DE102011013585A1

DE102011013585A1 - Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlungseintrag in äußere Gebäudewände

Info

Publication number: DE102011013585A1
Application number: DE102011013585A
Authority: DE
Inventors: Bernd Friemuth
Original assignee: Infra Eps Machinery GmbH
Current assignee: Infra Eps Machinery GmbH
Priority date: 2011-03-13
Filing date: 2011-03-13
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände (1), bestehend aus einer Halbschale (2), die mit Ihrer offenen Seite (15) auf einer Gebäudeaußenwand (1) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb dieser Halbschale (2) mindestens ein mit Druckluft aufblasbarer Ballon (6) vorhanden ist, der im aufgeblasenen Zustand (5) den Innenraum (12) der Halbschale (2) unter Auslassung von Randbereichen (13) ausfüllt und der sich beim Entfernen der Druckluft wieder entleert und zusammenfällt, und die Oberfläche der Ballons eine Solarstrahlen reflektierende Oberfläche ausweisen wobei die Halbschale aus nur einem einzigen thermoplastische Verformten Teil bestehen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahleneintrag mit Absorptionsgewinnen, in äußere Gebäudewände.
Jede äußere Gebäudewand (1) wird durch die auftreffenden und diffus vorhandenen Solarstrahlen zu einem Speichermedium für Solarstrahlung und Wärme.
In den Nachtstunden, wenn die Solarstrahlen nicht anfallen, strahlt die äußere Gebäudewand (1) einen Teil der gespeicherten Energie wieder ab – und kühlt sich dabei wieder ab. Dabei wird nicht die gesamte Energie wieder an den Außenflächen abgestrahlt, sondern ein Teil wird durch einen Wärmetransport in die Innenwandoberflächen (16) weitertransportiert und dort in den Innenraum abgegeben, wodurch die Raumlufttemperatur beeinflusst wird.
Durch diesen Vorgang zeigt sich in den Innenräumen ein Temperaturanpassung, da die Temperaturschwankungen durch die Nachtabkühlungen im Außenbereich nicht in den Innenräumen unverzüglich zu einer Abkühlung führen.
Dieser Vorgang wiederholt sich fortlaufend Im Tag- und Nacht Rhythmus. Seit einigen Jahren werden in zunehmenden Maße die Außenwand – Oberflächen der Gebäude mit Wärmedämmstoffen aus Kunstschäumen oder Fasermatten beschichtet.
Es soll hiermit eine Wärmedämmung erreicht werden, um im Innenbereich der Gebäude erzeugte Wärmeenergie möglichst lange gespeichert zu halten.
Mit dieser Außendämmung wird jedoch nahezu jede Nutzung des Solarstrahleneintrags mit dem auftretenden Absorptionsgewinn von Wärmeenergie, in die Gebäude -Außenwände verhindert.
Die kostenlose Energie der Sonne wird somit nicht mehr genutzt und hier zwangsläufig ausgesperrt.
Diese Dämmmaßnahmen sind durch oft nach Jahren auftretende Bauschäden mit Feuchtigkeitsansammlungen in den beschichteten Wänden und den dann auftretenden Schimmelbildungen, umstritten. Der Feuchtigkeitseintrag in die Isolierbeschichtung und in die Gebäudeaußenwände ist über die Jahre nicht auszuschließen. Auch Schimmelbildungen in den Innenräumen mit den bekannten Gesundheitsbelastungen sind zu erwarten.
Eine nötige Dampfdiffusion zur Abführung der Feuchtigkeit nach außen findet nicht ausreichend statt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen die unter Verwendung besonderer Elemente, Vorrichtungen und Steuerungen die höchst mögliche Nutzung des Solarstrahleneintrags mit den möglichen Wärme -Absorptionsgewinnen bei gleichzeitiger Steuerung und Beeinflussung der Wärmetransportvorgänge in den Gebäude Außenwänden vorzuschlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, beachtet besonders die Tatsache, dass nicht der Temperaturunterschied zwischen der Außenluft und der Innenraumlufttemperatur entscheidend ist für den erfolgreichen solaren Wärmeeintrag in die Gebäudewand sondern die Wandoberflächen Temperatur der Gebäudeaußenwände – Innen und Außen.
