DE102013021773A1

DE102013021773A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung

Info

Publication number: DE102013021773A1
Application number: DE201310021773
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-21
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2033-12-22
Also published as: DE102013021773B4

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes (100) gegenüber seiner Umgebung, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste thermische Aktivierungsschicht (10), eine thermische Dämmschicht (20), eine zweite thermische Aktivierungsschicht (30), eine Wärmepumpe (40), die mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht und mit der zweiten thermischen Aktivierungsschicht thermisch gekoppelt ist, und Steuerungsmittel, die eingerichtet sind, die Wärmepumpe zu steuern, um über die Wärmepumpe selektiv eine thermische Interaktion der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschichten zu realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung sowie eine Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung unter Verwendung des Verfahrens.
Bekannt sind diverse Varianten der Temperierung (z. B. Beheizung und/oder Kühlung) der Außenhaut eines zu temperierenden Objektes wie eines Gebäudes oder einer Anlage durch eine Aktivierung mit Wärmeträger führenden, thermoaktiven Schichten, sowohl in der (gedämmten) Außenhaut [ DE 195 33 475 A1 ], direkt auf der (vorhandenen) Außenhaut – unter einer (neuen) Wärmedämmung [ DE 10 2008 009 553 A1 ], als auch auf einer (neuen) Wärmedämmung, unter einer zusätzlichen, äußeren Oberfläche [ DE 10 2004 035 946 A1 ], aber auch inmitten einer (neuen) Wärmedämmung [ DE 100 25 642 A1 ].
Die thermische Aktivierung auf der (neuen) Wärmedämmung [ DE 10 2004 035 946 A1 ] dient sowohl der Wärmegewinnung/der Wärmenutzung über einen Wärmespeicher, als auch – zeit-/ortsversetzt – der Wärmezufuhr in die Außenhaut, mit dem Ziel der Reduzierung des Heizwärmebedarfes im versorgten Gebäude.
Die thermische Aktivierung in der Außenhaut [ DE 195 33 475 A1 ] dient auch der Wärmeverschiebung unter den einzelnen, sonnenzu- und -abgewandten Fassaden.
Desweiteren ist auch der direkte, thermische Kurzschlussbetrieb zwischen einer unter einer transparenten Wärmedämmung befindlichen, thermisch aktivierten Schicht und einer thermisch aktivierten Schicht auf der Innenwand bekannt [Hybride transparente Wärmedämmung 1996].
Bekannt ist auch, Fassaden mit thermoaktiven Schichten zu verkleiden, die Wärme absorbieren, und über einen Kreisprozess, mit einem Zwischen(eis)speicher, an das Heizsystem des versorgten Gebäudes abgeben [ DT 27 09 301 A1 ; Energiewand 2008].
Weiterhin bekannt ist die Temperierung von Außenoberflächen von Gebäuden zur Reduzierung der Betauung dieser in der Übergangszeit, um den Bewuchs mit Algen zu vermeiden [Algenvermeidung durch Fassadentemperierung 2011]. Die aus der Sonneneinstrahlung und aus der Umgebung gewonnene Wärme wird in einem Pufferspeicher eingelagert, um sie später zur Temperierung zu nutzen.
Die Nachteile der bisher bekannt gewordenen Lösungen bestehen darin, dass entweder ein großer, kostenintensiver Wärmespeicher für die Zwischenlagerung der gewonnenen Wärme/Kälte erforderlich ist, der nicht überall errichtet werden kann und Wärmeverluste aufweist. Und/oder es sind gesonderte, Wärme/Kälte übertragende Oberflächen innerhalb des versorgten Gebäudes/der Anlage vorgesehen. Der Kreisprozess einer Wärmepumpe ist jedoch in seiner Effizienz exponentiell abhängig von einem möglichst geringen Temperaturhub zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke. Die meist bereits vorhandenen Heizkörper benötigen im Allgemeinen höhere Vorlauftemperaturen als Flächenheizsysteme. Flächenheizsysteme nachzurüsten, ist besonders aufwendig, und nur im unbewohnten Zustand möglich.
Bereits angeregt wurde die Kopplung von Außenwandheizungen mit einem im Außenputz integrierten Flächenabsorber und einem Eisspeicher als Pufferspeicher [IZES 2012]. Dieses System besitzt fünf Kreisläufe, einen ersten Kreislauf aus Fassadenabsorber und einem ersten, warmen Wärmeübertrager in einem Eisspeicher, gefüllt mit Frostschutzmittel, mit Pumpenzirkulation, einen zweiten Kreislauf im Eisspeicher, gefüllt mit Wasser, mit dessen natürlicher Zirkulation und Wärmeleitung, bzw. im gefrorenen Zustand mit Eis – mit reiner Wärmeleitung, einen dritten Kreislauf zwischen einem zweiten, kalten Wärmeübertrager in demselben Eisspeicher und dem Verdampfer einer Wärmepumpe, gefüllt mit Frostschutzmittel, mit Pumpenzirkulation, einen vierten Kreislauf zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator der Wärmepumpe, gefüllt mit einem verdampfenden oder überkritischen Arbeitsmedium (CO2), mit Verdichterzirkulation, und einen fünften Kreislauf zwischen dem Kondensator der Wärmepumpe und der Außenwandtemperierung, gefüllt mit Wasser, mit Pumpenzirkulation. Zwischen dem dritten und dem fünften Kreislauf kann ein Wärmeübertrager angeordnet sein, um den vierten Kreislauf, die Wärmepumpe bei ausreichenden Temperaturen zu umgehen.
Der Eisspeicher ist verbunden mit einem entsprechenden Aufwand und Platzbedarf.
Die mittlere Umgebungs(luft)temperatur in der Heizsaison liegt in Deutschland über null Grad. Dann wird mit der um die null Grad kalten Sole eines Eisspeichers im ersten Kreislauf am Putzabsorber die Außentemperatur unterschritten, was zu zusätzlicher Betauung und ggf. zu Vereisung und Algenbildung führt, mit den entsprechenden, negativen Folgen.
Auch entstehen an den beiden Wärmeübertragern im Eisspeicher zwei Temperaturdifferenzen – zwischen dem ersten, dem Absorberkreis, und dem dritten, dem Wärmepumpen-Kreis, die über größere Distanzen lediglich indirekt verbunden sind durch das schlecht Wärme leitende, frei zirkulierende Wasser bzw. später durch das feste Eis. Dies führt auf der Primärseite der Wärmepumpe zu Temperaturen von bis zu –7°C, was den Temperaturhub an der Wärmepumpe erhöht – und ihre Leistungszahl senkt.
Je kleiner der Putzabsorber im Verhältnis zur gesamten Umfassungsfläche ist – weil er z. B. nur eine Teilfläche wie die Südfassade belegt, desto tiefer unter der Umgebungstemperatur stellen sich die Soletemperaturen im dritten und ersten Kreislauf ein, um das Gebäude ausreichend beheizen zu können (q = U·A·dθ = konst.). Ein Viertel der Fläche A erfordert also die vierfache Temperaturdifferenz dθ, zusätzliche künstliche Turbulenz dU am Wärmeübertrager Fassade, und/oder einen größeren Eisspeicher.
Da der Putzabsorber in direktem thermischen Kontakt zur Wärmedämmung auf der Fassade steht, führt die Unterschreitung der Umgebungstemperatur an dieser Stelle zu höheren Wärmeverlusten des Außenwandtemperierungssystems des Gebäudes, was wiederum durch eine noch tiefere Soletemperatur im Putzabsorber und eine noch höhere Soletemperatur im Außenwandtemperierungssystem kompensiert werden muss, was den Temperaturhub an der Wärmepumpe weiter erhöht – und ihre Leistungszahl weiter senkt, bis hin zur Leistungsgrenze der Wärmepumpe.
Der erste, dritte und fünfte Kreislauf erfordern jeweils gesonderte Umwälzpumpen, Ausdehnungsgefäße, Befüll- und Entleerungsmöglichkeiten, Temperatursensoren und aufeinander abgestimmte Steuerungen, sowie elektrische Antriebsenergie. Insgesamt sind die bekannten Systeme sehr aufwendig und schwer zu beherrschen.
Weiterhin bekannt ist eine Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes [ US 24 62 557 ] gegenüber seiner Umgebung, aufweisend:

– eine erste Wärmeübertragungseinrichtung, die über einer Innenfläche des Objektes angeordnet ist,
– eine thermische Dämmschicht, die bezüglich der Innenfläche des Objektes über der ersten Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet ist, so dass sich die erste Wärmeübertragungseinrichtung zwischen der thermischen Dämmschicht und dem Inneren des Objektes befindet,
– eine zweite Wärmeübertragungseinrichtung, die bezüglich der Innenfläche des Objektes über der thermischen Dämmschicht angeordnet ist, so dass sich die thermische Dämmschicht zwischen der ersten Wärmeübertragungseinrichtung und der zweiten Wärmeübertragungseinrichtung befindet,
– eine Wärmepumpe, die mit der ersten Wärmeübertragungseinrichtung und mit der zweiten Wärmeübertragungseinrichtung direkt thermisch gekoppelt ist, und
– Steuerungsmittel (Ventile), die eingerichtet sind, die Wärmepumpe zu steuern, um über die Wärmepumpe selektiv eine thermische Interaktion zwischen erster und zweiter Wärmeübertragungseinrichtung zu realisieren,
– um Wärme in einer Wärmeübertragungseinrichtung zu absorbieren, und diese Wärme in der anderen Wärmeübertragungszone wieder abzugeben,
– wobei die Wärmeübertragungseinrichtungen in der Außenwand aus hohlen, Luft führenden Kanälen bestehen, gebildet aus beabstandeten inneren und äußeren, relativ gut Wärme leitenden, und aus in der Mitte liegenden, Wärme gedämmten Paneelen,
– wobei auf der einen Seite der parallelen, Luft führenden Kanäle der Kondensator, und auf der anderen Seite der Verdampfer der Wärmepumpe angeordnet sind,
– wobei die Luft führenden Kanäle an ihrem oberen und unteren Ende über Öffnungen in dem Wärme gedämmten Paneel miteinander kommunizieren,
– oder das Wärme gedämmte Paneel ist durchgehend und reicht von unten bis oben in der Außenwand und hat keine Öffnungen zur Luftzirkulation; die Wärmeübertragungseinrichtungen reichen in der Außenwand über die gesamte Höhe der Räume auf beiden Seiten des Wärme gedämmten Paneels und diese Räume sind befüllt mit toter Luft oder mit einem geeigneten, Wärme leitenden Material.

Es soll in weiten Bereichen möglich sein, die Wärmetransmission durch die Wandstruktur zu variieren.
Wenn zum Beispiel die Temperatur der äußeren Wärmeübertragungseinrichtung der der Außenluft entspricht, während die Temperatur der inneren Wärmeübertragungseinrichtung der der Raumtemperatur entspricht, soll es zwar keine Wärmeverluste durch die Wand geben. Die für den Betrieb der Wärmepumpe erforderliche Antriebsenergie muss dann jedoch anderweitig abgeführt werden, zum Beispiel über einen gesonderten Kondensator an die Raumluft, was zu erhöhtem apparativem wie betrieblichen Aufwand führt.
Wenn in einem anderen Beispiel die Temperatur der äußeren Wärmeübertragungseinrichtung geringfügig unter der der Außenluft liegt, während die Temperatur der inneren Wärmeübertragungseinrichtung höher ist, als die Raumtemperatur, so soll die Außenluft als Wärmequelle genutzt und die Wärme in den Raum transportiert werden können. Dadurch steigt jedoch der Temperaturhub an der Wärmepumpe und die dabei entstehende Arbeitszahl der Wärmepumpe entspricht nicht dem möglichen Optimum.
