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Die
Erfindung betrifft ein tragendes Fertigbauelement für Bauwerke.
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Solche
Fertigbauelemente sind in den verschiedensten Ausführungsformen
bekannt und werden sowohl als Wandelemente als auch als Dachelemente
realisiert. Sie kommen sowohl in Wohnungsbau, bei gewerblichen genutzten
Gebäuden
sowie bei Nebengebäuden
zur Anwendung.
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Wesentlicher
Gesichtspunkt der Fertigbauweise ist dabei, dass das Gebäude nicht
insgesamt aus Rohmaterialien auf der Baustelle errichtet wird, sondern
dass das Gebäude
auf der Baustelle aus einer begrenzten Zahl vorfabrizierter Fertigbauelemente
in kurzer Zeit zusammengesetzt wird. Die Fertigbauelemente werden
fabrikmäßig vorfabriziert,
wobei die Vorfabrikation beim Hersteller verschiedenste Vorteile
mit sich bringt. Durch industrielle Methoden können solche Fertigbauelemente
im Vergleich zur konventionellen Bauweise sehr viel rationeller
und damit kostengünstiger
hergestellt werden, durch Standardisierung sowie die Möglichkeit,
eine wirkungsvolle Qualitätskontrolle
durchzuführen,
kann eine sehr viel gleichbleibendere Qualität der Ausführung sichergestellt werden.
Schließlich
ermöglicht
die Vorfabrikation die Erstellung der Fertigbauelemente witterungsgeschützt in Hallen,
so dass Schäden während der
Bauphase, wie beispielsweise das Vollsaugen von Isoliermaterial
mit Regenwasser, weitestgehend vermieden werden.
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Typische
Fertigbauelemente umfassen dabei eine Rahmenkonstruktion, meist
aus Holzwerkstoffen, deren Zwischenräume mit entsprechendem Isoliermaterial
ausgekleidet werden, und die beidseits entsprechend der Funktion
als Innen- oder Außenseite
mit entsprechenden Materialien oder Materialverbänden beplankt werden. Zugleich
können
gewünschte
Einbauten, wie Fenster, elektrische oder Sanitärinstallationen vorgesehen
werden.
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Es
ist bekannt, Fertigbauteile lediglich selbsttragend auszubilden,
d. h. dass die Fertigbauelemente keine äußere Stützung zu ihrem Zusammenhalt
benötigen,
und diese an einer separaten tragenden Gebäudekonstruktion anzubringen,
bei spielsweise einem Stahlskelett. Es ist jedoch besonders wirtschaftlich,
die Fertigbauelemente selbst als tragende Bauteile auszuführen, so
dass eine gesonderte statisch tragende Konstruktion auf der Baustelle nicht
separat errichtet werden muss.
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Weiterhin
ist bekannt, bei Gebäuden
Sonnenkollektoren vorzusehen. Die typischerweise als Sonnenkollektoren
bezeichneten Elemente sind üblicherweise
selbsttragend ausgeführt. Üblicherweise umfassen
sie dazu einen Aluminiumrahmen, der außenseitig eine Glasscheibe
aufnimmt und darunter meist ein Absorberelement zur Erwärmung von
Wasser in einem Wasserkreislauf, über den typischerweise Brauchwasser
erwärmt
wird. Die Solarkollektoren sind allseitig wetterfest dicht verschlossen
und weisen Anschlüsse
für das
Heizmedium auf. Je nach Anwendungszweck der Solarkollektoren werden
diese mit unterschiedlichen Befestigungswinkeln versehen. Solche
Befestigungswinkel können
beispielsweise so gestaltet sein, dass diese unter Dachpfannen eines Hausdachs
geschoben und dort mit den Dachsparren verschraubt werden können. Die
Solarkollektoren befinden sich dann mit einem gewissen Abstand oberhalb
der Dacheindeckung. Seltener wird anstelle eines thermischen Absorbererelementes
ein Photovoltaikelement verwendet, so dass aus dem Sonnenlicht unmittelbar
elektrischer Strom erzeugt wird. Die bekannten Sonnenkollektoren
können
auch an Haltegestellen befestigt werden, mit denen beispielsweise Sonnenkollektoren
auf Flachdächern
oder im Garten aufgestellt werden können. Selbstverständlich müssen solche
Sonnenkollektoren stabil, aus korrosionsbeständigen Materialien ausgeführt und
sorgfältig verarbeitet
sein, damit sie den Witterungsbedingungen über viele Jahre hinweg standhalten
können. Auch
müssen
die Sonnenkollektoren selbst sowie die Befestigungseinrichtungen
ausreichend stabil ausgeführt
sein, um beispielsweise den mechanischen Belastungen hoher Windgeschwindigkeiten
bei einem Orkan standhalten zu können.
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Die
Anforderungen an einen Sonnenkollektor, insbesondere im Hinblick
auf Witterungsbeständigkeit
und Dauerhaltbarkeit, führen
dazu, dass solche Solarkollektoren verhältnismäßig teuer sind und auch über größere Stückzahlen
nicht mehr wesentlich preiswerter angeboten werden können. Durch die
mit einer Installation von solchen Solarkollektoren verbundenen
Investitionskosten sind daher die Einsatzmöglichkeiten solcher Solarkollektoren
begrenzt und die verhältnismäßig langen
Amortisationszeiten solcher Anlagen sind für viele Bauherren oder Investoren
wirtschaftlich uninteressant. Hinzu kommt, dass das sich aus den
mechanischen Anforderungen ergebende Gewicht solcher Solarkollektoren,
insbesondere bei älteren
Gebäuden,
eine Verstärkung
des Dachstuhls erforderlich machen würde, um noch ausreichend Tragfähigkeit
für Wind
und Schneelasten zu erhalten, was wiederum erheblichen zusätzlichen
Investitionsaufwand und tiefgreifende Eingriffe in vorhandene Gebäude mit
sich bringen würde,
so dass auch aus diesem Grunde vielfach eine Nachrüstung älterer Gebäude unterbleibt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einerseits die Attraktivität der Fertigbauweise weiter
zu erhöhen
und andererseits weitere Einsatzfelder für die energetische Nutzung
des Sonnenlichts zu erschließen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein tragendes Fertigbauelement für
Bauwerke mit wenigstens einem integrierten Solarkollektorelement.
