DE102010056047B3

DE102010056047B3 - Wandelement sowie Klimatisierungssystem und Verfahren zum Klimatisieren von Bauwerken

Info

Publication number: DE102010056047B3
Application number: DE102010056047A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-12-24

Abstract

Ein Wandelement zur adiabatischen Kühlung von Bauwerken umfasst, in der Reihenfolge von Innen nach Außen, eine wärme- bzw. kältespeichernde Betonschicht (2), eine sowohl als Wasseraufnahme- und -verteilschicht als auch als Wärmedämmschicht geeignete Zwischenschicht (3) und eine diffusionsoffene Putzträgerschicht (4), durch die hindurch das über die Zwischenschicht (3) zugeführte Wasser nach außen diffundieren kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wandelement zur adiabatischen Kühlung von Bauwerken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Klimatisierungssystem gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren zum Klimatisieren von Bauwerken gemäß Anspruch 10.
Insbesondere während sommerlicher Hitzeperioden und in heißen Gegenden besteht ein starkes Bedürfnis, Wohn-, Wirtschafts- und andere Räume abzukühlen, um insbesondere ein angenehmeres Wohn- und Arbeitsklima zu schaffen. Hierzu ist es bekannt, Klimaanlagen einzusetzen. Diese sind jedoch mit hohen Herstell- und Unterhaltskosten verbunden, so dass derartige Klimaanlagen schon aus diesem Grund für viele Menschen, insbesondere in ärmlicheren südlichen Ländern, nicht in Frage kommen. Darüber hinaus sind derartige Klimaanlagen aufgrund ihres Energieverbrauchs auch vom Umweltgesichtspunkt her nicht optimal.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird in der DE 34 46 949 A1 bereits ein adiabatisches Kühlungsverfahren zum Klimatisieren von Gebäuden vorgeschlagen. Unter adiabatischer Kühlung wird eine Verdunstungskühlung verstanden, bei der die Luft durch Wasseraufnahme bei gleichem Druck und bei gleichem Wärmeinhalt abkühlt. Hierzu wird gemäß DE 34 46 949 A1 im Inneren eines Gebäudes eine poröse Doppelwand vorgesehen. Diese poröse Doppelwand kann beispielsweise durch eine Schicht aus einem Faserabsorptionsmaterial gebildet werden. Weiterhin ist eine Wasserzirkulationsanlage vorgesehen, um die Doppelwand feucht zu halten. Vom Inneren des Gebäudes wird Luft angesaugt, um über einen Unterdruck eine Luftzirkulation durch die feuchte Doppelwand hindurch zu bewirken. Nachteilig ist dort jedoch, dass die durch die poröse Doppelwand in das Rauminnere eintretende Luft einen erhöhten Feuchtigkeitsgehalt aufweist, was als unangenehm empfunden werden und mit weiteren Nachteilen wie Schimmelbildung verbunden sein kann. Darüber hinaus eignet sich die bekannte Wand auch aus funktioneller und ästhetischer Sicht allenfalls für Wirtschaftsgebäude, nicht jedoch für Wohnräume.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wandelement der eingangs genannten Art und ein Klimatisierungssystem mit einem derartigen Wandelement zu schaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist, für die Kühlung aller Arten von Räumen, insbesondere auch von Wohn- und Arbeitsräumen, besonders gut geeignet ist und darüber hinaus die gewünschte Klimatisierung der Räume auf besonders umweltfreundliche und kostengünstige Weise ermöglicht. Weiterhin soll ein besonders einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Klimatisieren von Bauwerken geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Wandelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Klimatisierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Wandelement umfasst, in der Reihenfolge von Innen nach Außen, eine wärme- bzw. kältespeichernde Betonschicht, eine sowohl als Wasseraufnahme- und -verteilschicht als auch als Wärmedämmschicht geeignete Zwischenschicht und eine diffusionsoffene Putzträgerschicht, durch die hindurch das über die Zwischenschicht zugeführte Wasser hindurch diffundieren kann.
Das erfindungsgemäße Wandelement weist eine hohe Speichermasse zum Speichern von Wärme auf, wodurch Temperaturunterschiede in den Außentemperaturen, insbesondere Unterschiede in den Tagestemperaturen zu den Nachttemperaturen, ausgeglichen werden können. Hierdurch wird ein angenehmes, gleichmäßiges Raumklima geschaffen. Die hohe Speichermasse wird insbesondere durch die Betonschicht geschaffen, die sich auf der Innenseite des Wandelements befindet, das heißt auf derjenigen Seite, die dem vom Wandelement begrenzten Raum zugewandt ist. Aufgrund der guten Wärmeleiteigenschaften von Beton ist die Betonschicht außerdem bestens geeignet, um die erzeugte Kälte an den Raum abzugeben. Der Wärme- bzw. Kälteübergang von der Betonschicht in das Rauminnere erfolgt dabei vollständig oder zumindest überwiegend mittels Wärmestrahlung und nicht dadurch, dass abgekühlte Luft in den Raum eingeblasen wird. Hierdurch wird ein besonders angenehmes Raumklima geschaffen.