Zudem betrifft die bekannte Vorrichtung ausschließlich Neubaukonstruktionen; für die Sanierung des Gebäudebestandes ist sie nicht vorgesehen. Unklar bleibt, wie die Wandkonstruktion insgesamt, und im einzelnen, wie die Wärmeübertragungseinrichtungen in den Räumen auf beiden Seiten des Wärme gedämmten Paneels zu montieren, und wie diese Räume mit einem nicht gasförmigen, Wärme leitenden Material zu befüllen sind, ohne zu einer Verformung der inneren und äußeren Paneele zu führen. Die die Statik der Umfassungswand bildenden Doppel-T-Träger stellen Wärmebrücken zwischen dem Innenraum und der Umgebung, aber auch zwischen den beiden Wärmeübertragungseinrichtungen dar, was sich grundsätzlich negativ auf den Transmissionswärmeverbrauch auswirkt. Andererseits ist ein gezielter, aktiver Wärmekurzschluss zwischen der äußeren und der inneren Wärmeübertragungseinrichtung, ohne den Wärmepumpenkreislauf, wie er zum Beispiel in der Heizsaison bei solarer Einstrahlung wünschenswert und vorteilhaft sein kann, in dieser Ausführung nicht vorgesehen.
Zudem gibt dieser bekannte Stand der Technik zu freien Gebäudeaußenwänden keine Lehre, wie bei den übrigen Umfassungsflächen eines Gebäudes, den Kellerwänden, der Bodenplatte beziehungsweise der Kellerdecke und bei unfreien Trennwänden zu verfahren ist. Die aus dem Gebäude an die Umgebung abfließende Wärme bleibt hier ungenutzt und muss von anderen Wärmequellen kompensiert werden. Sind diese Wärmequellen die Wärmeübertragungseinrichtungen in der Außenwand, so muss an diesen ebenso die Temperatur der Umgebungsluft unterschritten werden, wie an Putz- oder Dachabsorbern, mit den damit verbundenen negativen Effekten – Kondensat-/Reifbildung, Durchnässung, Frostschäden, erhöhter Temperaturhub und geringere Arbeitszahl der Wärmepumpe.
Ebenfalls bekannt ist eine, auch für die Sanierung geeignete, thermische Gebäudefassade beziehungsweise Gebäudeaußenwand [ DE 10 2008 009 085 B4 ] mit einer einen gebäudeaußenseitig liegenden Raum nach gebäudeaußen abschließenden Gebäudewand, einer unter Bildung eines Hohlraums außen im Abstand vor der Gebäudewand angeordneten Dämmschicht, und einem parallel zu der Gebäudewand in dem Hohlraum angeordneten Wärmetauscher, wobei der Hohlraum über Luftkanäle, die durch die Gebäudewand hindurch in den Hohlraum führen, mit dem Raum in Verbindung und im Luftaustausch steht, und der Wärmetauscher von der über die Luftkanäle transportierten Luft durchströmbar ist.
Besonders vorteilhaft soll eine Anordnung des Wärmetauschers dergestalt sein, dass dieser jeweils im Abstand sowohl von der Dämmschicht als auch von der Außenseite der Gebäudewand angeordnet ist. So erfolgt ein Wärmeübergang bevorzugt zur zirkulierenden Luft, und nur indirekt zur angrenzenden Gebäudewand und zur Dämmschicht.
Besonders soll sich außen vor der Dämmschicht und parallel zu dieser ein wärmeaufnehmendes Element erstrecken. Dies soll die Möglichkeit eröffnen, Wärmeenergie aus der Umwelt, vor allem über die Außenlufttemperatur bzw. indirekt aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen. Die so gewonnene thermische Energie soll dann über Wärmepumpenanlagen, über Gebrauchswarmwasseranlagen und/oder zur Heizung des innen angrenzenden Raumes nutzbar gemacht werden. Bei Einsatz einer Wärmepumpe in Verbindung mit einer Wärmespeicheranlage, z. B. einem Erdspeicher oder einem Edelstahlspeicher, soll die von dem außen vor der Dämmschicht angeordneten wärmeaufnehmenden Element aufgenommene Umweltwärme dem Erdreich bzw. dem Grundwasser zugeführt und auf diese Weise gespeichert werden. Zugleich soll aus diesem Speicherkreislauf kühleres Wasser gefördert werden, um es in den heißen Sommermonaten zur Temperierung durch Raumkühlung einzusetzen.
Das Wärme aufnehmende Element soll den dahinter angeordneten Raum möglichst großflächig übersteigen und sich letztlich über die ganze Gebäudefassade erstrecken. Vorzugsweise soll das wärmeaufnehmende Element mit Wärmetauscherrohren versehen werden, und die Wärmetauscherrohre sollen zwischen der Dämmschicht und einer Fassadenverkleidung angeordnet werden. Die Erwärmung der Fassadenverkleidung vor allem in den Sommermonaten soll so über kurze Wärmeübertragungswege die Wärmetauscherrohre des wärmeaufnehmenden Elements und damit das darin strömende Wärmeträgerfluid aufheizen. Bevorzugt sollen zu dem gleichen Zweck die Wärmetauscherrohre in metallischem Kontakt mit Metallplatten stehen, die sich unmittelbar hinter der Fassadenverkleidung parallel zu dieser erstrecken. Hierzu soll es insbesondere von Vorteil sein, wenn die Metallplatten, der Dämmschicht zugewandt, mit im Querschnitt U-förmigen Einsenkungen versehen sind, in denen die Wärmetauscherrohre mit gutem metallischen Kontakt verlaufen.
Insgesamt besteht diese Lösung aus folgenden Elementen: horizontalen Trennleisten; vertikalen Trennleisten; einem Hohlraum; einer Dämmschicht; aus Brandschutzplatten; Gipskartonplatten; aus Dämmelementen; einem Wärme aufnehmenden Element; aus Wärmeleitblechen; einer Fassadenverkleidung; einem Wärmetauscher; aus Trägern; Distanzleisten; einem Luftkanal a; einem Luftkanal b; aus Wärmetauscherrohr; einer Metallplatte mit Einsenkungen; aus Gebläseventilatoren und Kondensat-Sammelrinnen. Bereits diese Aufzählung lässt den großen Aufwand bei der Errichtung und das hohe Gewicht dieser Mehrschicht-Lösung erkennen.
Die strömende Luft aus den Hohlräumen soll den in Verbindung stehenden Raum temperieren. Die Zirkulation der Raumluft durch die Luftkanäle und Hohlräume führt zu Staubeintrag in die geschlossene Konstruktion, der nicht mehr abgereinigt werden kann, so dass die Effizienz mit der Zeit nachlassen wird. Mit der zirkulierenden Luft wird zusätzlich Wasserdampf in die Konstruktion gefördert. Bei Unterschreitung des Taupunktes, zum Beispiel an Wärmebrücken, kann es zu Kondensat- und Schimmelbildung in der geschlossenen Konstruktion kommen, verbunden mit den entsprechenden Gesundheitsrisiken. Schimmel wie auch tierische Schädlinge können aufgrund der Unzugänglichkeit der Hohlräume nicht mehr entfernt werden.
Die künstliche Luftzirkulation mit Gebläseventilatoren bedingt neben Verschleiß und Wartungsaufwand zusätzlichen Energieverbrauch und Lärm im Innenraum. Bei einer hohen Luftgeschwindigkeit können die Behaglichkeit mindernde Zugerscheinungen entstehen. Die Öffnungen der Luftkanäle in der Wand dürfen nicht verstellt werden. Sie bilden zudem Schallbrücken zum Innenraum. Schalldämpfer lassen sich in der geringen Außenwandtiefe nur schwer unterbringen.
Zusätzlich zu den Elementen dieser Luftheizung sind ebensolche Elemente für einen Luftaustausch im Innenraum erforderlich, wie Luftkanäle, Gebläseventilatoren, eine Wärmerückgewinnung, was doppelten apparativen Aufwand bedeutet. Die für die Wärmeübertrager empfohlenen Mehrschicht-Metall-Verbundrohre sind für den Wärmeübergang zur zirkulierenden Luft, im Vergleich zu metallischen Rippenrohren nicht ideal geeignet. Dies bedingt einen dichten Verlegeabstand der Rohre und/oder eine hohe Temperaturdifferenz. Eine hohe Temperaturdifferenz zum Wärmeträger verschlechtert die Arbeitszahl einer Wärmepumpe und verringert die Wärmenutzung aus dem äußeren, Wärme aufnehmenden Element. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs im Wärme aufnehmenden Element sind wiederum Metallplatten vorgesehen, die sich unmittelbar hinter der Fassadenverkleidung parallel zu dieser erstrecken und, der Dämmschicht zugewandt, mit im Querschnitt U-förmigen Einsenkungen versehen sind, was den Aufwand nochmals bedeutend erhöht. Auch sind Gipskartonplatten für die Anwendung in der äußeren Dämmebene ungeeignet.
Unklar bleibt zudem, wie diese Gebäudeaußenwand genau zu betreiben ist, damit bei minimalem Energieaufwand im inneren des beheizten Raumes Behaglichkeit erzielt werden kann. Der Wärmetransport mittels Luft lässt zwar eine schnelle Reaktion auf Wärme- oder Kälteanforderungen vermuten, die angenehme Wärmeübertragung durch Strahlung und die enorme Wärme speichernde Fähigkeit der vorhandenen Umfassungswand werden allerdings nicht bewusst genutzt. Und eine reine Luftheizung ist bekanntermaßen die unbehaglichste und energieineffizienteste Form der Raumheizung.
Zudem gibt dieser bekannte Stand der Technik zu freien Gebäudeaußenwänden keine Lehre, wie bei den übrigen Umfassungsflächen eines Gebäudes, dem Dach beziehungsweise der Geschossdecke und den Kellerwänden, der Bodenplatte beziehungsweise der Kellerdecke und bei unfreien Trennwänden zu verfahren ist. Die aus dem Gebäude an die Umgebung abfließende Wärme bleibt hier ungenutzt und muss von anderen Wärmequellen kompensiert werden. Sind dies die sich vor der Dämmschicht und parallel zu dieser erstreckenden, wärmeaufnehmenden Elemente an der Gebäudefassade, so muss an diesen ebenso die Temperatur der Umgebungsluft unterschritten werden, wie an Putz- oder Dachabsorbern, mit den damit verbundenen negativen Effekten – Kondensat-/Reifbildung, Durchnässung, Frostschäden, erhöhter Temperaturhub und geringere Arbeitszahl der Wärmepumpe.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung mittels einer Vorrichtung anzuwenden, womit eine wesentliche Erhöhung der energetischen und wirtschaftlichen Effizienz der Temperierung (Beheizung, Kühlung und/oder Dämmung) von Objekten, wie z. B. Gebäuden, Anlagen oder Einrichtungen, bei gleichzeitig besonders einfachem Aufbau und leichter Montage erzielt wird.
Dies wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 durch die Anwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.
Das Verfahren zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung besteht im Wesentlichen darin, dass durch selektive thermische Interaktion zwischen einer das Objekt vorzugsweise vollflächig umgebenden, ersten thermischen Aktivierungsschicht, und einer die thermische Dämmschicht vorzugsweise vollflächig umgebenden, zweiten thermischen Aktivierungsschicht der Wärmestrom für den Heizfall aus, und für den Kühlfall in das Objekt vollständig unterbunden werden kann, bei fehlender Temperaturdifferenz zwischen dem Objekt und seiner äußeren Oberfläche indirekt mittels einer Wärmepumpe, bzw. bei vorhandener Temperaturdifferenz zwischen dem Objekt und seiner äußeren Oberfläche auf direktem Wege.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung unter Einbeziehung der Objektwand zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: Eine erste thermische Aktivierungsschicht, eine thermische Dämmschicht, eine zweite thermische Aktivierungsschicht, eine Wärmepumpe, die mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht und mit der zweiten thermischen Aktivierungsschicht thermisch gekoppelt ist, und Steuerungsmittel wie Pumpen, Ventile und Temperaturmessgeräte sowie Kopplungsmittel, die eingerichtet sind, die Wärmepumpe zu steuern, um über die Wärmepumpe selektiv eine thermische Interaktion zwischen erster und zweiter thermischer Aktivierungsschicht herbeizuführen. Auf die Verwendung, Anordnung und Schaltung der Steuerungs- und Kopplungsmittel sowie der Wärmepumpe(n) wird im Folgenden nicht näher eingegangen, da sich dies für den Fachmann in naheliegender Weise ergibt.