Durch die Integration eines oder mehrerer Solarkollektorelement(e)
in ein tragendes Fertigbauelement lässt sich bei Neuerrichtung
eines Gebäudes oder
beispielsweise der Sanierung eines Dachstuhls der zusätzliche
Investitionsaufwand für
den Einsatz von Solarkollektoren ganz wesentlich vermindern, so dass
sich der Mehraufwand innerhalb kürzester
Zeit amortisiert.
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Dies
liegt nicht nur daran, dass der bei herkömmlichen Solarkollektoren inzwischen
im Wesentlichen preisbestimmende Aufwand für einen eigenen Rahmen und
ein wetterfestes Gehäuse
eingespart werden kann, sondern es entfällt auch die bisher erforderliche
herkömmliche
Außenwandverkleidung bzw.
Dacheindeckung, beispielsweise mit Dachziegeln bei einem Dachelement.
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Schließlich entfällt der
zusätzliche
Montageaufwand und darüber
hinaus langfristig das Risiko von Undichtigkeiten im Bereich der
Befestigungen, beispielsweise wo die herkömmlichen Befestigungswinkel
die Dachhaut durchdringen. Schließlich ist es bei der erfindungsgemäßen Ausbildung
auch möglich,
die entsprechenden Anschlüsse
innerhalb des Gebäudes
zu führen,
so dass auch für
die Anschlüsse
der Solarkollektoren ein Durchdringen der Außenhaut des Gebäudes nicht
erforderlich ist, so dass einerseits entsprechender Aufwand zur
Abdichtung der Durchführung
entfällt
und andererseits auch das Risiko damit verbundener späterer Undichtigkeiten.
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Weiterhin
können
mit dem erfindungsgemäßen Fertigbauelement
besonders große
Flächen
eines Gebäudes
oder eines Gebäudeteils
für die
Nutzung der Sonnenenergie eingesetzt werden.
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In
einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
weist das Fertigbauelement wenigstens zwei tragende Längselemente
auf, zwischen denen das wenigstens eine integrierte Solarkollektorelement
angeordnet ist. Dadurch lassen sich erfindungsgemäße Fertigbauelemente
in der für
den entsprechenden Bauzweck nötigen
Länge unabhängig von
den standardmäßig verfügbaren Abmessungen der
Solarkollektorelemente anfertigen. Wird beispielsweise ein solches
Fertigbauelement als Dachelement vorgesehen, können die Längselemente als Sparren ausgebildet
sein und sich von der Traufe bis zum First des Gebäudes erstrecken. Über die
Länge eines
solchen Fertigbauelements können
dann mehrere handelsübliche
Solarkollektorenelemente angeordnet sein.
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Zweckmäßig weist
das erfindungsgemäße Fertigbauelement
wenigstens ein statisch tragendes Querelement auf, das zwei Längselemente
miteinander verbindet. Dadurch wird auch in Querrichtung eines erfindungsgemäßen Fertigbauelementes
eine statisch tragende Funktion sichergestellt und eine entsprechende
Kostenersparnis bewirkt. Mit einem solchen Fertigbauelement lassen
sich zudem auch gekrümmte
Dachformen ausbilden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das erfindungsgemäße Fertigbauelement
gekennzeichnet durch eine der Witterung zugewandte Außenseite
und eine der Außenseite
gegenüberliegende
Innenseite, wobei der Raum zwischen zwei Längselementen außenseitig
durch wenigstens eine zumindest für ein Teilspektrum der Sonnenstrahlung
durchlässige
Abdeckung wetterfest geschlossen ist. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn die Abdeckung wenigstens eine Glasscheibe umfasst, insbesondere,
wenn die Abdeckung eine außenseitige
Sicherheitsglasscheibe und eine innenseitige weitere Glasscheibe
umfasst. Die Sicherheitsglas scheibe kann dabei auch als Drahtgitterglasscheibe
ausgebildet sein und die weitere Glasscheibe aus einem sogenannten
Solarglas bestehen.
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Zur
Begrenzung von Schäden
beispielsweise bei schwerem Hagelschlag und einem Fertigbauelement
mit großer
Spannweite kann es vorteilhaft sein, wenn die außenseitige Glasscheibe durch
Unterspanndrähte
mechanisch unterstützt
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mit Abstand zu der Abdeckung innenseitig
von der Abdeckung das wenigstens eine Solarkollektorelement angeordnet
ist, wobei das wenigstens eine Solarkollektorelement eine Absorberplatte
oder einen Röhrenkollektor
zur Aufheizung eines Wärmeträgermediums
durch die einfallende Bestrahlung, oder ein Photovoltaikelement
umfasst.
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Eine
besonders große
Effizienz ergibt sich, wenn innenseitig von dem wenigstens einen
Solarkollektorelement eine das Solarkollektorelement stützende Isolierstoffschicht
angeordnet ist. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Isolierstoffschicht
einen Hartschaum und/oder einen Mineralwollefilz umfasst. Der Mineralwollefilz
ist dabei zweckmäßig von
einer ausgasungsarmen Qualität,
wie sie auch unter der Bezeichnung Solar-Steinwolle angeboten wird.
Der Hartschaum kann beidseitig aluminiumkaschiert sein, um Ausgasungen
zu vermindern. Ausgasungen aus der Isolierstoffschicht können sich
auf den Glasscheiben niederschlagen und den Transmissionskoeffizienten
und damit den Wirkungsgrad der Gesamtanordnung verringern.
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Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn das Fertigbauelement an der Innenseite mit einer Verkleidung
versehen ist, wobei die Verkleidung direkt oder indirekt die Isolierstoffschicht
trägt.
Das erfindungsgemäße Fertigbauelement
kann besonders hohe statische Anforderungen erfüllen, wenn die Verkleidung mit
den Längselementen
und optional den Querelementen an wenigstens vier Befestigungspunkten
fest verbunden ist, um das Fertigbauelement nach Art eines Windverbands
oder einer statischen Scheibe zu verstärken. Dabei ist es für einen
hohen Brandschutz vorteilhaft, wenn die Verkleidung eine Zementfaserplatte
umfasst. Wenn die Verkleidung eine OSB-Holzspanplatte (Oriented
Strand Board) oder eine Sperrholzplatte umfasst, können besonders hohe
statische Anforderungen erfüllt
werden.