Genau diese durch den Solarstrahleneintrag erreichte, Wandoberflächentemperatur in die Außengebäudewand wird erfindungsgemäß gezielt eingefangen, gesteuert, gehalten oder abgegeben, zur Erreichung der gewünschten Wärmetransportvorgänge. Es wird vorgeschlagen, dass eine Halbschale (2), die aus Solarstrahlung durchlässigem Material besteht mit der offenen Fläche (15) bündig auf der Gebäudeaußenwand (1) montiert ist, sodass sich ein nahezu still stehender Luftraum unter dieser Halbschale bildet, wobei mindestens ein aufblasbarer, ein- oder mehrzelliger Ballon (3) sich gezielt gesteuert so in dem stehenden Luftraum ausbreitet, dass dieser Ballon den gesamten Raum, unter Auslassung von Randbereichen (13), ausfüllt, die vorhandene still stehende Luft gezielt durch vorgesehene Öffnungen (4) rausdrängt und beim gesteuerten Erschlaffen des Ballons die Öffnungen wieder frei gibt und wieder frische Luft einströmen lässt.
Hierbei ist vorgesehen, dass der Ballon selbst aus hochfestem, elastischen, UV-Strahlen beständigen Material, wie vorzugsweise aus Latex besteht und in verschiedenen Farben beschichtet oder auch mit Infrarotreflektierender Oberfläche wie Aluminium beschichtet ist, wobei eine mit Aluminium bedampfte Beschichtung vorgeschlagen wird.
Der so beschichtete Ballon stellt sicher, das wenn er bei Sonnenuntergang gefüllt wird und dabei die Halbschale ausfüllt, dass die in der Gebäudeaußenwand gespeicherte Wärme nicht nach außen an die Umgebungsluft verloren geht, sondern in der Wand gehalten wird. Die Reflexbeschichtung des Ballons bewirkt weiter, das die Wärme wieder in die Wand zurückgeworfen wird und die abkühlenden Einflüsse der Nacht nicht direkt auf die Fläche der Gebäudeaußenwand wirken können. Der stehende Luftinhalt des Ballons stellt einen guten thermischen Isolator dar.
Erfindungsgemäß sich mehrere verschiedene Ballons in Farbe, Form und Ausführung vorhanden und einsetzbar, die gezielt nach Ihren physikalischen Eigenschaften aufgebläht oder nicht aufgebläht innerhalb der Halbschale verbleiben. Ist der Ballon erschlafft (6), liegt er hinter einer Abdeckung, die einen Sicht- und Lichtschutz (7) bildet.
Es wird vorgeschlagen die Halbschale aus einem einzigem Tiefziehteil herzustellen.
In einer weiteren Ausführung besteht der Rahmen aus wetterfesten Kunststoffteilen oder aus einem Aluminium Profil, dass gleichzeitig die nötige hochwertige Designlösung darstellt. Die Hauptfläche ist dann vorzugsweise aus einer Glas – oder einer Kunstglasscheibe hergestellt. Zur Erreichung einer höheren Wirkung ist die Gebäudeaußenwand Oberfläche (14) unterhalb der Halbschale schwarz oder dunkel beschichtet. Die Struktur ist mit deutlichen Höhnunterschieden ausgeführt, damit der Ballon (3) im aufgeblähten Zustand auch in Richtung Gebäudewand die gewünschte Wärmereflexion erreichen kann. Es muss immer ein Luftabstand zwischen den Flächen bestehen um eine Wärmereflexion zu erreichen.
Ersatzweise kann zur Erreichung eines Abstandes die Gebäudeaußenwand innerhalb der Halbschale ein Gitter im Abstand aufmontiert tragen.
insgesamt besteht mit der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung eine preisgünstige, leicht einzusetzende Technik, ohne elektrische Elemente auf der Gebäudeaußenwand.
Die Ballons werden über Luftleitungen (16) mit Luft gefüllt und auch wieder entlüftet. Hierzu werden Schaltventile (8) eingesetzt.