Ein besonderer Vorteil ist, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Wandelemente kühlende Wände geschaffen werden können, die für den Betrieb lediglich Wasser und eine Wasserzuführeinrichtung benötigen. Dies ist sowohl von den Betriebskosten her als auch unter Umweltgesichtspunkten optimal. Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Wandelement aufgrund der Betonschicht gleichzeitig eine hohe strukturelle Festigkeit, so dass die daraus gebauten Wände hohen Belastungen ausgesetzt werden können. Aufgrund der außenliegenden Putzträgerschicht ist weiterhin auf einfache Weise das Anbringen eines außenliegenden Putzes möglich, so dass ein mit den erfindungsgemäßen Wandelementen hergestelltes Haus auch erhöhten ästhetischen Anforderungen genügt. Zur Erhöhung des Wohnkomforts ist es auch ohne weiteres möglich, auch die innenliegende Betonschicht mit einer Putzschicht zu versehen. Diese sollte jedoch so ausgeführt werden, dass der Wärme- bzw. Kälteübergang von der Betonschicht zum Rauminneren nicht behindert wird.
Von besonderem Vorteil ist weiterhin, dass das erfindungsgemäße Wandelement auf sehr einfache Weise von einem ”Sommerbetrieb” in einen ”Winterbetrieb” umgeschaltet werden kann, indem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wodurch die Zwischenschicht austrocknet. In diesem Fall bildet die Zwischenschicht eine Wärmedämmschicht, welche unerwünschte Wärmeverluste vom Inneren des Bauwerks nach Außen verhindert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Betonschicht aus einem wasserdichten Beton. Dies verhindert, dass unerwünschte Feuchtigkeit in das Rauminnere eintreten kann. Alternativ hierzu ist es jedoch auch ohne weiteres möglich, zwischen der Betonschicht und der Zwischenschicht, über welche das Wasser zugeführt wird, eine wasserundurchlässige Wassersperrschicht vorzusehen, welche den Übertritt von Wasser in den Beton verhindert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind in der Betonschicht Wandheizelemente angeordnet. Hierdurch können die Wandelemente bei kühlen Außentemperaturen geheizt werden, so dass sie nicht nur für den Sommerbetrieb, sondern auch für den Winterbetrieb geeignet sind. Die Betonschicht nimmt von den Wandheizelementen die Wärme auf und kann sie aufgrund des großen Wärmespeichervermögens auch über längere Zeit speichern. Die von der Betonschicht abgegebene Strahlungswärme schafft dabei ein sehr behagliches Raumklima.
Die Zwischenschicht, über die das Wasser zugeführt werden kann, besteht vorzugsweise zumindest überwiegend aus Blähton oder einem anderen Material, das in ähnlicher Weise wie Blähton Wasser aufnehmen, im Inneren der Zwischenschicht gleichmäßig verteilen und zur diffusionsoffenen Putzträgerschicht transportieren kann. Blähton ist besonders geeignet, da er nicht nur eine gute Wasseraufnahmefähigkeit, sondern – im trockenen Zustand – auch gute Isoliereigenschaften aufweist. Die Zwischenschicht bietet in diesem Fall in Kälteperioden, in denen die Wasserzuführung gestoppt und die Zwischenschicht trocken ist, eine gute Wärmedämmschicht. Der aus dem Naturbaustoff Ton hergestellte Blähton verfügt über hervorragende bauphysikalische Eigenschaften. Wände mit einer Blähtonschicht sind schalldämmend und wärmespeichernd, haben hohe Wärmedämmwerte, sind nicht brennbar und dampfdiffusionsoffen. Hierdurch wird hoher Wohnkomfort geschaffen, während die Heizkosten niedrig gehalten werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind in der Zwischenschicht Wasserleitungen angeordnet, über welche das Wasser gleichmäßig der Zwischenschicht zuführbar ist.
Im Außenbereich befindet sich ein diffusionsoffener Putzträger, der die Feuchtigkeit aufnimmt und an die Luft abgibt. Hierdurch entsteht eine entsprechende Verdunstungskälte, die sich auf das gesamte Wandelement überträgt und über die weiter innenliegenden Schichten auf den Innenraum überträgt. Vorteilhafter Weise besteht die Putzträgerschicht aus einem hydrophilen Material. Hierdurch wird der Diffusionsprozess des Wassers zur Wandaußenseite hin begünstigt. Besonders vorteilhaft sind Mineralschaumplatten.
Außenseitig wird auf der Putzträgerschicht zweckmäßigerweise ein diffusionsoffener Putz aufgebracht. Hierzu eignet sich besonders ein Kalkputz, der durch seine hohe Diffusionsoffenheit Feuchtigkeit aufnehmen und abgeben kann und außerdem Algen und Pilzen keine Wachstumsgrundlage bietet. Zusätzlich sind Kalkputze antistatisch und damit schmutzabweisend.
Das erfindungsgemäße Wandelement kann auf einfache und kostengünstige Weise in unterschiedlichsten Größen hergestellt werden. Ist das Wandelement als vorgefertigtes Verbundelement ausgebildet, ist das Wandelement besonders einfach und schnell montierbar. Zweckmäßigerweise entspricht das Wandelement der Breite und/oder Höhe des Raums, so dass für eine Seite eines Raums nur ein einziges oder wenige Wandelemente verwendet werden müssen. Es ist ohne weiteres möglich, mehrere derartige Wandelemente aneinander zu reihen, um entsprechend längere und/oder höhere Wände zu schaffen.