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Eine
besonders dekorative Innenseite lässt sich erhalten, wenn die
Verkleidung eine Nut- und Federverbretterung umfasst.
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Besonders
wirksam einsetzen lässt
sich ein erfindungsgemäßes Fertigbauelement,
wenn das Fertigbauelement als Wandelement oder Dachelement ausgebildet
ist und die Längselemente
als Ständerpfosten
oder Sparren ausgebildet sind.
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Da
bei starker Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf große Temperaturunterschiede
zwischen Abdeckung und Solarkollektorelement auftreten können, ist
es für
eine gute Dauerhaltbarkeit zweckmäßig, wenn das Fertigbauelement
wenigstens eine Druckausgleichsöffnung
zumindest für
die Luftschicht zwischen Abdeckung und dem wenigstens einen Solarkollektorelement
aufweist.
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In
einer besonders preiswerten und zugleich besonders dekorativen Ausgestaltung
ist das erfindungsgemäße Fertigbauelement
dadurch gekennzeichnet, dass die außenseitige Abdeckung unmittelbar
mit den Längselementen
dauerelastisch verklebt ist. Bei Einsetzen der äußeren Glasscheibe in einen passenden
Falz kann so eine nahezu plane Außenseite eines Bauwerkes erhalten
werden.
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Besonders
wirtschaftlich ist es, wenn die Längselemente und/oder Querelemente
aus einem Furnierschichtholz, aus verleimtem Massivholz, Sperrholz,
oder Massivholz hergestellt oder als Leimbinder ausgebildet sind.
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Eine
besonders gute Wetterfestigkeit kann erhalten werden, wenn die Stoßfugen zwischen
benachbarten Fertigbauelementen abgedeckt und elastisch verschlossen
sind. Eine solche Ausführungsform
ist besonders bei hohen Gebäuden
oder Dächern
vorteilhaft, wo Fertigbauelemente für Unterhaltswartungen schlecht
erreichbar sind.
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Die
Erfindung kann besonders zweckmäßig angewendet
werden bei einem Carport enthaltend ein oder mehrere erfindungsgemäße Fertigbauelemente.
Dadurch lässt
sich eine solarthermische Warmwasserbereitung sehr günstig auch
beispielsweise bei einem bestehenden Einfamilienhaus nachrüsten. In
dem Carport kann ein Wasserspeicher untergebracht werden, so dass
in das bestehende Gebäude
praktisch nicht eingegriffen werden muss.
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Eine
besonders hohe Energieeinsparung durch Nachrüstung eines Bestandsgebäudes beispielsweise
bei einem Lebensmittelmarkt mit einer Frischfleischabteilung mit
entsprechendem Warmwasserbedarf kann realisiert werden mit einem
Unterstellgebäude
für Einkaufswagen
enthaltend ein oder mehrere erfindungsgemäße Fertigbauelemente.
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Eine
in großem
Maßstab
besonders wirtschaftliche Nutzung der Erfindung ist möglich bei
einer Fernwärmeanlage
mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Fertigbauelement.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung einschließlich der
Wirkung und sollen anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
vereinfachte schematische perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fertigbauelements;
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2 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement aus 1 im Bereich
des unteren Endes;
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3 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement aus 1 im mittleren
Abschnitt des Fertigbauelements;
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4 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement gemäß 1 im
oberen Bereich;
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5 eine
Querschnittsansicht mit einer Anordnung von zwei nebeneinander angebrachten
Fertigbauelementen aus 1;
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6 einen
Querschnitt durch einen Halterahmen zur Halterung einiger Teile
des erfindungsgemäßen Fertigbauelements;
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7 eine
schematische perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fertigbauelements;
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8 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement gemäß 7 im
unteren Bereich;
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9 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement gemäß 7 im
mittleren Bereich;
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10 einen
Längsschnitt
durch das Fertigbauelement gemäß 7 im
oberen Bereich;
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11 einen
Querschnitt durch ein Fertigbauelement gemäß 7 in einer
Anordnung mit einem weiteren solchen Fertigbauelement;
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12 eine
erste perspektivische Ansicht einer tragenden Struktur eines Gartenhauses
oder dergleichen, enthaltend mehrere Fertigbauelemente nach 1 oder 7;
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13 eine
andere perspektivische Ansicht der tragenden Struktur des Gartenhauses
aus 12; und
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14 eine
Querschnittsansicht durch das Gartenhaus gemäß 12 und 13.
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Das
in 1 dargestellte erfindungsgemäße Fertigbauelement ist stark
vereinfacht dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern. Das dargestellte
Fertigbauelement ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Seitlich
ist das Fertigbauelement 1 durch zwei tragende Längselemente
begrenzt, die hier als Sparren 2 ausgebildet sind. Der
Querschnitt der Sparrenelemente 2 wird zweckmäßig den
statischen Anforderungen an das mit den Fertigbauelementen 1 zu
bildende Dach angepasst. Glei ches gilt für die Querwechsel 3,
die als Querelemente die zwei Sparren 2 miteinander statisch
wirksam fest verbinden. Das in 1 dargestellte
Fertigbauelement 1 umfasst in diesem Falle zwei integrierte
Solarkollektorenelemente 4. Die Zahl der integrierten Solarkollektorenelemente 4 ist
an sich nicht erfindungswesentlich, es muss nur zumindest ein solches
Solarkollektorenelement 4 vorhanden sein. Die für ein einzelnes
Fertigbauelement 1 eingesetzte Zahl von Solarkollektorenelementen 4 richtet
sich nach den Abmessungen, die das Fertigbauelement 1 annehmen
soll, sowie den Abmessungen der üblicherweise
erhältlichen
Solarkollektorenelemente 4. Dadurch können die erfindungsgemäßen Fertigbauelemente 1 einerseits
den bauseitigen Bedürfnissen
leicht angepasst werden, andererseits werden teure Sonderanfertigungen
von Solarkollektorelementen 4 vermieden und es kann auf
standardisierte und bewährte
serienmäßig hergestellte
Erzeugnisse zurückgegriffen
werden. Dadurch wird der gesamte Investitionskostenaufwand gering
gehalten und zugleich eine hohe Zuverlässigkeit durch Einsatz bewährter Standard-Komponenten
sichergestellt. Schließlich
ist insbesondere bei Einsatz von erfindungsgemäßen Fertigbauelementen 1 im
Dachbereich zu berücksichtigen,
dass Reparaturarbeiten hohen Aufwand verursachen würden und
eine hohe Zuverlässigkeit
der Fertigbauelemente 1 für einen dauerhaft wirtschaftlichen
Erfolg wesentlich ist.