Die nötige Druckluft wird über einen Luftkompressor (9) erzeugt. Ersatzweise werden mit Solarenergie betriebene Kleinkompressoren, die den Halbschalen zugeordnet sind über Funkbefehle gesteuert. Weiterhin ist die gesteuerte Befüllung der Ballons mittels eines Wärmedämmenden Gases möglich, das jeweils immer wieder Verwendung findet, da es gezielt eingeblasen und wieder zurück gesogen und in Behältern gespeichert wird. Über den gesteuerten Drucklufteinsatz besteht so die Möglichkeit die aufblasbaren und wieder zurückführbaren mit einhergehender Erschlaffung der Ballons eine Beschattung oder Bestrahlung der Gebäudeaußenwände zu erreichen. Sowie eine gesteuerte Be- und Entlüftung des bestehenden Hohlraumes (12) innerhalb der Halbschale durchzuführen.
Die Gebäudeaußenwände (1) können so in den warmen Monaten am Tage bei hoher Solareinwirkung gezielt beschattet gehalten werden und so die Solareinwirkung reduziert halten, und in der Nacht wenn keine Solareinwirkung vorhanden ist, dennoch gespeicherte Wärme an die Außenluft abgeben indem Kühlöffnungen (4) nach dem Erschlaffen des Ballons freigegeben sind. So wird die unerwünschte Erwärmung der Innenräume bei hohen Außentemperaturen gesteuert. Auch kann ein mehrfaches Aufblähen des Ballon und das sofortige Erschlaffen des Ballons gezielt kühlere, äußere Umgebungsluft an die Wandfläche bringen.
In den kalten Monaten und insbesondere in den Übergangszeiten, wie im Frühjahr und Herbst, in Mitteleuropa, wenn durch die tiefer stehende Sonne sehr günstige Umstände für die Nutzung für den Solar Strahlungseintrag bestehen, da der Aufschlagswinkel der Sonne zu den Gebäudeaußenwänden oft bei nahezu 90° liegt und dadurch gerade dann eine gute Möglichkeit der Nutzung mit einem hohen Wirkungsgrad besteht. Dann wird der Ballon nicht gefüllt und die Sonnestrahlen erwärmen die schwarzen oder dunklen Gebäudeaußenflächen (13). In den Nachtstunden, wenn keine Solarstrahlung vorliegt, wird der Ballon aufgebläht und bildet so den Isolier- und den Reflexionskörper. Dann wird die in der Gebäudewand gespeicherte Wärme gezielt in der Gebäudewand gehalten und steht zum Transport in den Innenraum zur Verfügung. Eine Abgabe der gespeicherten Wärme an die kühlere Außenluft ist weitgehend ausgeschlossen.
Die Nutzung der Solarstrahlung ist nicht nur von klarer Sonnenstrahlung alleine abhängig. Auch bei bedeckten Himmel und auch auf der von der Sonne abgewandten Seite von Gebäuden ist Solarstrahlung wirksam. Die Solarstrahlung ist durch die von ihr ausgehende kurzwellige Solarstrahlung wirksam. Reflexionen der Solarstrahlung von anderen Gebäuden und Gegenständen bewirken eine Verbreitung und Wirkung auch an der der Sonne abgewandten Seite von Gebäuden.
Soll eine möglichst geringer Solareintrag erreicht werden, wie es in Bereichen der Erde mit hoher Sonneneinstrahlung zur Verminderung der Gebäudeerwärmung gewünscht wird, wird die Wandoberfläche gezielt weiß und glatt gestaltet. Auch eine Aluminiumfolien Beschichtung der Gebäudeflächen unterhalb der erfindungsgemäßen Halbschalen wird vorgeschlagen.
Es wird der Ballon (3) aufgebläht gehalten, wobei auch die Aluminiumbeschichtung des Ballons die Sonnenstrahlen zurückwirft. So wird ein hoher Reflektionsgrad erreicht, mit einem geringen Wärmeeintrag in den Gebäudewandkörper.
Es wird so ein Modul vorzuschlagen das die Solarwärmegewinne innerhalb der Gebäudewände speichert und halten kann, auch wenn die außen herrschenden Umgebungsumstände sich so gestalten das ohne die erfindungsgemäßen Module die gespeicherte Wärme an die außen vorhandene Umgebungsluft, wie die kältere Luft in der Nachtzeit, oder bei Abkühlungen am Tage, verloren geht.