Im Sinne der Erfindung kann das zu temperierende Objekt z. B. ein stationäres Gebäude, eine Anlage, eine Einrichtung, ein geschlossener oder offener Speicher diverser warmer/kalter Medien, ein beliebiger anderer Behälter wie ein Kessel, ein Fahrzeug, ein Container, ein Kühlschrank, ein Wärmeschrank usw. sein, wobei das Objekt eine Temperaturdifferenz zwischen seinem z. B. ruhenden oder strömenden, festen, flüssigen oder gasförmigen, stationären oder wechselnden Inneren, und der das Objekt umgebenden, z. B. ruhenden oder strömenden, festen, flüssigen oder gasförmigen, stationären oder wechselnden mit ihm thermisch interagierenden Umgebung aufweisen kann.
Vorteilhaft ist die Kombination zweier vorzugsweise vollflächiger (in Bezug auf die Außenfläche des Objektes bzw. in Bezug auf die Umhüllung der thermischen Dämmschicht) jeweils Wärmeträger führender thermischer Aktivierungsschichten, bzw. thermoaktiver Schichten mit einer thermischen Dämmschicht, die entweder

– gemeinsam außen als (z. B. nachträglich angebrachtes bzw. neues) aktives Wärmedämmverbundsystem auf der (ehemaligen) Außenhaut bzw. Außenfläche, oder
– gemeinsam an der Innenseite der Objektwand als inneres aktives Wärmedämmverbundsystem, oder
– getrennt mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht auf der Innenseite der Objektwand, und der thermischen Dämmschicht und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht an der Außenfläche der Objektwand, oder
– getrennt mit der thermischen Dämmschicht und der ersten thermischen Aktivierungsschicht auf der Innenseite der Objektwand, und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht an der Außenfläche der Objektwand

Ähnlich einer Innenwanddämmung ist auch das doppelt aktivierte Wärmedämmverbundsystem (WDVS) an der Innenseite der Objektwand anbringbar, mit den selben Vor- und Nachteilen einer Innenwanddämmung, die bei der Ausführung und im Betrieb berücksichtigt werden müssen, zum Beispiel die mögliche Taupunktunterschreitung in der Wand auch im Heizfall; Vermeidung des Wärmebrückeneffektes durch Teilwärmedämmung der Trennwände und Zwischendecken bis in den Raum hinein. Vorteilhaft ist diese Ausführungsvariante z. B. an Denkmal geschützten Gebäuden anzuwenden.
Eine Alternative zum thermisch doppelt aktivierten Wärmedämmverbundsystem außen oder innen auf der Objektwand ist eine Kombination von thermisch einfach aktiviertem Wärmedämmverbundsystem mit zweiter, äußerer thermischer Aktivierungsschicht als Putzabsorber und Innenwandheizung/-kühlung. Die Vorteile sind die Möglichkeit der individuellen Regelung der Innenheizung/-kühlung und der nachträglichen Montage auf bereits vorhandenen Wärmedämmverbundsystemen, der geringere Wärmeverbrauch und die wesentlich schnellere Reaktionszeit. Als Nachteil kann sich auswirken, dass die Wärmespeicherung in der Außenwand nur bedingt möglich ist, da die Wärmeabgabe vordringlich direkt in den Raum erfolgt. Bei solaren Einträgen durch Fenster nimmt die Wand die Überschüsse durch die thermische Aktivierungsschicht etwas verzögert auf. Die thermische Aktivierungsschicht kann diese Überschusswärme aber abtransportieren, z. B. in nicht solar exponierte Räume. Die Innenwandheizung macht die Wand empfindlich für Nägel etc.
Alternativ kann eine Innenwandheizung/-kühlung zusätzlich zu den beiden äußeren, thermischen Aktivierungsschichten aufgebracht werden. Sie reduziert die Reaktionszeit, erlaubt Einzelraumregelung über/unter der normalen Wand(grund)temperatur und eine bessere Wärmespeicherung in der Objektwand, die durch eine zusätzliche (dünne) thermische Innenwanddämmung unter der Innenwandheizung/-kühlung weiter verbessert werden kann.
Bevorzugt kann als Wärmeträger in den thermischen Aktivierungsschichten Sole verwendet werden, jedoch ist der Wärmeträger nicht auf Sole beschränkt. So kann jedes andere (umweltfreundliche, frostsichere) Medium eingesetzt werden, wenn die zu temperierende Einrichtung z. B. der Außenluft ausgesetzt ist. Es eignen sich z. B. auch Luft, CO2, ggf. auch Wasserdampf und andere (neutrale) Arbeitsgase. Deren Verwendung hat den weiteren Vorteil, dass die in den thermischen Aktivierungsschichten befindlichen Wärmeübertrager vom Arbeitsgas der Wärmepumpe ggf. direkt durchströmt werden können, ohne zusätzliche Wärmeübertrager in einer Wärmepumpe. Damit entfallen zwei weitere Zwischenkreisläufe, Wärmeübertrager und Temperaturdifferenzen daran, was eine gasdichte Ausführung erfordert, den Aufbau aber bedeutend vereinfacht und die energetische Effizienz der erfindungsgemäßen Lösungen entsprechend erhöht.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der effizienteren Temperierung (z. B. Wärmeversorgung/Kühlung/Dämmung) des Objektes, buchstäblich im thermischen Kurzschluss an der Dämmschicht. Auch wenn es paradox erscheint, die Wärme(energie) immer wieder im Kreis zu führen, ohne das Innere des Objektes selbst zu tangieren, so handelt es sich bei der Erfindung um eine besonders effiziente Lösung. Durch die Anbringung der (neuen) thermischen Aktivierungsschichten und der thermischen Dämmschicht an der (alten) Außenhaut des Objektes werden besonders niedrige z. B. Vorlauftemperaturen für z. B. die Beheizung möglich, die etwa denen der gewünschten Objekttemperatur (wie z. B. einer gewünschten Innenraumtemperatur eines Gebäudes) entsprechen.
Die niedrigen Vorlauftemperaturen, und gleichzeitig die geringen Temperaturdifferenzen der thermischen Aktivierungsschichten, welche z. B. als zweite thermische Aktivierungsschicht einen äußeren, möglichst vollflächigen (Putz)absorber bilden und als erste thermische Aktivierungsschicht eine möglichst vollflächige innere Temperierungsfläche (z. B. Heizfläche) bilden, bewirken eine bisher nicht gekannte, besonders hohe Jahresheizarbeitszahl handelsüblicher Wärmepumpen von z. B. über 6,6 im Heizbetrieb.
Alternativ oder zusätzlich ist die zweite thermische Aktivierungsschicht so angeordnet, dass eine thermische Interaktion zwischen der Umgebung und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht möglich ist.
Direkt genutzte Umweltwärme kann bei ausreichenden Temperaturen durch z. B. Sonneneinstrahlung, mittels hydraulischer Kopplung der beiden thermischen Aktivierungsschichten in einem Kreislauf, ohne zwischengeschalteten Kreisprozess und ohne speziellen Wärme-/Eisspeicher, z. B. auch in der Heizsaison von Gebäuden eine weitere Einsparung von elektrischer Antriebsenergie für die Wärmepumpe bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die zweite thermische Aktivierungsschicht in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt, wobei die Steuerungsmittel zweite Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, die Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln.
Insbesondere ist die thermische Aktivierungsschicht auf der thermischen Dämmschicht sektioniert und diese Sektionen stehen miteinander in aktiver hydraulischer Verbindung, wenn diese unterschiedliche Temperaturen aufweisen und wenn die Temperaturdifferenz unter den Sektionen bevorzugt größer als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Objekt und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
Zweckmäßig ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nach der die erste thermische Aktivierungsschicht in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt ist, wobei die Steuerungsmittel dritte Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, die Sektionen der ersten thermischen Aktivierungsschicht selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln.
Insbesondere ist die thermische Aktivierungsschicht unter der thermischen Dämmschicht sektioniert und diese Sektionen stehen miteinander in aktiver hydraulischer Verbindung, wenn diese unterschiedliche Temperaturen aufweisen und wenn die Temperaturdifferenz unter den Sektionen bevorzugt größer als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Objekt und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Steuerungsmittel eingerichtet, die Wärmepumpe in entgegengesetzten Betriebsrichtungen zu betreiben. Insbesondere ist die Wärmepumpe intern oder extern reversierbar, wenn es für das Objekt von Vorteil ist, die Wärmeströme umzukehren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Objekt, seine Wandung und/oder dessen Inhalt als Wärme(- oder Kälte)speicher dient.
Weiterhin von Vorteil ist es, wenn die zweite thermische Aktivierungsschicht und die entsprechende erste thermische Aktivierungsschicht und die dazugehörigen Steuerungsmittel und Kopplungsmittel sowie Wärmepumpen jeweils in eine Mehrzahl von hydraulisch voneinander separate Sektionen unterteilt sind, die ihrerseits einzelnen Sektionen des entsprechenden Objektes zugeordnet sind, so insbesondere einzelnen Räumen oder Wohnungen von Wohnobjekten, einzelnen Temperatursektionen von Wärme- oder Kältespeichern oder dergleichen. Jede Wohnung/jeder Raum klimatisiert sich somit selbst über die sektionierte Vorrichtung an der Außenwand, in der Wirkung den bekannten, unschönen Fenster-Klimaanlagen ähnlich, jedoch mit wesentlich höherer Effizienz, ohne Luftbewegung innen, und von außen völlig unsichtbar. Dies ermöglicht eine individuelle Temperaturniveauregelung und Verbrauchsabrechnung über die Stromrechnung.
Mit dem Ziel der Erzielung der Vollflächigkeit der thermischen Aktivierungsschichten ist die analoge Anwendung der Vorrichtung neben dem Wandbereich ebenso nützlich und bevorzugt erforderlich in allen anderen Bereichen der Objektwand, z. B.

– im geneigten, gedämmten Dach, z. B. in folgender Reihenfolge (von innen nach außen) – (schwere) Zwischensparrendämmung – erste thermische Aktivierungsschicht in den Gefachen – Dampfsperre über den Sparren und Gefachen – Aufsparrendämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht (Kapillarrohrmatten, ev. eingelegt in rillenförmige Vertiefungen der Aufsparrendämmung; ggf. begrenzt auf die Fläche zwischen den Konterlatten) – Dachdeckung (Unterspannbahn; Konterlatten; Dachlatten; Dachziegel; o. a.)
– im geneigten hinterlüfteten Dach, z. B. in folgender Reihenfolge (von innen nach außen) – Geschossdecke – erste thermische Aktivierungsschicht – Wärmedämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht – Dachboden
– im Flachdach, z. B. in folgender Reihenfolge (von innen nach außen) – Betondecke – erste thermische Aktivierungsschicht – Wärmedämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht – Dachdeckung (Dachpappe; Bitumenbahnen; Dachbegrünung; o. a.)
– unter/über der Kellerdecke, z. B. in folgender Reihenfolge (von oben nach unten) – Kellerdecke – erste thermische Aktivierungsschicht – Wärmedämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht. Die Umgebungstemperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht ist hier die Temperatur des (unbeheizten) Kellers.
– unter/über der Bodenplatte, z. B. in folgender Reihenfolge (von oben nach unten) – Bodenplatte (umgeben von einer Frostschürze) – erste thermische Aktivierungsschicht – Wärmedämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht. Die Umgebungstemperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht ist hier die (ungestörte) Bodentemperatur. Der Boden kann auch als Wärme-/Kältespeicher genutzt werden. Bei Bodentemperaturen im Heizfall über/im Kühlfall unter der Wunschtemperatur in der ersten thermischen Aktivierungsschicht erfolgt eine direkte thermische Kopplung ohne/mit parallelem Wärmepumpenbetrieb.
– im Kelleraußenwandbereich, z. B. in folgender Reihenfolge (von innen nach außen) – Kellerwand – erste thermische Aktivierungsschicht – Wärmedämmung – zweite thermische Aktivierungsschicht. Im Kelleraußenwandbereich ist die Vorrichtung mit der zweiten thermischen Aktivierungsschicht im Kontakt zum umgebenden Erdboden. Hier herrschen andere, sich mit der Tiefe ändernde Temperaturen, als in der Umgebungsluft, teils höhere – im Heizfall, teils niedrigere im Kühlfall. Dieser Temperaturunterschied kann mit/ohne eine weitere Sektionierung der zweiten thermischen Aktivierungsschicht genutzt werden, zu einer natürlichen Kühlung im Kühlfall oder zu einer natürlichen Erwärmung im Heizfall, je nach Temperaturniveau der ersten oder zweiten thermischen Aktivierungsschicht. Der Erdboden dient als Wärme-/Kältespeicher.

