren Schmelzpunkt erreicht. Dieser liegt in der Nähe oder etwas oberhalb von üblichen Raumtemperaturen. Als konkretes Beispiel seien 27 °C genannt. Hierbei nehmen sie Wärme aus der Umgebung auf. Bei Absinken der Umgebungstemperatur wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben, und das Material durchläuft den umgekehrten Phasenwechsel von flüssig zu fest. Als chemische Stoffe gibt das vorgenannte Dokument Salzhydrate an, insbesondere Kalziumchlorid-Hexahydrat. Man kann auch Paraffine verwenden. Es handelt sich somit nicht um eine Wärme reflektierende, sondern um eine Wärme absorbierende Dämmung.

Beim Phasenwechsel der PCM von fest nach flüssig wächst allerdings ihr Volumen um etwa 10 %, und es schrumpft beim Verfestigen wieder auf den ursprünglichen Umfang. Man füllt die PCM deshalb üblicherweise im flüssigen (erwärmtem) Zustand ein, um jegliches Überfüllen und damit etwa einhergehende Überlastung der Wände des Hohlkörpers durch Druckanstieg zu vermeiden. Das bedeutet, dass die betreffenden Hohlräume nicht vollständig ausgefüllt sind, wenn das PCM in der festen Phase (kalt) ist. Die Salzhydrat-PCM können deaktiviert werden, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen.

Werden Hohlbausteine nach dem Befüllen ihres Hohlraums mit flüssigem PCM vertikal aufgeschichtet, wie es zumeist üblich ist, so erkennt man im festen Zustand der PCM deren oberen Spiegel als Trennlinie zwischen zwei unterschiedlich transparenten Feldern, da die PCM, selbst wenn sie auch im festen Zustand nicht opak sind, doch eine geringere Lichttransmission haben als der Hohlbaustein selbst. Deshalb werden Hohlbausteine mit PCM-Füllung bislang nicht vom Markt angenommen.

Es gibt bereits in flexible Taschen oder Kassetten abgefüllte PCM, welche zur passiven Raumklimatisierung verwendbar sind. Die Fa. Dörken GmbH & Co. KG, Herdecke, stellte diese auf der Messe Dach + Wand 2004 in München vor. Die PCM werden unter anderem in Kettenbeuteln aus nicht transparenter Aluminium-Verbundfolie abgefüllt, die schnell und wirtschaftlich u. a. auf Metallpaneelen für abgehängte Decken verlegt werden können.

Eine Dokumentation hierzu ist im Internet auf der Website http://www.doerken.de/bvf/de/produkte/pcm/produkte/cool25.php (Stand Mai 2004) verfügbar. Die Aluminium-Verbundfolie ist dicht gegen Wasserdampf-Diffusion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Hohlbausteine mit einer verbesserten Lösung des Einbringens einer PCM-Füllung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 16 bezieht sich auf ein Wandelement mit solchen Hohlbausteinen. Die Merkmale der den unabhängigen Ansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.

Indem man die transparenten Hohlbausteine (seien es nun Glasbausteine im üblichen Sinne, seien es transparente Hohlbausteine aus Kunststoffen) mit Latentwärmespeichern in Form von ebenfalls transparenten Behältern versieht, die ihrerseits mit transparenten PCM befüllt und mit einer inneren Flächenseite des Hohlbausteins dauerhaft verbunden sind, werden die vorstehend erwähnten Probleme mit ungleichmäßiger Lichttransmission vermieden. Die Behälter werden so ausgeführt, dass sie die Volumenänderungen des eingefüllten PCM sicher aufnehmen (dann können sie auch vollständig mit PCM befüllt, ggf. erst nach dessen Abkühlen/Erstarren verschlossen werden), aber zugleich ganz bevorzugt so angeordnet, dass stets im Wesentlichen die gesamte Sichtfläche des jeweiligen Hohlbausteins mit dem PCM bedeckt bleibt. Geringfügige Änderungen der Schichtdicke des PCM aufgrund von Fließvorgängen sind dabei vernachlässigbar und werden vom Auge nicht ohne weiteres wahrgenommen. Man kann ferner die Nachgiebigkeit der Behälter so straff auslegen, dass das eingefüllte PCM im Wesentlichen immer dieselbe Körper-Form beibehält.

Die Behälter müssen luftdicht verschlossen sein; ferner muss das Material so ausgewählt werden, dass kein Wasserdampf hindurch diffundieren kann. Für einen möglichst guten Wärmeübergang ist es außerdem von Vorteil, den Behälter an einer inneren Haupt- oder Sichtfläche des Hohlbausteins flächig zu befestigen, insbesondere durch Kleben, wenn dies auch nicht zwingend erforderlich ist. Es liegt auch im Rahmen dieser Erfindung, den Behälter an den seitlichen Stegen des (zwei- oder einschaligen) Hohlbausteins festzulegen. Man kann ferner jedenfalls zweischalige Hohlbausteine auch mit zwei Behältern, einer für jede Haupt- oder Sichtfläche, ausstatten, wenn damit die Anforderung an die Lichttransmission noch erfüllt werden kann (insbesondere dann z. B., wenn der Glasbaustein ohnehin gefärbt werden soll).