Es ist auch ohne weiteres möglich, das Wandelement erst am Aufstellort des Bauwerks fertig zu stellen. Beispielsweise ist es möglich, die Wand durch folgende aufeinanderfolgende Schritte herzustellen: Errichten einer Betonwand, gegebenenfalls Anbringen einer Wassersperrschicht auf der Außenseite der Betonwand, Anbringen der wasserführenden Zwischenschicht mit darin eingebetteten porösen Wasserleitungen und der Putzträgerschicht, und letztendlich Anbringen des Außenputzes auf der Putzträgerschicht.
Es ist weiterhin möglich, die Wandelemente mittels einzelner Formhohlsteine herzustellen, die weiter innen liegende und weiter außen liegende Hohlräume aufweisen, in denen Beton bzw. das Material der Zwischenschicht, insbesondere ein Schüttmaterial, zusammen mit den porösen Wasserleitungen eingebaut werden kann.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch ein Klimatisierungssystem gelöst, das mindestens ein vorstehend beschriebenes Wandelement sowie eine Steuereinrichtung mit Fühlern zur Erfassung der Außentemperatur und/oder Innenraumtemperatur und/oder Wandfeuchte umfasst, wobei die Steuereinrichtung die der Wand zuzuführende Wassermenge in Abhängigkeit der Fühlermesswerte regelt. Die damit verbundenen Vorteile entsprechen denjenigen, die vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Wandelement beschrieben wurden.
Die erfindungsgemäßen Wandelemente können besonders vorteilhaft bei einem Verfahren verwendet werden, bei dem das Zuführen von Wasser in die Zwischenschicht mittels einer elektronischen Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Außentemperatur und/oder Innenraumtemperatur und/oder Wandfeuchte geregelt wird. Ein derartiges automatisiertes Regelungsverfahren ermöglicht auf besonders einfache und zuverlässige Weise die gewünschte Klimatisierung der Bauwerke.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wandelement.
Aus 1 ist ein Wandelement 1 ersichtlich, das eine innenseitige wasserdichte Betonschicht 2, eine außenseitige, diffusionsoffene Putzträgerschicht 4 und eine dazwischen angeordnete Zwischenschicht 3 umfasst. Unter ”innenseitig” wird im vorliegenden Zusammenhang diejenige Seite des Wandelements 1 verstanden, die dem Raum zugewandt ist, der vom Wandelement 1 begrenzt wird und der entsprechend klimatisiert werden soll.
Das Wandelement 1 kann als Verbundelement ausgebildet sein, das heißt, die Schichten 2, 3, 4 eines Wandelements 1 bilden zusammen eine feste Einheit, die als Ganzes montiert werden kann.
Die Zwischenschicht 3 besteht vorzugsweise zumindest überwiegend aus Blähton, die eine besonders gute Wasseraufnahmekapazität und darüber hinaus im trockenen Zustand hervorragende Wärmedämmeigenschaften hat. Im Inneren der Zwischenschicht 3 sind übereinander eine Mehrzahl von porösen Wasserleitungen 5 angeordnet, die zueinander zweckmäßigerweise einen regelmäßigen Abstand haben. Über die Wasserleitungen 5 wird der Zwischenschicht 3 nach Art einer Berieselungsanlage Wasser in gleichmäßiger Weise zugeführt, so dass die Zwischenschicht 3 gleichmäßig befeuchtet werden kann.
Von der Zwischenschicht 3 diffundiert das Wasser durch die diffusionsoffene, hydrophile Putzträgerschicht 4 und durch einen darauf aufgebrachten, ebenfalls diffusionsoffenen, nicht dargestellten Außenputz hindurch nach außen. An der Außenseite entsteht dann durch Verdunstung eine entsprechende Verdunstungskälte, die das gesamte Wandelement 1 und damit insbesondere auch die Betonschicht 2 kühlt. Dabei wirkt die Betonschicht 2 aufgrund ihrer großen Masse als Kältespeicher, der insbesondere durch Strahlung, eventuell auch verbunden mit geringfügiger Konvektion, das Rauminnere abkühlt.
Um das Wandelement 1 nicht nur im Sommer zur Kühlung eines Raums, sondern auch im Winter zur Erwärmung eines Raums einsetzen zu können, ist in der Betonschicht 2 mindestens ein Wandheizelement 6 angeordnet. Dieses Wandheizelement 6 kann beispielsweise aus einer Warmwasserleitung oder einer elektrischen Heizleitung bestehen, die in der Betonschicht 2 schleifenartig geführt ist und die Betonschicht 2 gleichmäßig erwärmt.
Soll das Wandelement 1 für den Winterbetrieb, das heißt zum Heizen, eingesetzt werden, wird das Zuführen von Wasser über die Wasserleitungen 5 gestoppt, so dass die Zwischenschicht 3 austrocknet und eine hochwirksame Wärmedämmschicht bildet.
Beim Einsatz des Wandelements 1 als Kühlelement wird zweckmäßigerweise eine Steuerungseinrichtung verwendet, die anhand von externen Wettereinflüssen, das heißt anhand der Sonneneinstrahlung und der Außentemperatur, sowie anhand der Wandoberflächentemperatur im Innenraum oder der Innenraumtemperatur diejenige Wassermenge berechnet, die benötigt wird, um die optimale Kühlung zu erreichen. Hierzu sind an geeigneten Stellen der Betonschicht 2 mehrere nicht dargestellte Temperaturfühler vorgesehen. Die Berechnung wird mit Hilfe eines Zeitintervalls und einer entsprechenden Feuchtigkeitsmessung realisiert. Die Steuerungseinrichtung führt eine Plausibilitätsabfrage durch, in der festgestellt wird, ob die Einstrahlleistung der Sonne ausreichend und die Raumtemperatur größer als der Sollwert ist. Ist dies der Fall, wird ein Wassereintrag in die Wandkonstruktion freigegeben. Dieser Prozess wird zyklisch wiederholt.