Es kann auch eine erhöhte Wirkung erreicht werden, wenn Teilbereiche, insbesondere dauerhaft beschattete Teilflächen einer Gebäudeaußenwand mit Dämmplatten versehen sind während auf den besonnten Flächen die erfindungsgemäßen Module montiert sind.
Der Hohlraum unter Halbschale weist beispielsweise eine Höhe von 5 cm bis 10 cm auf, der Halbschalen Modulrahmen 100 cm × 100 cm.
Die Befehle für die Be- und Entlüftung der Ballons erfolgen manuell über Schalter oder durch einen Computer (10) der mittels eines gespeicherten Programms auf die ermittelten Fakten über Sensoren (11) wie Temperaturen Sonneneinstrahlung zurückgreift oder auch auf vorliegende Wettervorhersagen reagiert.
Es können so alle den örtlich gegebenen Umständen die für die gewünschten Innentemperaturen nötigen Verstellungen vorgenommen werden.
Gruppen dieser Module können je nach Ausrichtung zur Sonne in ihren Funktionen unterschiedlich gesteuert werden.
Die erfindungsgemäßen Module sind durch die in und an ihr montierten Elemente über lange Zeit wartungsfreie, das selbstständig arbeitet. Alle eingeplanten Elemente sind sehr kostengünstig zu erstellen und stehen aus Massenproduktionen zur Verfügung.
In der Patentanmeldung DE 32 30 639 A1 wird vorgeschlagen in Modulen Rollladen mittels Motoren zu bewegen und den Wärmeverlust und den Wärmeeintrag in die Gebäudeaußenwand zu steuern.
Diese Anmeldung ist jedoch nur mit einem sehr hohen Aufwand and großem technischem Einsatz möglich. Alleine die hohe Anzahl der nötigen Motore, die alle einzeln elektrisch sicher und dauerhaft versorgt werden müssen stellt einen sehr hohen Aufwand dar.
Ebenfalls ist die Belüftung des Innenraumes der Module nicht gelöst, sodass sich hier ständig Wasserdampf bildet und hält, der in die Gebäudewand eindringt. Es müsste hier eine extra Technik eingebaut werden, die den Luftaustausch sicher stellt. Und so einen weiteren zusätzlichen Aufwand darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3230639 A1 [0034]

Claims

Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände (1), bestehend aus einer Halbschale (2), die mit ihrer offenen Seite (15) auf einer Gebäudeaußenwand (1) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb dieser Halbschale (2) mindestens ein mit Druckluft aufblasbarer Ballon (6) vorhanden ist, der im aufgeblasenen Zustand (5) den Innenraum (12) der Halbschale (2) unter Auslassung von Randbereichen (13) ausfüllt und der sich beim Entfernen der Druckluft wieder entleert und zusammenfällt.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ballon eine Oberfläche aufweist, die durch eine besondere Oberflächenbeschichtung stark Solarstrahlen reflektiert.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gebäudeaußenwand innerhalb der Halbschale eine stark strukturierte Oberfläche (14) mit dunkler Farbgebung aufweist.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale aus einem einzigen, thermoplastisch verformten Teil besteht.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale aus Aluminium und – oder Kunststoffprofil Seitenteilen besteht, die mittig eine Solarstrahlen, durchlässige Abdeckung aufweisen.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschale Ausschnitte (4) Ihrer Wandung aufweist, die einen Luft Aus – und Eintritt ermöglichen.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Battonfunktion mittels Luftkompressoren (9), Luftventilen (8) über Luftteilungen (18) durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Ballonfunktionen über einen programmierten Computer (10) erfolgt, der die gewünschten Ballonfunktion mit dem nachfolgenden Wärmetransport in die Gebäudeaußenwand ausführt und die Handlung nach angeschlossenen Sensoren (11) errechnet und ausführt.
Vorrichtung zur Speicherung und Steuerung von Solarstrahlenseintrag in äußere Gebäudewände nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ballon (5) durch einen mehrfachen Aufblähvorgang und nachfolgenden Zusammenfall nach Luftentleerung den Hohlraum innerhalb der Halbschale (2) mit getauschter Außenluft füllt.