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Bei
dem in 1 schematisch dargestellten Fertigbauelement 1 sind
die Solarkollektorenelemente 4 und weitere Bauteile mit
den Sparren 2 und Querwechseln 3 durch einen oder
mehrere Halterahmen 5 verbunden, die eine genaue Positionierung der
einzelnen Bauteile sicherstellen und andererseits die Funktion einer
Halterung der Bauteile gegenüber dem
aus Sparren 2 und Querwechsel 3 gebildeten Rahmen übernehmen.
Ein Querschnitt durch einen solchen Halterahmen 5 ist in 6 dargestellt.
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Schließlich zeigt 1 noch
Ausnehmungen in den Sparren 2 zur Auflagerung des gezeigten
Fertigbauelements 1 auf entsprechende Pfetten eines Dachstuhls.
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Die
Ansicht in 1 zeigt im Wesentlichen die
der Witterung zugewandte Außenseite 7,
wie sie sich auch beispielsweise einem Betrachter eines mit solchen
Fertigbauelementen 1 aufgebauten Gebäudes zeigen würde.
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Die 2 zeigt
einen Längsschnitt
des unteren Bereiches des Fertigbauelements 1 aus 1. 3 zeigt
einen entsprechenden Längsschnitt
im Bereich der Mitte des in 1 gezeigten
Fertigbauelements 1, und zwar in dem Bereich, an dem die
beiden Solarkollektorenelemente 4 aufeinanderstoßen. 4 zeigt
schließlich
den entsprechenden Längsschnitt
im oberen Bereich des Fertigbauelements 1.
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Wie
in 2 gut zu sehen ist, ist auf der Innenseite des
durch die Sparren 2 und Querwechsel 3 gebildeten
Rahmens der Halterahmen 5 eingesetzt. Der Halterahmen 5 trägt auf der
der Witterung zugewandten Außenseite 7 des
Fertigbauelements 1 eine Abdeckung, hier in Form einer
Glasscheibe 8. Anstelle einer Glasscheibe 8 kann
auch eine andere Abdeckung vorgesehen sein, die zumindest für ein Teilspektrum
der Sonnenstrahlung durchlässig
ist. Die Glasscheibe 8 ist dabei zweckmäßig aus einem Einscheiben-Sicherheitsglas
gebildet, wobei die Glasstärke
mindestens 4 mm betragen sollte. Je nachdem, wo das Fertigbauelement 1 eingesetzt
werden soll, kann es aber auch zweckmäßig sein, ein Sicherheitsglas
größerer Glasdicke
vorzusehen oder beispielsweise ein Drahtgitterglas. Es kann auch
vorteilhaft sein, eine Scheibe aus einem anderen geeigneten Material
einzusetzen, beispielsweise einem geeigneten Kunststoff, oder die
Glasscheibe 8 durch (nicht dargestellte) Unterspanndrähte mechanisch
zu unterstützen.
Erhöhte
Anforderungen an die Festigkeit bzw. Durchschlagfestigkeit der Glasscheibe 8 können sich
dort ergeben, wo ein erfindungsgemäßes Fertigbauelement 1 auf
dem Dach eingesetzt wird und häufig
mit schwerem Hagelschlag zu rechnen ist. Lässt sich eine Glasscheibe noch
mit verhältnismäßig überschaubarem
Aufwand auswechseln, so sollte möglichst
eine Beschädigung
des Solarkollektorenelementes 4 verhindert werden, um Leckagen
eines mit dem Solarkollektorelement 4 verbundenen Warmwasser-Bereitungssystems
und aufwändige
Reparaturarbeiten zu vermeiden.
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Unter
der Glasscheibe 8 befindet sich ein erster Luftraum 9,
der im Wesentlichen Isolationszwecken dient. Unterhalb des Luftraums 9 ist
zweckmäßig eine
weitere Glasscheibe 10 angeordnet, die zweckmäßig aus
einem Glas mit besonderen Transmissionseigenschaften für Solarkollektoren
besteht, so genanntem Solar glas. Unterhalb der weiteren Glasscheibe 10 befindet
sich ein weiterer Luftraum 11, der ebenfalls Isolierzwecken
dient, jedoch auch einem Temperaturausgleich über die Fläche des Solarkollektorelementes 4.
Unter dem Luftraum 11 ist das eigentliche Solarkollektorelement 4 angeordnet. Anstelle
der beschriebenen Anordnung aus zwei einzelnen Glasscheiben 8 und 10 kann
auch einen einzelne Glasscheibe 8 ohne zusätzliche
Glasscheibe 10 zum Einsatz kommen oder ein Isolierglasscheibenelement
verwendet werden.