Wegen des exponentiellen Verlaufs der Abhängigkeit der Leistungszahl von Wärmepumpen vom zu überwindenden Temperaturhub ist es weiterhin besonders effizient, die in der Objektwand, oder in dem Objekt selbst gespeicherte Wärme oder Kälte zu anderen Zwecken, insbesondere der Warmwasserbereitung oder Heizung oder Kühlung zu nutzten, indem weitere Kopplungsmittel vorgesehen sind, die kalte oder warme Seite einer Wärmepumpe mit einer der thermischen Aktivierungsschichten, und die warme Seite der Wärmepumpe mit einer Wärmesenke wie einem Warmwasserbereiter oder einem Objekt internen oder externen Heizsystem, oder die kalte Seite der Wärmepumpe mit einer Wärmequelle wie einem Klimatisierungssystem oder Abwärmesystem zu koppeln.
So erfolgt die Warmwasserbereitung im Heizfall vorzugsweise mit derselben Sole-Wärmepumpe, indem diese zeitversetzt kaskadenförmig mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht zunächst die Objektwand thermisch auflädt, und anschließend die in der Fassade/Wand gepufferte Wärme teilweise wieder entzieht, um einen Speicher aufzuheizen, ausgeführt als Warmwasserspeicher, Kombipufferspeicher, etc. Damit wird der Temperaturhub praktisch halbiert (–15°C → 20°C//20°C → 55°C), die Leistungszahl jeder der beiden Stufen fällt nie unter 4,14, bei Niederhub-Wärmepumpen nie unter 4,7, in Summe nie unter ca. 2,07 bzw. 2,35. Gegenüber einer marktgängigen Luft-Wärmepumpe, die bei einem Temperaturhub von 70 Kelvin (–15°C → 55°C) eine Leistungszahl von ca. 1,4 aufweist, reduziert sich so der Energieverbrauch um mehr als 32% bzw. 40%.
Die kleinen Temperaturspiele hinter der Fassade bleiben für die Bewohner völlig unbemerkt.
Die Weiternutzung des vorhandenen Heizsystems/der Heizkörper zur Einzelraumregelung ist auf gleiche Weise möglich, indem das thermisch doppelt aktivierte WDVS nur der Grundtemperierung dient, z. B. auf 18°C im Heizfall. Das bereits vorhandene, ehemalige Heizsystem bleibt für eine individuelle Nachheizmöglichkeit erhalten. Dieses wird mit nach der Sanierung wesentlich niedrigeren Vorlauftemperaturen vorzugsweise mit derselben Wärmepumpe, oder bei Bedarf mit einer weiteren Wärmepumpe, aus der in der Objektwand gespeicherten Wärme bzw. aus dem Rücklauf aus der entsprechenden, thermischen Aktivierungsschicht gespeist. Der Temperaturhub wird halbiert, insbesondere bei Nutzung effizienterer Niederhub-Wärmepumpen die Arbeitszahl wesentlich angehoben. Alternativ kann natürlich auch die ehemalige Wärmequelle für diese Zwecke erhalten bleiben.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn Temperatur- und/oder Feuchtesensoren in jeder Sektion in aktivierten und nicht aktivierten Bereichen der jeweiligen thermischen Aktivierungsschicht vorgesehen sind, die für die Steuerung der Temperaturen dienen.
So erfolgt die Regelung der Temperatur in der zweiten Aktivierungsschicht im Heizfall nicht nach der Umgebungstemperatur, sondern nach der Temperatur in derselben Ebene, in einem nicht temperierten Bereich. Diese Temperatur ist (beschattet) geringfügig höher, als die Umgebungstemperatur, was den Temperaturhub senkt und die Arbeitszahl erhöht. Außerdem unterscheiden sich die Fassadentemperaturen auch von der Umgebungstemperatur durch Solareinstrahlung oder Strahlungsaustausch mit dem Kosmos. Dafür werden Temperaturfühler an nicht aktivierten Stellen in der Ebene der zweiten thermischen Aktivierungsschicht integriert. Die Regelung der Temperatur erfolgt vorzugsweise direkt auf der kalten Seite der Wärmepumpe, z. B. mit einem elektronisch geregelten Drosselventil. Die Regelung der Temperatur in der ersten thermischen Aktivierungsschicht erfolgt vorzugsweise direkt auf der warmen Seite der Wärmepumpe, z. B. mit einem in der Drehzahl geregelten Verdichter.
Die Begrenzung der Temperatur in der ersten Aktivierungsschicht erfolgt im Kühlfall nach der Taupunkttemperatur. Diese darf nicht (lange) unterschritten werden, damit es nicht zur Durchnässung in der Wand, zu Feuchteschäden, Schimmelbildung etc. kommt. Dafür werden Feuchtesensoren/Taupunktsensoren in nicht aktivierten/aktivierten Bereichen dieser Ebene integriert. Zum Beispiel treten im Sommer durchaus Taupunkttemperaturen oberhalb von 18 ... 20°0 auf. Damit bei der Kühlung keine Taupunktunterschreitung, Wanddurchnässung/Schimmelbildung auftreten, darf die Temperatur in der ersten Aktivierungsschicht nicht unter eine gemessene Taupunkttemperatur zuzüglich einer gewissen Reserve abgesenkt werden. Die Regelung der Temperatur erfolgt vorzugsweise direkt auf der kalten Seite der Wärmepumpe, z. B. mit einem elektronisch geregelten Drosselventil. Die Regelung der Temperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht erfolgt vorzugsweise direkt auf der warmen Seite der Wärmepumpe, z. B. mit einem in der Drehzahl geregelten Verdichter.
Zusätzlich kann es von Vorteil sein, auf der Innenseite der Objektwand eine weitere thermische Dämmschicht aufzubringen. Der Wärmespeicher Objektwand kann so höher aufgeladen werden, z. B. mit solaren Erträgen oder bei Windstromüberschüssen. Die thermische Entladung in den Innenraum erfolgt durch die zusätzliche Wärmedämmung wesentlich verzögert, so dass es nicht zu unbehaglichen Zuständen durch Überheizung kommen kann. Als Nachteil ist zu vermerken, dass der Selbstregelungseffekt wesentlich geringer ist, da nur noch die Innenwände, Decken und Fußböden als Wärmespeicher kurzer Reaktionszeit zur Verfügung stehen.
Zur Erleichterung der Montage von besonderem Vorteil kann es sein, die Oberfläche der Gebäudewand und/oder der Wärmedämmung, außen oder innen, zur Selbstarretierung der Rohre mit rillenförmigen Vertiefungen zu versehen, die der möglichst oberflächenbündigen Aufnahme der thermischen Aktivierungsschichten dienen. Die bündige Anbringung von Kapillarrohrmatten bzw. anderen Flächenheiz-/Kühlsystemen verbessert zudem die thermische Interaktion der ersten thermischen Aktivierungsschicht mit der Außenwand, und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht mit der Wärmedämmung.
Insbesondere von Nutzen ist es, wenn Steuerungsmittel weitere Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, Sektionen der thermischen Aktivierungsschichten unterschiedlichen Temperaturniveaus hydraulisch nacheinander durchströmbar zu koppeln, in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht mit aufsteigendem Temperaturniveau im Heizfall und mit fallendem Temperaturniveau im Kühlfall, und in der ersten thermischen Aktivierungsschicht mit aufsteigendem Temperaturniveau im Kühlfall und mit fallendem Temperaturniveau im Heizfall. Dies dient der Anhebung/Absenkung des Temperaturniveaus in den nachfolgend durchströmten Sektionen der thermischen Aktivierungsschichten im Heiz-/Kühlfall, zur Erhöhung der Temperaturspreizung im zirkulierenden Medium, zur Reduzierung des zirkulierenden Volumenstromes, zur Absenkung des Temperaturhubes an der Wärmepumpe und zur weiteren Verbesserung der Effizienz des Systems.
Zu Zwecken der Brandbekämpfung kann es nach einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung dienlich sein, den thermischen Aktivierungsschichten neben dem Wärmeträgermedium (zusätzliches) Löschmedium zuzuführen, und die thermischen Aktivierungsschichten aus brennbarem Material auszuführen oder mit selbsttätigen oder fremd ausgelösten Löschdüsen zu versehen. Im Brandfall in der Fassade – dem Wärmedämmverbundsystem kann durch bereits geschmolzene Kunststoffsammelleitungen oder -Kapillaren der beiden thermischen Aktivierungsschichten das Wärmeträgermedium, Wasser oder ein anderes Löschmedium zugeführt werden. Als Auslöser kann abfallender Druck im System genutzt werden, mit/ohne Kombination von Temperatur-/Brandmeldern. Dann wird automatisch bzw. von außen zugänglich ein Ventil geöffnet, welches dem System Trink-/Löschwasser oder ein anderes Löschmedium zuführt und den Brand wirksam bekämpfen hilft.
Schließlich ist es nach einer weiteren Ausführungsform von besonderem Vorteil, in die Vor- und Rücklaufleitungen vor und nach den Sektionen einer zweiten thermischen Aktivierungsschicht mit von anderen Sektionen (besonders) abweichender Temperatur einen im Gegenstrom geschalteten Wärmeübertrager, einen Rekuperator oder Regenerator einzubinden, der zur Inaktivierung mit einem oder zwei Bypässen versehen ist. Wenn z. B. unter der Bodenplatte eine wesentlich von der Umgebungsluft abweichende Temperatur herrscht, z. B. +15°C Bodentemperatur, bei –15°C Außenlufttemperatur, dann wird zur Vermeidung von Frostaufbrüchen oder ähnlichen Problemen in die Vor- und Rücklaufleitung der entsprechenden Sektion der zweiten thermischen Aktivierungsschicht ein im Gegenstrom geschalteter Wärmeübertrager – Rekuperator oder ggf. auch Regenerator eingebunden. Zum Beispiel arbeitet dieser mit Temperaturen am Vorlaufeintritt von –14,9°C (aus der Wärmepumpe kommend) und am Vorlaufaustritt von 11°C (zur zweiten thermischen Aktivierungsschicht der Bodenplatte gehend), und am Rücklaufeintritt von 15°C (von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht der Bodenplatte kommend) und am Rücklaufaustritt von –10,8°C (zur Wärmepumpe gehend). Dies ist ein bionisches Prinzip, zugehörend der Klimabionik – es entspricht der Funktion des Blutkreislaufes in den Gliedern von Lebewesen, besonders bekannt von Entenfüßen, die dank der Wärmerekuperation zwischen dem warmen arteriellen Blut und dem kalten venösen Blut auf Eis selbst nicht anfrieren. Im Sommer oder bei Solareintrag auch im Heizfall strömt das Wärmeträgermedium (Blut) hingegen in einem oder zwei Bypässen an diesem Wärmeübertrager (wie in hautnahen Venen an den warmen Arterien im Beininneren) vorbei. So kann Wärme in den Erdspeicher unter der Bodenplatte für den Heizfall eingelagert und gleichzeitig der Innenraum des wärmegedämmten Objektes (wie der warme Körper einer gefiederten Ente) gekühlt werden.
Alternativ zu diesem passiven Element mit begrenzter Temperaturdifferenz kann die Anwendung eines aus der Heizungstechnik bereits bekannten Vierwegemischers vorgesehen sein. Das Mischverhältnis kann konstant eingestellt oder besonders vorteilhaft mit einem elektrischen, thermischen oder anderweitigen Antrieb variabel ausgeführt gestaltet sein. Dies führt ggf. zu einem höheren Aufwand, der Vorteil einer solchen Lösung besteht jedoch in einem geringeren Druckverlust gegenüber einem Gegenstrom-Wärmeübertrager, der Variabilität der Misch- und damit Temperaturverhältnisse und der Integration der Bypassfunktion, z. B. für den Sommerbetrieb.