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
1 eine Ansicht einer aus Hohlbausteinen erstellten Wand mit Montageprofilen,
2 eine Schnittansicht durch einen zweischaligen Hohlbaustein, in welchen ein mit einem PCM befüllter Behälter eingebaut ist;
3 eine Schnittansicht durch einen einschaligen Hohlbaustein mit in Einbaulage nach unten weisender Öffnung, an dessen innerer Hauptfläche ein mit einem PCM befüllter Behälter befestigt ist.
Gemäß 1 ist ein Wandelement 1 aus einer Anzahl von quaderförmigen Hohlbausteinen 2 (aus Glas oder Kunststoff) aufgebaut, die vertikal übereinander geschichtet sind. Sie sind in der üblichen Bauart aus zwei dicht miteinander verbundenen Halbschalen ausgeführt. Sie können aber auch mit zusätzlichen Maßnahmen zur Wärmedämmung und/oder -reflexion entsprechend dem Dokument DE 297 21 210 U1 ausgestattet sein. Zwischen den waagerechten Reihen von Glasbausteinen 2 erkennt man horizontal liegende Montageprofile 3, die sich einstückig über mehrere Glasbausteine 2 hinweg erstrecken. In die senkrechten Lücken zwischen den Glasbausteinen 2 sind kurze Montageprofile 4 eingesetzt.
Die Montageprofile 3 und 4 werden mit den Glasbausteinen 2 direkt verklebt (nicht dargestellt), unter Verwendung von Klebern, die für die Verbindung von Glas und Kunststoff geeignet sind. Die Profile können Sichtkanten in den äußeren Fugen zwischen den Glasbausteinen 2 bilden. Bei Bedarf werden die Fugen mit Mörtel, Silikon oder dgl. in der üblichen Weise verfüllt.
In 2 ist ein teilweise aufgeschnittener zweischaliger Hohlbaustein 2 vertikal aufgestellt. Man erkennt seine beiden Halbschalen mit Hauptseiten oder Sichtflächen 2.1 und 2.2, die über Seitenstege 2.3 miteinander verbunden sind. Die Oberkanten der Seitenste ge werden nach dem Herstellen der beiden Halbschalen dicht miteinander verbunden. Zuvor wurde jedoch erfindungsgemäß in den Innenraum des Hohlbausteins 2 ein Behälter 5 eingesetzt, der mit einem PCM 6 vollständig befüllt ist.
Der Behälter 5 ist an der Innenwand 2.i der Hauptseite oder Sichtfläche 2.2 flächig befestigt, um einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen der Wand und seinem Inhalt zu gewährleisten. Für diese Befestigung sind vorzugsweise Klebstoffe oder hoch transparente Gießharze (bekannt aus Solarzellen-Anwendungen) verwendbar.
Dieser Behälter 5 hat vorzugsweise mindestens eine elastische Wand, um die Volumenänderungen des eingefüllten PCM 6 bei dessen Phasenwechseln aufzunehmen. Vereinfachend ist diese Wand hier nicht gesondert dargestellt. Man kann den Behälter z. B. als einen Kasten aus transparentem Material ausführen, und nur eine Seite als elastische Membran oder Folie. Wahlweise kann auch nur die mit der Innenwand des Hohlbausteins zu verklebende Bodenfläche des Behälters steif und eben sein und die weiteren Wände als Membranen oder Folien ausgeführt werden. Schließlich kann natürlich auch der gesamte Behälter als Beutel aus nachgiebigen Folien hergestellt werden, wenn auch damit eine langfristig haltbare Verbindung zu der Innenfläche des Hohlbausteins sichergestellt ist.
Soll der gesamte Hohlbaustein ein hohe Lichttransmission haben, so sind die Wände des Behälters 5 sowie auch die Kleberschicht möglichst hoch transparent auszuführen. Für den Behälter kommen z. B. Polycarbonate oder PET (Polyethylen-Terephthalat) in Betracht, sofern eine hinreichende Dichtheit gegen Wasserdampf-Diffusion erreichbar ist. Natürlich können die Behälter auch aus lichtdurchlässigen Verbundmaterialien gefertigt werden. Auch das PCM selbst ist dann möglichst lichtdurchlässig auszuwählen.
Es ist ferner auch möglich, den Hohlbaustein selbst bzw. dessen Sichtflächen einzufärben, und/oder die Wände des Behälters 5 und/oder das PCM 6 selbst, wenn man die Hohlbausteine mit Farbeffekten ausstatten will.
Es ist auch denkbar, ein PCM auszuwählen, das im flüssigen Zustand Licht durchlässt, während es im festen Zustand opak ist, somit eine je nach Aggregatzustand veränderliche Lichttransmission aufweist. So ließe sich der thermische Zustand des Latentwärmespeichers auch optisch wahrnehmen.
Vorzugsweise ist sicherzustellen, dass auch in der hier gezeigten vertikalen Einbaulage des Hohlbausteins 2 stets dessen Innenfläche 2.i wenigstens im Wesentlichen von einer Schicht des PCM bedeckt bleibt, dass dieses also nicht unter Schwerkrafteinfluss nach unten wegfließen kann und dadurch den vorerwähnten Nachteil einer „Lichtkante" in den Hohlbaustein einbringt. Es sei angemerkt, dass in den Rahmen dieser Erfindung jedoch grundsätzlich auch solche Hohlbausteine fallen, bei denen der transparente Behälter zulässt, dass das PCM die Sichtfläche nur teilweise bedeckt.
Abweichend von der Darstellung kann ein Hohlbaustein auch außer dem Behälter eine in an sich bekannter Weise seinen Innenwand unterteilende Zwischenwand aufweisen.
Eine so aufgebaute Glasbaustein-Wand 1 weist im Vergleich mit konventionellen Glasbaustein-Wänden eine erheblich verbesserte Trägheit gegen Wärmedurchtritt auf.
3 bringt schließlich als Variante einen Schnitt durch einen einschalig ausgeführten Hohlbaustein 2', der für den Einbau mit der Öffnung nach unten in horizontale Boden- oder Deckenkonstruktionen (wie mit 1' angedeutet) vorgesehen ist. In Einbaulage liegt seine (begehbare) glatte Hauptfläche oben. Solche Boden- und Deckenkonstruktion werden als bekannt vorausgesetzt und hier nicht näher erörtert.
Während an ein freies Befüllen solcher einschaligen Hohlbausteine 2' mit PCM naturgemäß bislang nicht gedacht wurde, kann erfindungsgemäß ein mit PCM gefüllter, nachgiebiger transparenter Behälter auch solche Hohlbausteine um eine Latentwärmespeicher-Funktion aufwerten. Man erkennt, dass dieser Behälter 5 wiederum an der Innenfläche der Hauptseite oder Sichtfläche 22 befestigt ist. Seine Elastizität oder Nachgiebigkeit gegen Volumenänderungen des eingefüllten PCM 6 kann durch elastische oder nachgiebige Ausführung mindestens der zur offenen Seite des Hohlbausteins 2' weisenden Seite des Behälters 5 erreicht werden, die hier leicht gekrümmt dargestellt ist.