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Bei
dem dargestellten Solarkollektorelement 4 handelt es sich
um eine so genannte Absorberplatte üblicher Ausführung, die
von einem Wärmeträgermedium
durchströmt
wird und das insbesondere die Infrarotstrahlung aus dem Sonnenlicht
absorbiert und dadurch das Wärmeträgermedium
aufheizt. Das Wärmeträgermedium
kann in üblicher
Form Wasser mit Zusätzen
umfassen. Anstelle der dargestellten Absorberplatte kann auch ein
Röhrenkollektor
eingesetzt werden. Röhrenkollektoren
erlauben üblicherweise
die Erzielung höherer
Temperaturen in dem Wärmeträgermedium
und vergrößern dadurch
den technischen Einsatzbereich solcher Fertigbauelemente, sind jedoch
teurer und ein wirtschaftlich sinnvoller Einsatz von Röhrenkollektoren
sollte auf die Fälle
begrenzt sein, wo ein entsprechend hohes Temperaturniveau des Wärmeträgermediums
notwendig ist. Grundsätzlich
kann anstelle der dargestellten Absorberplatte auch ein Photovoltaikelement
eingebaut werden, um aus der Sonnenstrahlung unmittelbar elektrischen
Strom zu erzeugen. Da solche Photovoltaikelemente vorzugsweise die
höhe energetische kurzwellige
Sonnenstrahlung absorbieren, wären
bei Einsatz eines Photovoltaikelements die Glasscheiben 8 und 10 hinsichtlich
ihrer Transmissionseigenschaften entsprechend auszuwählen bzw.
vorzugsweise lediglich eine Glasscheibe 8 vorzusehen.
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Das
Solarkollektorelement 4 wird von einer Isolierstoffschicht 12 getragen.
Bei der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung besteht die Isolierstoffschicht 12 vorzugsweise
aus einem Mineralwolleklemmfilz der Wärmeleitgruppe 0,35 oder geringer, beispielsweise
in Form eines Mineralwolleklemmfilzes mit einer Stärke von
130 mm.
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Es
kann aber auch zweckmäßig sein,
wenn die Isolierstoffschicht zusätzlich
eine Hartschaumplatte 13 der Wärmeleitgruppe 0,35 oder besser
umfasst, die zweckmäßig zwischen
dem Mineralwolleklemmfilz 12 und dem Solarkollektorelement 4 angeordnet
ist (siehe Ausführungsbeispiel
in den 8 bis 11). Dabei sind jeweils für den Mineralwolleklemmfilz 12 und/oder
die Hartschaumplatte 13 Qualitäten zu verwenden, die weitestgehend
frei sind von Ausgasungen, die sich auf der Glasscheibe 10 oder dem
Solarkollektorelement 4 niederschlagen und die Transmission
der Sonnenstrahlen verringern oder beispielsweise die Absorberplatte
chemisch angreifen könnten.
Bei Mineralwolleklemmfilz hat sich zur Vermeidung von Ausgasungen
auch bewährt,
den Mineralwolleklemmfilz beidseitig mit Aluminiumfolie zu kaschieren.
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Zu
der der Außenseite 7 gegenüberliegenden
Innenseite 14 des Fertigbauelements 1 hin ist nach
der Isolierstoffschicht das Fertigbauelement mit einer Verkleidung 15 versehen,
die im gezeigten Beispiel unmittelbar die Isolierstoffschicht trägt. In der gezeigten
Ausführungsform
ist die Verkleidung 15 in den aus Sparren 2 und
Querwechseln 3 gebildeten Rahmen eingelassen und kann in
jeder bekannten Befestigungstechnik direkt oder über Zwischenelemente mit den
Sparren 2 und/oder den Querwechseln 3 verbunden
sein. In der dargestellten Ausführungsform
kann die Verkleidung 15 aus einer Nut- und Federverbretterung
bestehen. Anstelle einer Nut- und Federverbretterung kann jedoch
auch eine OSB-Holzspanplatte
oder eine Sperrholzplatte verwendet werden, wenn mechanisch besonders
hohe Anforderungen an die Diagonalstabilität eines Fertigbauelementes 1 gestellt
werden.
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Zweckmäßig ist
die Verkleidung 15 vielfach, aber zumindest an vier Befestigungspunkten
mit den Sparren 2 und/oder den Querwechseln 3 fest
verbunden, um das Fertigbauelement 1 nach Art eines Windverbands
oder einer statischen Scheibe insbesondere gegen Diagonalbelastungen
zu verstärken. Bei
Verwendung solcher Fertigbauelemente 1, beispielsweise
für eine
Dachkonstruktion, kann außer den
Pfetten, auf die das Fertigbauelement 1 aufzulagern ist,
auf sonstiges üblicherweise
in einem Dachstuhl konventionaler Art verarbeitete Tragwerk verzichtet
werden, da die entsprechenden Funktionen von dem erfindungsgemäßen Fertigbauelement 1 übernommen
werden.
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Wenn
besonders hohe Anforderungen an die Brandbeständigkeit eines erfindungsgemäßen Fertigbauelement 1 gestellt
werden, insbesondere gegenüber
Bränden,
die im Inneren eines Gebäudes entstehen,
kann die Verkleidung 15 auch durch Zementfaserplatten gebildet
werden.
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Selbstverständlich kann
die Verkleidung 15 auch innenseitig auf die Sparren 2 und/oder
Querwechsel 3 aufgesetzt werden.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist noch neben der Verkleidung 15 die Anbringung eines Zuluftprofils 16 vorgesehen,
um einen Druckausgleich zumindest für den weiteren Luftraum 11 zwischen
Solarkollektorelement 4 und der weiteren Glasscheibe 10 zu
ermöglichen.
Im Tagesverlauf können
insbesondere bei hoher Sonneneinstrahlung sehr starke Temperaturunterschiede
in dem Luftraum 11 entstehen, wobei die Temperatur im Luftraum 11 nachts
etwa der Umgebungstemperatur entspricht, im Winter beispielsweise –20°C, und tagsüber bei sehr
hoher Sonneneinstrahlung oberhalb des Solarkollektorelementes 4 auf über 200°C ansteigen
kann. Durch das Zuluftprofil 16 und die Druckausgleichsöffnungen
wird eine Krafteinleitung auf das Solarkollektorelement 4 bzw.
die Glasscheiben 8 und 10 infolge der thermischen
Ausdehnung des Luftvolumens in dem Luftraum 11 vermieden.
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Der
Halterahmen 5 besteht beispielsweise aus einem Aluminiumprofil,
wie es in 6 dargestellt ist. Das Profil
ist dabei zunächst
mit einem Längsschenkel 17 versehen,
der sich von der Außenseite 7 des
Fertigbauelements 1 zu der Innenseite 14 hin erstreckt,
zur Vermeidung einer Wärmebrücke jedoch
nur bis in den Bereich der Isolierstoffschicht. Weiterhin weist
das Profil einen Querschenkel 18 auf, mit dem sich das
Profil auf den Sparren 2 und Querwechseln 3 außenseitig
abstützt.