Dabei können die extrem unterschiedlich temperierten (zur Wärmepumpe gehenden) Medienströme vermischt werden, was thermodynamisch nachteilig ist, da so Entropie „produziert” wird. Thermodynamisch besonders vorteilhaft ist vielmehr die Variante, da Exergie erhaltend, den Teilstrom des warmen Rücklaufeintritts für die mehrstufige Verdampfung/Überhitzung des Kältemittels der Wärmepumpe, oder bei ausreichendem Temperaturniveau auch direkt für die mehrstufige Vorwärmung des Wärmeträgermediums für die erste thermische Aktivierungsschicht zu nutzen.
Vorteil beider Varianten ist, dass zur Umwälzung des Wärmeträgermediums eine einzige Umwälzpumpe genügt. Selbstverständlich ist in einer weiteren alternativen Variante auch der Einsatz eines an sich bekannten, gemischten Kreises, bestehend aus einer gesonderten Umwälzpumpe und einem Dreiwege-Mischventil möglich. Auch in diesem Fall ist die Nutzung des warmen Rücklaufs (von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht der Bodenplatte kommend) wie bereits beschrieben besonders vorteilhaft möglich.
Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung ist besonders einfach, indem die Wärmepumpe selektiv betrieben wird, so dass indirekt über die Wärmepumpe oder auf direktem Wege eine thermische Interaktion zwischen der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht realisiert wird, so dass der erforderliche Wärmestrom in das oder aus dem Objekt zustande kommt.
Bevorzugt wird das Betreiben der Wärmepumpe so durchgeführt, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht und der Umgebung in einem Bereich von ±5 Kelvin gehalten wird.
Insbesondere wird die der Umgebung zugewandte thermische Aktivierungsschicht (auf der thermischen Dämmschicht) durch die Wärmepumpe auf der Temperatur ihrer Umgebung bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten und die Temperaturdifferenz zur Umgebung kann bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung oder von den zulässigen/auftretenden Wärmeverlusten auch mehr betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Betreiben der Wärmepumpe so durchgeführt, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten thermischen Aktivierungsschicht und einer Solltemperatur des Objektes in einem Bereich von ±5 Kelvin gehalten wird.
Insbesondere wird die dem Objekt zugewandte thermische Aktivierungsschicht (unter der thermischen Dämmschicht) durch die Wärmepumpe auf der Temperatur des Objektes bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten und die Temperaturdifferenz zum Objekt kann bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin und/oder in Abhängigkeit vom Objekt oder von den zulässigen/auftretenden Temperaturschwankungen auch mehr betragen.
Vorzugsweise werden die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht direkt und aktiv thermisch miteinander gekoppelt und die Wärmepumpe wird außer Betrieb gesetzt, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen einer Ist-Temperatur von einer von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht zu einer Solltemperatur der anderen von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht in einem Bereich von ±5 Kelvin ist.
Insbesondere werden die thermischen Aktivierungsschichten (unter und auf der thermischen Dämmschicht) miteinander ohne Wärmepumpe direkt in aktive hydraulische Verbindung gebracht, wenn die Temperatur der einen thermischen Aktivierungsschicht der anzustrebenden Temperatur der jeweils anderen thermischen Aktivierungsschicht entspricht bzw. geringfügig darüber oder darunter liegt und wenn die Temperaturdifferenz zur anzustrebenden Temperatur bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Objekt und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
Schließlich ist es vorteilhaft, die thermischen Aktivierungsschichten direkt oder über die Wärmepumpe diskontinuierlich miteinander in Interaktion zu bringen, wenn ein Wärmedargebot bzw. Kältedargebot nicht kontinuierlich ist und/oder wenn die Wärmepumpe nicht kontinuierlich regelbar ist, wobei die Temperaturdifferenz zur anzustrebenden Temperatur bzw. Solltemperatur des temperierten Objektes bevorzugt nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Objekt und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden entsprechend den unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen wie unten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile und Effekte erzielt, weshalb diese hier nicht gesondert angeführt werden.
Selbstständiger Schutz wird beansprucht für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes gegenüber seiner Umgebung unter Verwendung des Verfahrens gemäß einer, mehrerer oder aller zuvor beschriebener Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist besonders einfach. Die (z. B. nachträgliche) Montage der beiden thermischen Aktivierungsschichten und der thermischen Dämmschicht in einem Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) kann in einem Zug, von außen, ohne Eingriff z. B. in einen bewohnten Bereich (wenn das Objekt z. B. ein Wohngebäude ist) erfolgen. Der Verzicht auf eine transparente Abdeckung wie bei Solarkollektoren, und auf eine transparente Wärmedämmung vereinfacht die Vorrichtung weiter. Wärme-/Eisspeicher oder andere „Wärmeerzeuger” sind nicht erforderlich. Die temperierte (z. B. beheizte) Außenfläche des Objektes dient als ein sehr großer, bereits vorhandener (Mehr)tageswärmespeicher, dessen Verluste nach außen durch die (neue) thermische Dämmschicht minimiert und nach innen (z. B. zu einem Innenraum des Objektes hin) erwünscht sind, mit einer inneren Wärmedämmung aber auch reduziert werden können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit insbesondere in der energetischen Sanierung von Gebäuden besonders effizient einzusetzen. Zusammen mit neuen Fenstern, thermisch aktivierter Kellerdecken- und Dachdämmung und einem Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung können Gebäude in ihrem Primärenergieverbrauch um bis zu über 90% reduziert werden. Gegenüber der Kopplung einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe mit vorhandenen Heizkörpern können mit der erfindungsgemäßen Lösung ca. 24% Elektroenergie für den Wärmepumpenantrieb eingespart werden, ohne gesonderte Heizsysteme, Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren, Eisspeicher, Solarkollektoren usw.
Der Betrieb der zweiten (äußeren) thermischen Aktivierungsschicht mit der Temperatur derselben Oberfläche (wie z. B. dem Außenputz eines entsprechend sanierten Gebäudes) ohne thermische Aktivierung reduziert die Betauung und verhindert die Vereisung der Oberfläche, bei Kürzung der äußeren Wärmeverluste bis auf null. Dazu steigt die Verdampfungstemperatur im Jahresmittel gegenüber einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe, aber auch gegenüber einer Sole-/Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde oder Eisspeicher.
Die per Sektionierung der zweiten (äußeren) thermischen Aktivierungsschicht (bzw. thermoaktiven Schicht) bei Gebäuden ermöglichte, fassadenweise Nutzung solarer Einstrahlung mit der gesamten Oberfläche bei kleinsten Temperaturdifferenzen erlaubt die Reduzierung des Betriebs und hebt die Arbeitszahl der Wärmepumpe weiter an. Der Betrieb der ersten thermischen Aktivierungsschicht (bzw. thermoaktiven Schicht) unter der thermischen Dämmschicht mit Temperaturen nahe der Solltemperatur des Objektes (z. B. der gewünschten Innenraumtemperatur) oder geringfügig darüber reduziert den Wärmestrom von innen nach außen auf null bzw. kehrt ihn bei Übertemperaturen ggf. um. Damit können etwa die Verluste von nicht thermoaktivierten Bauteilen wie Fenstern kompensiert werden. Die hohen Wandtemperaturen bewirken einen angenehmen Strahlungseffekt und ermöglichen bei Gewährleistung der vollen Behaglichkeit eine Absenkung der Raumlufttemperatur, z. B. bei einer Wandtemperatur von 18°C – auf eine Raumlufttemperatur von 18°C. Dies senkt den Wärme- und Primärenergiebedarf weiter.
Die Unterbrechung des Wärmepumpenbetriebs in Zeiten hoher Auslastung des Stromnetzes oder z. B. bei Flauten nachhaltiger Umweltenergiequellen, also bei hohen Stromtarifen, und der Betrieb der Wärmepumpe im entgegengesetzten Fall ermöglichen die energetisch-wirtschaftliche Optimierung über den Bilanzkreis des Objektes wie eines Gebäudes oder einer Anlage hinaus.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt schematisch als Stand der Technik den Aufbau und die Parameter einer Gebäudewand eines zu sanierenden Gebäudes aus den 70er Jahren.
2 zeigt schematisch als Stand der Technik den Aufbau und die Parameter, nachdem die Gebäudewand aus 1 mit einem Wärmedämm-Verbundsystem versehen wurde.
3 zeigt schematisch einen Aufbau und die Parameter, nachdem die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen wurde.
3a zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
3b zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Kühlfall.
3c zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in anderen Heizfällen.
3d zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem weiteren Heizfall.
3e zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem noch weiteren Heizfall.
3f zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem weiteren Kühlfall.
4 zeigt schematisch ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
5 zeigt schematisch ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Kühlfall.
6 zeigt schematisch ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem weiteren Heizfall (links) und einem weiteren Kühlfall (rechts).
7a zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
7b zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer noch weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
7c zeigt schematisch die Gebäudewand aus 1 mit einer dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
8 zeigt schematisch ein Gebäude mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung im Heizfall.
9 zeigt schematisch ein Gebäude mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem weiteren Heizfall und einem weiteren Kühlfall.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 und anhand eines zu sanierenden Gebäudes 100 aus den 70er Jahren als eine Ausführungsform des Objektes beschrieben werden.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Temperieren des Gebäudes (Objektes) gegenüber seiner Umgebung wird die Wärmepumpe selektiv so betrieben, dass indirekt über die Wärmepumpe, oder auf direktem Wege eine thermische Interaktion zwischen der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht herbeigeführt wird, so dass der erforderliche Wärmestrom in das oder aus dem Objekt zustande kommt.
Dies wird anhand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.
Gemäß 1 wird eine mit Hochlochziegeln errichtete und verputzte Gebäudewand 101 des Gebäudes 100, wobei die Gebäudewand 101 in Summe 410 mm stark bzw. dick ist und einen „Gesamt-U-Wert” von ca. 1,34 W/m² K aufweist, zur Sanierung ausgewählt.
Wenn, wie in 2 gezeigt, die Gebäudewand 101 mit einem 150 mm starken Wärmedämm-Verbundsystem (WDV-System) mit einem Wärmeleitwert von 0,031 W/m K versehen wird, kann eine Verringerung des spezifischen Transmissionswärmeverlustes um ca. 87%, bei strengem Winterbetrieb von ca. 46,9 auf ca. 6,26 W/m², erreicht werden.
Die Reduzierung des Wärmebedarfes auf 13% führt an einer nicht gezeigten, vorhandenen Radiatorheizung (n = 1,33) bei gleicher Umwälzmenge zu einer bedeutenden Absenkung der erforderlichen Vorlauftemperatur. War die Spreizung im unsanierten Zustand 90/70°C, so beträgt sie nach der Sanierung mit dem WDV-System (150/031) noch ca. 35/32°C. Bei einer Vorlauftemperatur von 35°C beträgt die Arbeitszahl einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe ca. 2,1. Dafür sind im Betrieb ca. 2,98 W/m² Elektroenergie aufzuwenden.
3 zeigt nun schematisch einen Aufbau, nachdem die Gebäudewand 101 von 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren des Objektes (Gebäudes 100) gegenüber seiner Umgebung bzw. mit einem thermisch doppelt aktivierten WDV-System 10, 20, 30 versehen wurde.
Wie aus 3a ersichtlich, weist die Vorrichtung auf: eine erste thermische Aktivierungsschicht 10, die mittels Kleber über einer Außenfläche der Gebäudewand 101 angeordnet ist, eine thermische Dämmschicht 20, die bezüglich der Außenfläche der Gebäudewand 101 über der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 angeordnet ist und mittels Kleber auf diese aufgebracht ist, so dass sich die erste thermische Aktivierungsschicht 10 zwischen der thermischen Dämmschicht 20 und der Gebäudewand 101 befindet, eine zweite thermische Aktivierungsschicht 30, die bezüglich der Außenfläche der Gebäudewand 101 über der thermischen Dämmschicht 20 angeordnet ist und mittels Kleber auf diese aufgebracht ist, so dass sich die thermische Dämmschicht 20 zwischen der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 befindet, schematisch eine Wärmepumpe 50, 60 (entsprechend Verdichter und Drosselventil einer Kompressionswärmepumpe), die mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 und mit der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 direkt thermisch gekoppelt ist, und Steuerungsmittel (nicht gezeigt), die eingerichtet sind, die Wärmepumpe zu steuern, um über einen Kreisprozess der Wärmepumpe selektiv eine thermische Interaktion zwischen der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 10, 30 zu realisieren. Die Steuerungsmittel sind zudem eingerichtet, die Wärmepumpe in entgegengesetzten Betriebsrichtungen (reversierbar) zu betreiben.