Claims

Transparenter Hohlbaustein, insbesondere Glasbaustein, mit einem in seinem Hohlraum angeordneten Latentwärmespeicher aus einem Phasenwechselmaterial („PCM"), dadurch gekennzeichnet, dass das PCM (6) in einem in den Hohlraum des Hohlbausteins (2; 2') eingesetzten Licht durchlassenden Behälter (5) und dass der Behälter (5) mit mindestens einer Innenwand (2.i) des Hohlbausteins (2; 2') verbunden, insbesondere verklebt ist.
Hohlbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) mindestens eine elastische Wand hat und mit dem PCM (6) im festen Zustand im Wesentlichen vollständig ausgefüllt ist, wobei die Elastizität des Behälters (5) die Ausdehnung des PCM beim Verflüssigen aufnimmt.
Hohlbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Behälter (5) teilsteif mit mindestens einer steifen Wand und mindestens einer membran- oder folienartigen Abschlusswand ausgeführt ist.
Hohlbaustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Behälter (5) als insgesamt elastische Tasche ausgeführt ist.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) aus einem gegen Wasserdampfdiffusion dichten Material gefertigt ist.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) aus einem transparenten mehrlagigen Verbundmaterial gefertigt ist.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wand des Behälters (5) mit einer Innen-Sichtfläche (2.i) des Hohlbausteins (2; 2') flächig verklebt ist.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) eine transparente Sichtfläche des Hohlbausteins (2; 2) im Wesentlichen vollständig überdeckt.
Hohlbaustein (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche in zweischaliger Ausführung, wobei mindestens ein transparenter Behälter (5) an einer der inneren Hauptflächen (2.i) einer der Schalen befestigt ist.
Hohlbaustein nach Anspruch 9 mit zwei jeweils an einer seiner inneren Hauptflächen befestigten Behältern.
Hohlbaustein (2') nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer einzelnen Schale, die einen einseitig offenen Hohlraum bildet.
Hohlbaustein nach Anspruch 11 für den Einbau in horizontalen Boden- und/oder Deckenkonstruktionen (1').
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine transparenten Wände und/oder die Wände des Behälters und/oder das eingefüllte Phasenwechselmaterial eingefärbt sind.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein PCM (6) eingefüllt ist, das im flüssigen Zustand einen anderen Lichttransmissionsgrad als im festen Zustand hat.
Hohlbaustein nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er außer dem Behälter mindestens eine seinen Innenraum unterteilende Zwischenwand umfasst.
Aus Hohlbausteinen (2; 2) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufgebautes oder solche enthaltendes Wandelement (1), Boden- oder Deckenelement (1').