Gegenüber
von dem Querschenkel 18 weist das Profil des Halterahmens 5 eine
Reihe von Halteschenkeln 19 auf, die von der Außenseite 7 zur
Innenseite 14 hin gesehen, eine Nut 20 zur Aufnahme
der Glasscheibe 8, einen Zwischenraum 21 zur Bildung
des Luftraums 9, einen Zwischenraum 22 zur Aufnahme
der Glasscheibe 10 und einen Zwischenraum 23 für den Luftraum 11 bilden.
Gegen den untersten Halteschenkel 19 wird, nachdem der
Halterahmen 5 in den aus Sparren 2 und Querwechseln 3 gebildeten
Rahmen von außen eingesetzt
ist, von der Innenseite her das Solarkollektorelement 4 und
die Isolierstoffschicht eingebracht und mit der Verkleidung 15 fixiert.
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Die
Glasscheiben 8 und 10 sind zweckmäßig in den
dafür vorgesehenen
Nuten 20 und 22 des Halterahmens 5 durch
elastische Einpressprofile wasserdicht eingesetzt. Es kann aber
auch jede andere geeignete Methode zum dichten und temperaturwechselbeständigen Einsetzen
einer Glasscheibe in einen Profilrahmen verwendet werden.
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Auf
der dem Sparren 2 bzw. dem Querwechsel 3 zugewandten
Seite des Halterahmens 5 sind einige Rippen 24 ausgebildet,
um für
einen festen Sitz in dem aus Sparren 2 und Querwechseln 3 gebildeten
Rahmen des Fertigbauelements 1 zu sorgen.
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In
den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fertigbauelements 1 sind
die Querwechsel 3 am oberen und unteren Ende gegenüber dem
stirnseitigen Ende der Sparren 2 etwas zurückgesetzt,
um Raum für
ein Anschlussrohr 25 zu schaffen, das in einer entsprechenden
Isolierung 26 eingebettet und nach außen durch ein Abdeckblech 27 wetterfest
abgeschirmt ist. Die Anschlussrohre 25 am oberen und unteren
Ende des Fertigbauelements 1 sind mit dem oder den Solarkollektorenelement(en) 4 verbunden,
so dass jeweils eines der Anschlussrohre 25 als Zulauf
und eines als Ablauf für
das Solarkollektorelement 4 dient. Bei der in den Figuren
gezeigten Ausführungsform
ist es besonders einfach möglich,
eine entsprechende Verschaltung der Elemente mit weiteren Teilen,
beispielsweise einer Warmwasseraufbereitungsanlage, zu realisieren,
wobei die Innenseite 14 des Fertigbauelements 1 als
Sichtseite dienen kann. Es ist aber auch möglich, die Anschlussrohre 25 auf
der Innenseite des Fertigelementes 1 zu verlegen. Werden
erfindungsgemäße Fertigbauelemente 1 innenseitig noch
weiter verkleidet, kann dadurch der Aufbau vereinfacht werden, da
zunächst
alle Fertigbauelemente 1 ohne Rücksicht auf den Anschluss der
Solarkollektorenelemente 4 montiert werden können und
der Anschluss der Solarkollektorenelemente 4 nachfolgend bei
dem weiteren Innenausbau eines Gebäudes erfolgen kann. Weiterhin
hat dies den Vorteil, dass die Anschlussstellen auch später von
Innen leicht zugänglich
gehalten werden können.
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Die
in den Figuren dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fertigbauelementes 1 sind
unter Verwendung von Holzwerkstoffen hergestellt dargestellt. Dadurch
ist eine besonders gute Integration in Holzfertiggebäude möglich und
es können
alle bekannten Vorzüge
des Konstruktionswerkstoffes Holz benutzt werden, insbesondere die
gegenüber
Metallwerkstoffen deutlich bessere Wärmeisolation. Zweckmäßig sind
die Längs- und/oder
Querelemente, die in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Sparren 2 und
Querwechsel 3 ausgeführt
sind, aus Furnierschichtholz, aus verleimtem Massivholz, Sperrholz
oder Massivholz hergestellt oder als Leimbinder ausgebildet. Soll
ein erfindungsgemäßes Fertigbauelement 1 als
Teil einer Wandkonstruktion eingesetzt werden, sind zweckmäßig die
Längselemente
statisch als Ständerpfosten auszulegen
und zu dimensionieren.
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Aus 3 ist
ersichtlich, wie der Bereich zwischen zwei Solarkollektorelementen 4 in
einem Fertigbauelement 1 ausgebildet ist. An dieser Stelle weist
das Fertigbauelement 1 zweckmäßig einen weiteren Querwechsel 3 auf,
der jeweils den Halterahmen 5 des oberen und des unteren
Solarkollektorelementes 4 aufnimmt. Die Halterahmen 5 von oberem
und unterem Solarkollektorelement 4 stützen sich dabei auf dem zusätzlichen
Querwechsel 3 ab.
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Die 4 zeigt
den entsprechenden Längsschnitt
am oberen Ende des erfindungsgemäßen Fertigbauelementes 1 aus
den 1 bis 3. Auch hier ist wieder ein
Anschlussrohr 25 zu sehen, wie an dem in 2 dargestellten
unteren Ende. Zweckmäßig wird
dabei das obere Anschlussrohr 25 als Auslauf für das erwärmte Wasser
gewählt
und das untere Anschlussrohr 25 als Zulauf für das kühle Wasser bzw.
Wärmeträgermedium,
so dass die Strömung durch
das Absorberelement 4 durch die Konvektion unterstützt wird.
Sofern besondere Gegebenheiten, wie beispielsweise die Nähe des unteren
Anschlussrohres 25 zu einem Wärmetauscher, eine andere Durchströmungsrichtung
zweckmäßiger erscheinen lassen,
ist diese durch eine entsprechende Pumpenanordnung ohne weiteres
zu realisieren.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Fertigbauelement 1.