Auf der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 ist eine Putzschicht als äußere Schicht aufgebracht. Somit ist die zweite thermische Aktivierungsschicht 30 so angeordnet, dass eine thermische Interaktion zwischen der Umgebung und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 ermöglicht ist.
Die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht 10, 30 sind in der vorliegenden Ausführungsform jeweils von soledurchströmten Kapillarrohrmatten gebildet. Die thermische Dämmschicht 20 ist in der vorliegenden Ausführungsform mit 150 mm starken Wärmedämmplatten (031) realisiert. Die Wärmepumpe ist in der vorliegenden Ausführungsform als Sole/Sole-Wärmepumpe ausgeführt.
Die nicht gezeigten Steuerungsmittel können eine elektrische und/oder elektronische Steuereinheit, wie z. B. ein ESG bzw. eine ECU und einen einfachen elektrischen Schalter, mechanische Steuerelemente, wie z. B. Fluidventile und Fluidförderpumpen, und/oder Kombinationen solcher Bauelemente in elektrischer, elektronischer, pneumatischer, hydraulischer, thermischer und/oder mechanischer Form aufweisen.
Die Steuerungsmittel weisen zudem nicht gezeigte erste bis dritte Kopplungsmittel auf, welche z. B. in Form von Fluidleitungen, Fluidventilen und/oder Fluidförderpumpen ausgebildet sein können.
Die ersten Kopplungsmittel sind eingerichtet, die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht 10, 30 selektiv direkt thermisch miteinander zu koppeln.
Dabei kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das Betreiben der Wärmepumpe 40 so durchgeführt werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 und ihrer thermisch nicht aktivierten Umgebung in einem Bereich von ±5 Kelvin gehalten wird. Insbesondere kann die thermische Aktivierungsschicht 30 über der thermischen Dämmschicht 20 durch die Wärmepumpe auf der Temperatur ihrer thermisch nicht aktivierten Umgebung, bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten werden, letzteres ist in 3d schematisch dargestellt, und die Temperaturdifferenz zur Umgebung kann bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung oder von den zulässigen/auftretenden Wärmeverlusten auch mehr betragen.
Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren das Betreiben der Wärmepumpe so durchgeführt werden, dass eine Temperaturdifferenz zwischen der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 und einer Solltemperatur des Gebäudes 100 in einem Bereich von ±5 Kelvin gehalten wird. Insbesondere kann die thermische Aktivierungsschicht 10 unter der thermischen Dämmschicht 20 durch die Wärmepumpe 40 auf der Temperatur des Gebäudes 100, wie in 3a schematisch dargestellt, bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten werden, wie in 3c dargestellt, und die Temperaturdifferenz zum Gebäude 100 kann bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin und/oder in Abhängigkeit vom Gebäude 100 oder von den zulässigen/auftretenden Temperaturschwankungen auch mehr betragen.
Zudem können beim erfindungsgemäßen Verfahren die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht 10, 30 direkt und aktiv thermisch miteinander gekoppelt werden und die Wärmepumpe außer Betrieb gesetzt werden, wenn keine bedeutende Temperaturdifferenz zwischen einer Ist-Temperatur von einer von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 10, 30 zu einer Solltemperatur der anderen von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 10, 30 vorhanden ist. Insbesondere können die thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 unter und auf der thermischen Dämmschicht 20 miteinander ohne Wärmepumpe direkt in aktive hydraulische Verbindung gebracht werden, wenn die Temperatur der einen thermischen Aktivierungsschicht 10, 30 der anzustrebenden Temperatur der jeweils anderen thermischen Aktivierungsschicht 30, 10 entspricht bzw. geringfügig darüber oder darunter liegt, wie in den 3e und 3f schematisch dargestellt, und wenn die Temperaturdifferenz zur anzustrebenden Temperatur bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Gebäude 100 und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
Außerdem können beim erfindungsgemäßen Verfahren die thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 direkt oder über die Wärmepumpe 40 diskontinuierlich miteinander in Interaktion gebracht werden, wenn ein Wärmedargebot bzw. Kältedargebot nicht kontinuierlich ist und/oder wenn die Wärmepumpe nicht kontinuierlich regelbar ist, wobei die Temperaturdifferenz zur anzustrebenden Temperatur bzw. Solltemperatur des temperierten Objektes 100 bevorzugt nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin oder in Abhängigkeit vom Gebäude 100 und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr beträgt.
Schließlich wird gemäß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Temperieren des Gebäudes 100 (Objektes) gegenüber seiner Umgebung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren die Wärmepumpe 40 selektiv so betrieben, dass über die Wärmepumpe 40 selektiv eine thermische Interaktion zwischen der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 10, 30 realisiert wird.
Obwohl in 3a nicht im Detail gezeigt, ist die zweite thermische Aktivierungsschicht 30 in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt, z. B. pro Fassade und Dachhälfte, Kellerdecke und Kellerwand des Gebäudes 100 eine Sektion, wobei die zweiten Kopplungsmittel der Steuerungsmittel eingerichtet sind, die Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln, wenn diese unterschiedliche bzw. damit diese keine unterschiedlichen Temperaturen aufweisen und wenn eine Temperaturdifferenz zwischen diesen in einem Bereich von ±5 Kelvin liegt und z. B. nicht gewünscht ist.
Obwohl in 3a außerdem nicht im Detail gezeigt, ist die erste thermische Aktivierungsschicht 10 in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt, z. B. jedem Raum des Gebäudes 100 eine auf seiner Umfassungswand 101 zugeordnete Sektion, wobei die dritten Kopplungsmittel der Steuerungsmittel eingerichtet sind, die Sektionen der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln, wenn diese unterschiedliche Temperaturen aufweisen und wenn eine Temperaturdifferenz zwischen diesen in einem Bereich von ±5 Kelvin liegt und z. B. nicht gewünscht bzw. vorteilhaft ist. Die Sektionierung der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 ermöglicht aber auch eine Einzelraumregelung, d. h. die Regelung der Raumtemperatur jedes einzelnen der Räume des versorgten Gebäudes 100, auf den bekannten Wegen, z. B. durch Beeinflussung der Durchsatzmenge des Heizmediums und/oder seiner Temperatur in der thermischen Aktivierungsschicht 10, oder durch Zuordnung einer gesonderten (kleinen) Wärmepumpe.
Bei denselben Bedingungen, aber einer einer Innenraumtemperatur von 20°C des Gebäudes 100 entsprechenden Kondensationstemperatur, erreicht eine handelsübliche Sole-/Sole-Wärmepumpe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (thermisch doppelt aktivierten Außenwanddämmung) eine Leistungszahl von ca. 4,1 bei einem Arbeitsaufwand von 1,74 W/m² Elektroenergie, wie in 3 gezeigt.
Aus dem Innenraum des Gebäudes 100 entweicht per Transmission durch die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehene Gebäudewand 101 quasi keinerlei Wärme (q_i = 0 W/m²). Die Innenwandtemperatur der Gebäudewand 101 steigt von 13,9°C vor der Sanierung auf äußerst angenehme 20°0 nach der erfindungsgemäßen Sanierung. Für behagliche Verhältnisse genügt eine Raumlufttemperatur von weniger als 17°C.
Der „Umweltwärmestrom” im Verdampfer der Sole-/Sole-Wärmepumpe ist mit ca. 5,47 W/m² um etwa 67% höher als bei Nutzung einer vorhandenen Radiatorheizung.
Damit ermöglicht eine Sole-/Sole-Wärmepumpe mit dem erfindungsgemäß thermisch doppelt aktivierten WDV-System, welches sowohl die Wärmequelle erschließt als auch als Wärmesenke dient, gegenüber einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe (bei Beibehaltung des vorhandenen Radiator-Heizsystems) bei strengem Winterbetrieb eine Anhebung der Leistungszahl von ca. 2,1 auf ca. 4,1. Der elektrische Leistungsbedarf sinkt um mehr als 41% von 2,98 auf 1,74 W/m².
Der Energiebedarf sinkt von ca. 46,9 W/m² (Endenergie) vor der Sanierung auf 1,74 W/m² Elektroenergie danach. Berücksichtigt man einen guten Wirkungsgrad von ca. 90% für ein vorhandenes NT-Heizsystem aus 1990 und Primärenergiefaktoren von 1,1 für Erdgas/Heizöl und von derzeit 2,8 für Elektroenergie, so reduziert sich der Primärenergieaufwand bei strengem Winterbetrieb von ca. 57,4 auf 4,9 W/m² und dementsprechend um mehr als 91%.
Abgesehen von einer evtl. Demontage des vorhandenen Radiator-Heizsystems und ggf. dem Einbau neuer Fenster, erfolgt die energetische Sanierung ohne gravierenden Eingriff in den bewohnten Bereich und das Umfeld des Gebäudes 100. Die evtl. Demontage der störenden Heizkörper und Rohrleitungen des vorhandenen Radiator-Heizsystems ermöglicht eine Vergrößerung und eine Aufwertung der nutzbaren Wohnfläche des Gebäudes 100. Zur Erlangung dieses Ziels genügt die 150 mm starke thermische Dämmschicht 20, wobei bei den Dämmarbeiten die beiden thermischen Aktivierungsschichten (Kapillarrohrmatten-Ebenen) angebracht und fassadenweise und ggf. raumweise nach Tichelmann verrohrt werden.
Da abgesehen von der Gebäudewand 101 und ggf. dem Dach und der Kellerdecke/dem Kellerboden/den Kellerwänden des Gebäudes 100, Bauteile wie Fenster und Türen wegen des erhöhten Aufwands ggf. nicht thermisch aktiviert werden, muss mit den thermisch aktivierbaren Flächen auch der nicht rückgewinnbare Wärmeverluststrom der übrigen Bauteile in das Gebäude 100 eingebracht werden. Dies ist durch eine geringfügig höhere Kondensationstemperatur möglich, wie in 3c schematisch dargestellt. Der hierbei zeitweilig steigende Primärenergieaufwand wird durch die mit diesen transparenten Bauteilen (Fenstern) möglichen solaren Energiegewinne zeitversetzt wieder ausgeglichen.
Schließlich kann die Temperatur in einer der Temperierungsschichten, z. B. dem Putzabsorber 30, von der (Umgebungsluft)temperatur abweichen, z. B. durch (natürliche) Prozesse wie Betauung mit (Luft)feuchte, oder durch (solare) Be- oder langwellige Abstrahlung. Dann ist die (Umgebungsluft)temperatur an der thermischen Aktivierungsschicht 30 vorteilhafterweise entsprechend zu unterschreiten oder zu überschreiten, z. B. an der Temperatur einer nicht thermisch aktivierten Schicht ähnlicher Ausrichtung in der selben Ebene auszurichten.
Die Anbringung der thermischen Aktivierungsschichten (z. B. Heizflächen) 10, 30 und der thermischen Dämmschicht 20 „hinter” der Gebäudewand 101, wie in 3a dargestellt, macht die raumzugewandten massiven Bauteile – als große Speichermasse vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit – zur Klimatisierung des Gebäudes 100 positiv nutzbar. Dies trägt zu einer weiteren Anhebung der Behaglichkeit und zur Flexibilisierung der Betriebsweise bei. So werden thermische Spitzen solarer Einstrahlung oder morgendlicher Kältestunden wesentlich gedämpft an die Innenräume des Gebäudes 100 weitergegeben. Ein Ausfall, eine gewollte Unterbrechung des Betriebs der Wärmepumpe in Spitzenzeiten des Elektroenergiebedarfes oder bei Flauten der erneuerbaren Energiequellen, verbunden mit entsprechend hohen Strompreisen, werden für die Bewohner kaum spürbar überbrückt.