Claims

Wandelement zur adiabatischen Kühlung von Bauwerken, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandelement, in der Reihenfolge von Innen nach Außen, eine wärme- bzw. kältespeichernde Betonschicht (2), eine sowohl als Wasseraufnahme- und -verteilschicht als auch als Wärmedämmschicht geeignete Zwischenschicht (3) und eine diffusionsoffene Putzträgerschicht (4) umfasst, durch die hindurch das über die Zwischenschicht (3) zugeführte Wasser nach außen diffundieren kann.
Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonschicht (2) aus einem wasserdichten Beton besteht.
Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Betonschicht (2) und der Zwischenschicht (3) eine wasserundurchlässige Wassersperrschicht vorgesehen ist.
Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Betonschicht (2) mindestens ein Wandheizelement (6) angeordnet ist.
Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3) zumindest überwiegend aus Blähton besteht.
Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zwischenschicht (3) mindestens eine Wasserleitung (5) angeordnet ist, über welche das Wasser gleichmäßig der Zwischenschicht (3) zuführbar ist.
Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Putzträgerschicht (4) aus einem hydrophilen Material besteht.
Wandelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Putzträgerschicht (4) aus Mineralschaumplatten besteht.
Klimatisierungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimatisierungssystem mindestens ein Wandelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Steuereinrichtung mit Fühlern zur Erfassung der Außentemperatur und/oder Innenraumtemperatur und/oder Wandfeuchte umfasst, wobei die Steuereinrichtung die der Wand zuzuführende Wassermenge in Abhängigkeit der Fühlermesswerte regelt.
Verfahren zum Klimatisieren von Bauwerken mittels adiabatisch kühlbarer Wandelemente, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführen von Wasser in die Zwischenschicht (3) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Außentemperatur und/oder Innenraumtemperatur und/oder Wandfeuchte geregelt wird.