Weiterhin ist in diesem Querschnitt der Anschluss an ein benachbartes
Fertigbauelement 1 dargestellt. Wie am linken Rand zu erkennen
ist, wird bei einem Fertigbauelement 1, das beispielsweise
am Rande eines Daches angeordnet ist und dessen einer Sparren 2 den
Ortgang des Daches bildet, mit einem weiteren Abdeckblech 27 abgedeckt,
so dass der Sparren 2 gegen unmittelbare Beaufschlagung
durch Regen geschützt ist.
Im Anschlussbereich zu einem benachbarten Fertigbauelement 1 sind
aus statischer Sicht keine besonderen Maßnahmen erforderlich, da die
benachbarten Sparren 2 auf Fetten oder anderen Auflagen ruhen
können.
Somit ist sichergestellt, dass bei den auftretenden Belastungen
keine nennenswerten Relativbewegungen zwischen den benachbarten
Fertigbauelementen 1 auftreten können. Um ein Eindringen von
Feuchtigkeit in die Fuge zwischen den benachbarten Fertigbauelementen 1 zu
vermeiden, kann der Stossbereich abgedeckt sein, beispielsweise
durch ein dauerelastisch auf die Querschenkel 18 der benachbarten
Abschnitte der Halterahmen 5 aufgeklebtes Abdeckblech 28 sein,
so dass die Fuge zwischen den Halterahmen 5 außenseitig
abgedeckt ist.
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Das
in 7 dargestellte Fertigbauelement 1 gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung eignet sich besonders für Fassaden oder Dachflächen, die
ein glattes Erscheinungsbild bieten sollen, insbesondere solche,
die wie eine herkömmliche Glasfassade
wirken sollen. Wie aus den 9 und 10 ersichtlich
ist, ist die Besonderheit bei dieser Ausführungsform die Tatsache, dass
die auf der Außenseite 7 angeordnete
Glasscheibe 8 unmittelbar mit den Sparren 2 und
Querwechseln 3 dauerelastisch verklebt ist, das heißt, es entfällt der
Halterahmen 5. Dies ist besonders gut in den 8, 9 und 10 ersichtlich,
die im übrigen
den Ansichten der 2, 3 und 4 entsprechen.
Die äußere Glasscheibe 8 ist
dabei auf die äußeren Seiten
der Sparren 2 und Querwechsel 3 aufgeklebt. Unter
der äußeren Glasscheibe 8,
die im übrigen
derjenigen nach der ersten Ausführungsform
eines Fertigbauelementes 1 entspricht, befindet sich der
Luftraum 9 und die weitere Glasscheibe 10, die
in eine Fälzung in
Sparren 2 und Querwechsel 3 ebenfalls dauerelastisch
eingeklebt ist.
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Das
Solarkollektorelement 4 ist in dem gezeigten Beispiel auf
einer Hartschaumplatte 13 angebracht, die von einem Mineralwolleklemmfilz 12 getragen
wird. Innenseitig ist das Fertigbauelement 1 mit einer
Verkleidung 15 abgedeckt, die wiederum einige Öffnungen
aufweist, die mit einem Luftprofil 16 abgedeckt sind und
einen Druckausgleich für
den Luftraum 11 ermöglichen.
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Der
Aufbau eines solchen Fertigbauelementes 1 kann insbesondere
in dem Bereich, in dem zwei Solarkollektorelemente 4 aneinander
stoßen,
etwas anders ausgestaltet sein als das unter Bezug auf die 1 bis 7 beschriebene
Fertigbauelement. Dies ist besonders gut in 9 zu erkennen.
Anstelle eines normalen Querwechsels 3 ist hier ein Querholz 29 als
Querelement vorgesehen, dessen Profil eine geringere Höhe hat,
so dass der Mineralwollklemmfilz 12 durchgehend über die
gesamte Fläche
des Fertigbauelementes 1 reichen kann. Dadurch wird die
Wirkung des zwischengeordneten Querholzes 29 gegenüber einem
normal hohen Querwechsel 3 als möglicher Wärmebrücke vermindert. Auch hinsichtlich
des Querholzes 29 liegen die benachbarten äußeren Glasscheiben 8 außenseitig
auf dem Querholz auf und sind mit diesem dauerelastisch verklebt.
Die weiteren Glasscheiben 10 sind jeweils in eine Fälzung in
dem Querholz 29 eingeklebt. Der Querschnitt des Querholzes 29 ist
dennoch ausreichend, eine Querstabilität des Fertigbauelementes 1 in
Verbindung mit der innenseitigen Verkleidung 15 herzustellen
und ebenfalls ausreichend, um die Flächenbelastung der Glasscheiben 8 in
die Sparren 2 einzuleiten.
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Auch
in diesem Falle kann eine Fuge zwischen den Glasscheiben 8 durch
eine Abdeckblech 28 verdeckt werden. Diese Fuge kann jedoch
auch mit einem dauerelastischen Dichtmaterial verfüllt werden,
um das vorstehend erwähnte
glatte Bild der Oberfläche
so wenig wie möglich
zu unterbrechen.
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Sinngemäß das gleiche
ergibt sich zur Abdeckung der Trennfuge zwischen zwei seitlich benachbarten
Fertigbauelementen 1, wie in 11 dargestellt.
Auch zur Abdeckung dieser Fuge kann entweder außenseitig auf die Glasscheiben 8 im
Bereich der Fuge ein Abdeckblech dauerelastisch aufgeklebt werden
oder es wird die Fuge 30 zwischen den Glasscheiben 8 zweier
benachbarter Fertigbauelemente 1 mit einer dauerelastischen
Dichtmasse verschlossen.
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Wie
bereits ausführlich
ausgeführt
wurde, können
erfindungsgemäße Fertigbauelemente 1 als tragende
Bauelemente für
Außenwände oder
als Dachkonstruktion von Fertigbauten unmittelbar eingesetzt werden.
Dabei können
die Fertigbauelemente 1 so eingesetzt werden, dass je nach
Verwendungszweck weder außenseitig
noch innenseitig weitere Beplankungen oder dergleichen erforderlich sind.