Zudem erfolgen im Betrieb der Vorrichtung folgende Schritte:

– Messen und Erfassen der Innentemperatur des Objektes 100, der an einer definierten Seite des Objektes 100 vorhandenen Umgebungstemperatur, der Ein- und Ausgangstemperaturen von der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 sowie von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30,
– Festlegung einer Soll-Temperatur für das Innere des Objektes 100, getrennt für den Heiz- und Kühlfall,
– Betätigung der Vorrichtung durch das Einschalten der Wärmepumpe 40, mit den optionalen Varianten Heizfall und Kühlfall entsprechend,
– Einschalten der Wärmepumpe 40 nach dem Unter- bzw. Überschreiten der festgelegten Soll-Temperatur, getrennt für den Heiz- und für den Kühlfall,
– Regeln der Temperatur auf der warmen Seite der Wärmepumpe 40 und/oder in der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 nach der vorgesehenen Soll-Temperatur, getrennt für den Heizfall, und auf der kalten Seite der Wärmpumpe 40 und/oder in der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10, für den Kühlfall,
– Regeln der Temperatur auf der kalten Seite der Wärmpumpe 40 und/oder in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30, getrennt für den Heizfall, und auf der warmen Seite 50 der Wärmpumpe 40 und/oder in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30, für den Kühlfall,
– Ausschalten der Wärmepumpe 50 nach dem Über- bzw. Unterschreiten der festgelegten Soll-Temperatur, getrennt für den Heiz- und für den Kühlfall.

Die Regelung der Kondensationstemperatur auf eine mehr oder weniger konstante Temperatur von z. B. 20°C, oder ggf. geringfügig darüber oder darunter, wie in 3c dargestellt, ist besonders einfach, z. B. durch Regelung der Drehzahl des Verdichters 50. Da auch die Außenflächenheizung, wie es bereits von anderen Flächenheizsystemen bekannt ist, wegen der großen Speichermassen und der niedrigen bzw. fehlenden Übertemperatur einem sog. Selbstregelungseffekt unterliegt, wird eine konstante Vorlauftemperatur in der überwiegenden Zeit ausreichenden Komfort bereitstellen, denn z. B. werden die Wärmegewinne tags in der Speichermasse der Gebäudewand 101 eingelagert und nachts wieder an das Innere des Objektes 100 abgegeben.
Die Anpassung der Temperatur der kalten Seite der Wärmepumpe an ihre bzw. die Umgebungstemperatur, oder ggf. geringfügig darunter, wie in den 3b und 3d entsprechend schematisch dargestellt, ist besonders effizient durch unmittelbare Anpassung der Verdampfungstemperatur, z. B. mittels eines elektronischen Drosselventils 60 umsetzbar.
Selbstverständlich kann die Anpassung der Temperaturen aber auch – meist weniger effizient, mit an sich bekannten Mischkreisen erfolgen, vorzugsweise für jede der Sektionen der entsprechenden thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 getrennt. Eine weitere bekannte Form der Regelung ist die Drosselregelung, bei der der Volumenstrom des Wärmeträgermediums angepasst wird (beides nicht gesondert dargestellt).
Da die Arbeitstemperaturen einen großen Einfluss auf die Funktion und die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben, ist ihre Regelung in jedem Fall mit besonderer Genauigkeit zu empfehlen. Im Rahmen der technischen Möglichkeiten sind Regelgenauigkeiten von ±0,5 Kelvin oder besser anzustreben. Sofern hier von Temperaturen die Rede ist, so sind mittlere Temperaturen gemeint, sowohl über die Zeit als auch in der entsprechenden Ebene des Bauteils.
Die Regelung der Temperaturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zum einen nach dem gewünschten Ergebnis erfolgen, also z. B. nach der gewünschten Temperatur im Objekt 100. Wegen der hohen Trägheiten im System, verbunden mit den zeitlichen Dämpfungen aus den großen Speichermassen, kann auch eine kalkulatorische Regelung erfolgen, z. B. eine Temperatur eingestellt werden, bei der sich das gewünschte Ergebnis nach den Gesetzen der Wärmeübertragung mit großer Genauigkeit einstellen wird, sich also ein erforderlicher Wärmestrom ergeben wird. Dabei ist die Festlegung der Bilanzgrenzen und der Schwierigkeit des physikalischen Modells des Objektes 100 nach den üblichen Kriterien von Aufwand und Nutzen zu optimieren. Heute ist bereits die Einbeziehung von Wetterprognosen, einschließlich zu erwartender Windverhältnisse und Solareinstrahlung üblich.
Weiter kann aus dem Betriebszustand der Wärmepumpe 40 eine Regelstrategie abgeleitet werden. Ist z. B. die maximale Drehzahl des Verdichters 50 bereits erreicht, und wird die gewünschte Temperatur auf ihrer warmen Seite noch nicht erreicht, so kann im Heizfall die Temperatur auf der kalten Seite, z. B. durch stärkeres Schließen des elektronischen Drosselventils 60, weiter abgesenkt werden, um zusätzliche erforderliche Wärme aus der Umgebung dem Objekt 100 zuzuführen und im Verdichter 50 ein größeres Verdichtungsverhältnis herbeizuführen, was zu steigender Temperatur auf der warmen Seite führt.
Sofern hier von zusätzlichen Wärmegewinnen oder Wärmeverlusten die Rede ist, so sind Wärmegewinne oder Wärmeverluste gemeint, die nicht von der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst stammen. Z. B. geben Personen in einem Gebäude 100 interne Wärmegewinne ab. Ebenso kann Solarstrahlung durch Fenster zu Wärmeeinträgen von außen führen. Zusätzliche Wärmeverluste können z. B. durch Fenster nachts oder bei fehlender Solarstrahlung entstehen.
Sofern weiter von „Temperatur in ihrer Umgebung” die Rede ist, so ist die Temperatur in derselben Ebene der thermischen Aktivierungsschicht ohne thermische Aktivierung gemeint. Sofern aber von „der Umgebungstemperatur” die Rede ist, so ist die Temperatur der Umgebung des Objektes 100, also die Temperatur der Außenluft gemeint. Durch Wärmeübertragung durch Leitung, Strahlung und Konvektion ergibt sich an der äußeren Oberfläche des Objektes 100 eine geringfügig davon abweichende Temperatur, wie in den 3a bis 3f schematisch dargestellt.
Durch Einstellung der Temperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 auf dem Niveau ihrer Umgebung, also in derselben Ebene im nicht aktivierten Zustand – in dem oben angeführten Beispiel auf –14,92°C, kommt es zu Wärmeverlusten aus dem Gebäude 100, die dem Wärmeeintrag durch die Antriebsenergie des Verdichters 50 der Wärmepumpe 40 entsprechen. Dabei entstehen keine Wärmeverluste aus dem Inneren des Gebäudes (3).
Dieser Zustand ist jedoch nicht immer realistisch, da in der Praxis zusätzliche Wärmeverluste aus dem Gebäude 100 entstehen, die zusätzliche Wärmegewinne übersteigen können. Durch Einstellung der Temperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 auf dem Niveau der Umgebung, also der Temperatur der Außenluft – in dem oben angeführten Beispiel auf –15°C, kommt es zu keinen Wärmeverlusten aus dem Gebäude 100, und die Antriebsenergie des Verdichters 50 der Wärmepumpe 40, die bereits ca. 40% höher ist, als bei –14,92°C, strömt durch eine geringfügig höhere Temperatur in der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 (um ca. 1,77 Kelvin höher, als in der Umgebung, also im Gebäude 100 selbst) in das Innere des Gebäudes 100.
Wenn dieser Wärmestrom weiterhin ungenügend sein sollte, kommt es durch Einstellung der Temperatur in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 geringfügig unter dem Niveau der Umgebung (angenommen seien –15,08°C), also unter der Temperatur der Außenluft (–15°C), zu einem Wärmegewinn aus der Umgebung (–1,79 W/m²), der zusammen mit der (um 80%) höheren Antriebsenergie des Verdichters 50 der Wärmepumpe 40 durch eine abermals geringfügig höhere Temperatur der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 (+3,53 Kelvin) in das Gebäude 100 strömt, um die erhöhten zusätzlichen Wärmeverluste (in Höhe von 5 W/m²) zu kompensieren. Es versteht sich von selbst, dass ein solcher Zustand durch eine bevorzugt vollflächige Überdeckung des Äußeren des Objektes 100 mit der Wärmedämmung 20 und den beiden thermischen Aktivierungsschichten 10, 30, durch Fenster und Türen hohen Dämmstandards, durch ihren entsprechenden Einbau (in der Dämmebene), sowie durch Nachrüstung einer Lüftungsanlage mit hohem Wärmerückgewinnungsgrad (nicht gesondert gezeigt) weitestgehend zu vermeiden ist. Im gegenteiligen Fall kann es zu den bereits beschriebenen negativen Effekten an und um die Absorber und zu verminderter Effizienz der Vorrichtung insgesamt kommen.
Zu den weiteren Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören die verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeverschiebung.
So kann der Wärmestrom einer solar erwärmten Fassade, zu den gerade im Schatten liegenden Fassaden bzw. Giebeln verschoben werden. Dies dient in der Heizperiode der Senkung des Heizwärmebedarfes. An sonnenreichen Tagen im Winter, bei ausreichenden Fassadentemperaturen von mindestens 20°C, wird die Wärme von der außenliegenden zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 (Kapillarrohrmatten) zu der unter der thermischen Dämmschicht 20 liegenden Ebene bzw. ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 (Kapillarrohrmatten) geleitet, wobei die thermische Wärmedämmung buchstäblich überbrückt wird, wie in 3e dargestellt.
Liegen die Temperaturen im Putz unter 20°C, wird die Wärme zu den Sektionen der außenliegenden zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der übrigen Fassaden- und Dachflächen, oder zum Verdampfer der Wärmepumpe verteilt, um damit die Verdampfungstemperatur anzuheben. Dies senkt die Betriebszeiten bzw. erhöht die Leistungszahl der Wärmepumpe.
Im Sommer werden die der unmittelbaren Sonneneinstrahlung ausgesetzten Fassaden- und Dachflächen so warm, dass mit der außenliegenden zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 unmittelbar die Warmwasserbereitung betrieben werden kann. Darüber hinaus können die in verschatteten Flächen angeordneten Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 zur passiven, natürlichen Kühlung der direkt bestrahlten Flächen genutzt werden.
In der Übergangszeit kühlen die gedämmten Fassadenoberflächen u. a. durch langwellige Abstrahlung so weit ab, dass an ihren Oberflächen Kondensat aus der Außenluftfeuchte oder oberhalb von Abluftöffnungen ausfällt, sie also betauen. Dieses Kondensat trocknet an den sonnenabgewandten Seiten schwer ab, es bietet Nährboden für Algen, was zu den bekannten, unschönen grünen Verfärbungen führen kann. Auch hier kann eine Wärmeverschiebung von den besonnten Sektionen der außenliegenden, zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 (Putzabsorbern) zu in den verschatteten Fassadenseiten liegenden Sektionen der außenliegenden zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 zum schnelleren Abtrocknen des Putzes genutzt werden. Hierzu kann aber auch gespeicherte Wärme aus der Wand durch direkte Kopplung der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschichten 10, 30, oder Wärme aus der warmen Seite der Wärmepumpe 40 oder aus dem Boden an der Kellerwand oder unter der Bodenplatte 70 genutzt werden.
Und nicht zuletzt kann bei Bedarf im Sommer, durch eine Umschaltung der beiden Heizflächen 10, 30, mit oder ohne die vorhandene Wärmepumpe 40, auch eine sanfte, passive bzw. aktive Kühlung des Gebäudes 100 vorgenommen werden, wie in den 3f und 3b entsprechend schematisch dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, dass der Taupunkt an den Kapillarrohrmatten (der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10) unter der thermischen Dämmschicht 20 nicht über längere Zeit unterschritten wird. Die außenliegenden Kapillarrohrmatten der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 dienen dann als Wärmesenken für die tags in der Wand 101 gespeicherte Wärme, direkt oder als Kondensationswärme, wofür tags die sonnenabgewandten Seiten wiederum zu bevorzugen sind, was den elektrischen Leistungsbedarf für die Kühlung senkt. Durch die Sektionierung ist selbst eine fassadenweise, gleichzeitige Heizung/Kühlung und Wärmenutzung denkbar.