Bei entsprechender Auswahl eines Materials für die innenseitige Verkleidung 15 können auch
dekorative Ansprüche
erfüllt
werden. Durch Verwendung erfindungsgemäßer Fertigbauelemente 1 können wetterfeste
Außenseiten
eines Gebäudes
ohne zusätzliche
Maßnahmen
erhalten werden. Gleichzeitig können
sowohl Wandabschnitte als auch das Dach zur Brauchwassererwärmung, Innenraumbeheizung, oder
gegebenenfalls zur Stromerzeugung aus Sonnenlicht genutzt werden.
Zweckmäßig eignen
sich daher erfindungsgemäße Fertigbauelemente 1 zum Einsatz
an östlichen,
südlichen
und westlichen Gebäudeseiten
sowie insbesondere auf einem nach Süden, Südosten oder Südwesten
geneigten Dachabschnitt.
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Insbesondere
in Verbindung mit einer Modernisierung eines Altbauanwesens kann
es auch zweckmäßig sein,
ein Nebengebäude
mit erfindungsgemäßen Fertigbauelementen 1 zu
errichten. Dadurch lassen sich die Vorteile einer Sonnenenergienutzung
mit den besonderen wirtschaftlichen Vorteilen erfindungsgemäßer Fertigbauelemente 1 erreichen,
auch wenn aus denkmalschutzrechtlichen Gründen oder weil schlicht eine
Sanierung beispielsweise eines Daches nicht erforderlich ist, ein
Austausch des Dachstuhls nicht in Frage kommt, ohne unnötigen Aufwand
die Vorzüge
der Erfindung nutzen. Beispiele solcher Nebengebäude können bei Wohnhäusern ein
Carport oder ein Gartenhaus sein, wie es beispielsweise in den 12 bis 14 gezeigt
ist, oder ein Unterstellgebäude
für Einkaufswagen
bei einem bestehenden Supermarkt. Grundsätzlich lassen sich erfindungsgemäße Fertigbauelemente 1 auch
nach Art eines Solarparks aufständern
und zur Nutzung der Sonnenenergie einsetzen, ohne zugleich Teil
eines sonstigen Gebäudes
zu sein. Aufgrund der Konstruktion kann dabei ein Gestell für die Aufständerung
besonders einfach ausfallen, es sind lediglich zwei Auflagehölzer nach
Art von Pfetten erforderlich mit entsprechenden Ständern zur
Aufnahme der Last. Eine solche Anordnung kann auf einem Drehfundament
angeordnet sein, so dass die Anordnung der Fertigbauelemente 1 dem
Verlauf des Sonnestandes nachgeführt
werden kann. Für
eine Nachführung
um zwei Achsen können
dabei zusätzlich längs verstellbare
Stützen
vorgesehen sein, beispielsweise, indem die Stützen durch elektromotorisch
angetriebene Gewindespindeln oder als Hydraulikzylinder ausgebildet
sind.
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Das
in den 12 bis 14 schematisch ohne
Außenwandbeplankung
dargestellte Gartenhaus umfasst eine Bodenplatte 31 und
einen Satz Stützenschuhe 32,
auf dem die Umfangswände durch
eine übliche
Holzrahmenkonstruktion 33 gebildet sind. Die Holzrahmenkonstruktion 33 ist
so ausgestaltet, dass sich eine Dachfläche für ein Pultdach ergibt, wobei
die Innenhöhe
des Gartenhauses gegenüber
der Eingangstüröffnung 34 bereits
mit einer Innenhöhe
von ca. 1,20 m für
solche Zwecke ausreichend bemessen ist, beispielsweise um dort einen Rasenmäher hinzuschieben.
Querhölzer
in der Wand, in der sich die Eingangstüröffnung 34 befindet, sowie
in der gegenüberliegenden
Wand bilden die Pfetten, auf denen die Fertigbauelemente 1 zur
Bildung des Daches des Gartenhauses ruhen. Zweckmäßig ist
die Eingangstüröffnung 34 auf
der Nordseite des Gebäudes
angeordnet, so dass das Dach nach Süden geneigt ist, um eine gute
Ausbeute der einfallenden Sonneneinstrahlung zu erreichen. Die Holzrahmenkonstruktion 33 kann
in jeder üblichen Art
bekleidet sein, beispielsweise auch durch Glasplatten zur Bildung
eines Gewächshauses.
Bei entsprechender Auswahl des Stützenabstandes der Holzrahmenkonstruktion 33 und
einer verschließbaren
Gittertür
für die
Eingangstüröffnung 34 kann
ein solches Gebäude
auch ohne Außenwandbekleidung beispielsweise
zur diebstahlgeschützten
Unterbringung von Einkaufswagen dienen.
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Wie
der in 14 dargestellte Querschnitt eines
solchen Gartenhauses zeigt, ist der Aufbau extrem einfach, und auf
solche Art und Weise lassen sich einfach die wirkungsvolle Nutzung
von Solarenergie auch bei bestehenden baulichen Anlagen nutzen.
Ist ein solches Gebäude
mit einer isolierenden Wandverkleidung versehen, kann beispielsweise auch
ein Warmwasserspeicher unmittelbar in dem Gebäude angeordnet werden, so dass
bei einem bestehenden Einfamilienhaus kein Kellerraum für einen großen Warmwasserspeicher
verloren geht. Weiterhin lassen sich durch eine Aufstellung eines
Warmwasserspeichers außerhalb
eines bereits bestehenden Gebäudes
die Errichtungskosten drastisch verringern.
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Nebengebäude mit
erfindungsgemäßen Fertigbauelementen 1 oder
frei aufgeständerte
erfindungsgemäße Fertigbauelemente 1 lassen
sich auch hervorragend in eine Fernwärmeanlage einbinden.
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Wie
die vorstehende Beschreibung zeigt, lassen sich durch die Erfindung
sowohl der Einsatz von Fertigbauelementen als auch die Nutzung von Solarenergie
in wirtschaftlich besonders attraktiver Weise kombinieren und somit
sowohl der Einsatzbereich der Fertigbauweise als auch der Nutzung
von Solarenergie mit geringsten zusätzlichen Investitionskosten
erweitern.