Eine Einzelraumtemperaturregelung ist mit der Lösung, dargestellt in der 3a, wegen der großen Speichermassen der Objektwand 101 nicht immer perfekt umsetzbar. Mit einer der Vorrichtungen, schematisch dargestellt in den 7a bis 7c, kann die Einzelraumregelung verbessert werden durch die Kombination der bevorzugt vollflächigen (in Bezug auf die Überdeckung der Außenfläche des Objektes 100 bzw. in Bezug auf die Umhüllung der thermischen Dämmschicht 20), jeweils Wärmeträger führenden, thermoaktiven Schichten 10, 30 mit einer thermischen Dämmschicht 20 (in Bezug zur Objektwand 101), alternativ

– getrennt mit der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 auf der Innenseite der Objektwand 101, und der thermischen Dämmschicht 20 und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 an der Außenseite der Objektwand 101 (7a), oder
– getrennt mit der thermischen Dämmschicht 20 und der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 auf der Innenseite der Objektwand 101, und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 an der Außenseite der Objektwand 101 (7b), oder
– gemeinsam an der Innenseite der Objektwand 101 als inneres aktives Wärmedämmverbundsystem (7c)

Ähnlich einer Innenwanddämmung ist auch das doppelt aktivierte Wärmedämmverbundsystem (WDVS) an der Innenseite der Objektwand 101 (7c) mit ähnlichen Vor- und Nachteilen verbunden, die bei der Ausführung und im Betrieb zu berücksichtigten sind. Vorteilhaft ist diese Ausführungsvariante z. B. an Denkmal geschützten Gebäuden umzusetzen.
Eine Alternative zum thermisch doppelt aktivierten Wärmedämmverbundsystem außen oder innen auf der Objektwand 101 ist eine Kombination von thermisch einfach aktiviertem Wärmedämmverbundsystem mit zweiter, äußerer thermischer Aktivierungsschicht 30 als Putzabsorber, und Innenwandheizung/-kühlung 10 (7a). Die Vorteile sind, neben der Möglichkeit der individuellen Regelung der Innenheizung/-kühlung, der nachträglichen Montage auf bereits vorhandenen Wärmedämmverbundsystemen, der geringere Wärmeverbrauch und die wesentlich schnellere Reaktionszeit. Als Nachteil kann sich auswirken, dass die Wärmespeicherung in der Außenwand 101 nur bedingt möglich ist, da die Wärmeabgabe vordringlich direkt in den Raum erfolgt. Bei solaren Einträgen durch Fenster nimmt die Wand die Überschüsse durch die thermische Aktivierungsschicht 10 etwas verzögert auf. Die thermische Aktivierungsschicht 10 kann diese Überschusswärme aber abtransportieren, z. B. in nicht solar exponierte Räume. Die Innenwandheizung 10 macht die Wand empfindlich für eine Beschädigung durch Nägel etc.
In der 4 ist schematisch angedeutet, dass die thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 das Objekt 100 vorzugsweise vollflächig umgeben sollen, also auch im Bereich des Daches und der Bodenplatte. Hierdurch wird – einer bidirektional wirkenden Wärmerückgewinnungsanlage gleich, möglichst sämtliche Wärme aus oder in das Objekt 100, entsprechend im Heizfall oder im Kühlfall über die Wärmepumpe 40 zum Ausgangspunkt zurückgeführt, bei minimalem Temperaturhub, was die Effizienz der Wärmepumpe 40 verbessert.
Die 5 zeigt im Vergleich zu 4, wie die Steuerungsmittel eingerichtet sein müssen, um die Wärmepumpe 40 in entgegengesetzten Betriebsrichtungen zu betreiben. Insbesondere ist die Wärmepumpe 40 intern und extern reversierbar, weil es für das Objekt 100 von Vorteil ist, im Heizfall bzw. Kühlfall die Wärmeströme umzukehren.
In 6 wird eine Vorrichtung gezeigt, die bei ausreichender Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Objektes 100, durch direkte hydraulische Kopplung der thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 zu einem gewünschten Wärmestrom in das bzw. aus dem Objekt 100, entsprechend im Heizfall (6 links) und im Kühlfall (6 rechts) führt. Die Höhe des gewünschten Wärmestromes kann durch den umgewälzten Volumenstrom des Wärmeträgermediums in bestimmten Grenzen gesteuert werden.
In 8 ist schematisch dargestellt, wie in die Vor- und Rücklaufleitungen vor und nach der Sektion der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 unter der Bodenplatte 70 ein im Gegenstrom geschalteter Wärmeübertrager 80, ein Rekuperator eingebunden ist. Unter der Bodenplatte 70 herrscht eine wesentlich von der Umgebungsluft abweichende Temperatur, z. B. +15°C Bodentemperatur, bei –15°C Außenlufttemperatur. Zur Vermeidung von Frostaufbrüchen oder ähnlichen Problemen ist in die Vor- und Rücklaufleitung der entsprechenden Sektion der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 ein im Gegenstrom geschalteter Wärmeübertrager 80 – ein Rekuperator eingebunden. In diesem Beispiel arbeitet dieser mit Temperaturen am Vorlaufeintritt von –14,9°C (aus der Wärmepumpe 40 kommend) und am Vorlaufaustritt von 11°C (zur zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 gehend), und am Rücklaufeintritt von 15°C (von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 kommend) und am Rücklaufaustritt von –10,8°C (zur Wärmepumpe 40 gehend).
Im Sommer im Kühlfall, oder bei Solareintrag auch im Heizfall strömt das Wärmeträgermedium hingegen in einem Bypass 90 (oder zwei Bypässen 90) an diesem Wärmeübertrager 80 vorbei, wie in 9 rechts bzw. links entsprechend schematisch dargestellt ist. So kann Wärme in den Erdspeicher unter der Bodenplatte 70 für den Heizfall eingelagert und gleichzeitig der Innenraum des wärmegedämmten Objektes 100 gekühlt werden.
Alternativ zu diesem passiven Element 80 mit begrenzter Temperaturdifferenz kann die Anwendung eines aus der Heizungstechnik bereits bekannten Vierwegemischers vorgesehen sein (nicht gesondert dargestellt), mit einer Mischung von Vorlaufeintritt mit –14,9°C (aus der Wärmepumpe 40 kommend) und Rücklaufeintritt von 15°C (von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 kommend) zu einem Vorlaufaustritt von 11°C (zur zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 gehend), und mit einer Mischung von Vorlaufeintritt mit –14,9°C (aus der Wärmepumpe 40 kommend) und Rücklaufeintritt von 15°C (von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 kommend) zu einem Rücklaufaustritt von –10,8°C (zur Wärmepumpe 40 gehend). Das Mischverhältnis kann konstant eingestellt oder besonders vorteilhaft mit einem elektrischen, thermischen oder anderweitigen Antrieb variabel ausgeführt gestaltet sein. Dies führt ggf. zu einem höheren Aufwand, der Vorteil einer solchen Lösung besteht jedoch in einem geringeren Druckverlust gegenüber einem Gegenstrom-Wärmeübertrager 80, der Variabilität der Misch- und damit Temperaturverhältnisse und der Integration der Bypassfunktion, z. B. für den Sommerbetrieb.
Dabei können die extrem unterschiedlich temperierten (zur Wärmepumpe 40 gehenden) Medienströme vermischt werden, was thermodynamisch nachteilig ist, da so Entropie „produziert” wird. Thermodynamisch besonders vorteilhaft ist vielmehr die Variante, da Exergie erhaltend, wenn der Teilstrom des warmen Rücklaufeintritts (mit 15°C von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 kommend) für die mehrstufige Verdampfung/Überhitzung des Kältemittels der Wärmepumpe 40, oder bei ausreichendem Temperaturniveau auch direkt für die mehrstufige Vorwärmung des Wärmeträgermediums für die erste thermische Aktivierungsschicht 10 genutzt wird (nicht gesondert dargestellt).
Vorteil beider Varianten ist, dass zur Umwälzung des Wärmeträgermediums eine einzige Umwälzpumpe im System genügt. Selbstverständlich ist in einer weiteren Alternative besonders vorteilhaft der Einsatz eines gemischten Kreises, bestehend aus einer gesonderten Umwälzpumpe und einem Dreiwege-Mischventil möglich (nicht gesondert gezeigt). Auch in diesem Fall ist die Nutzung des warmen Rücklaufs (mit 15°C von der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 der Bodenplatte 70 kommend), wie bereits beschrieben, mit großem Nutzen möglich.
In 9 gleichzeitig schematisch gezeigt ist die Reihenschaltung der Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 unter der Bodenplatte 70 und in der Fassade und im Dach. Im Sommer wird auf diese Weise Wärme aus der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 des Objektes 100 im Wärmespeicher unter der Bodenplatte 70 eingelagert, und mit niedriger Temperatur kann das Wärmeträgermedium in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 an der Fassade und im Dach nachts weiter ausgekühlt werden (9 rechts). Der Wärmespeicher kann so Temperaturen bis ca. 26°C erreichen. Durch Umkehrung der Strömungsrichtung (nicht gesondert dargestellt) kann Wärme aus der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 in der Fassade und im Dach tags in den Wärmespeicher unter der Bodenplatte 70 eingelagert werden. Die erreichbare Temperatur ist je nach Güte der Wärmedämmung 20 des Wärmespeichers mit der Frostschürze um und unter der Bodenplatte 70 bis über 50°C möglich. Im Heizfall (9 links) kann der Rücklauf aus der ersten thermischen Aktivierungsschicht 10 (mit ca. 18°C) mit der Sektion der thermischen Aktivierungsschicht 30 unter der Bodenplatte 70 weiter ausgekühlt werden (auf ca. 11°C), so dass in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 an der Fassade und im Dach mehr solare Energie vom Wärmeträgermedium aufgenommen werden kann. Die im Speicher eingelagerte Wärmeenergie kann im Sommer für die Warmwasserbereitung genutzt werden, indem die Sektion der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30 unter der Bodenplatte 70 hydraulisch direkt mit einem Warmwasserbereiter verbunden wird. Im Heizfall kommt die Wärme direkt durch die Bodenplatte 70, oder indirekt mit den beiden thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 der Beheizung des Gebäudes 100 zugute (beide Varianten nicht gesondert dargestellt).
Im Brandfall wird mit der erfindungsgemäßen Lösung, im Zusammenhang mit nicht brennbaren, und selbstverständlich ökologisch und toxikologisch unbedenklichen Wärmeträgermedien, eine zusätzliche Sicherheitsreserve geschaffen (nicht gesondert dargestellt). Werden die thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 aus einem bei höheren Temperaturen schmelzenden Material ausgeführt, z. B. Kapillarrohrmatten aus Polymeren verwendet, so schmelzen im Brandfall die dünnen Kapillaren und das Wärmeträgermedium tritt aus den freien Querschnitten aus. Handelt es sich um ein nicht brennbares Medium, z. B. um eine wässrige Salzlösung, so hilft diese beim Löschen eines Brandes in der thermischen Dämmschicht 20, gestaffelt in zwei Ebenen 10, 30. Zur Verstärkung dieses Effektes kann nach Abfall des Druckes im System weiteres Wärmeträgermedium, oder einfacher direkt Löschwasser in das System nachgespeist werden. Als Auslöser kann der Systemdruckmangel, mit oder ohne Kombination mit Brandmeldern, oder einfach ein (von außen) zugänglicher Feuerschieber/-hydrant dienen. Zusätzlich oder alternativ kann das Wärmeträgermedium führende System auf Sammelleitungen mit selbsttätigen oder fremd auszulösenden Löschdüsen ausreichender Häufigkeit und Leistung versehen werden. Zu vermeiden ist, dass bei anderweitiger Undichte im System ein Fehlalarm oder größerer Wasserschaden entsteht. Es muss nicht näher erläutert werden, dass ein solches selbsttätiges, ortsbezogenes und örtlich begrenzt wirkendes Feuerlöschsystem nicht nur in der thermischen Dämmschicht 20, und auch ohne thermische Aktivierungsfunktion für sich genommen einsetzbar ist, ähnlich einem sogenannten Sprinklersystem, wofür gesonderter Schutz beansprucht wird.
Ist derzeit der Passivhausstandard im Wesentlichen dem Neubau vorbehalten, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung (thermisch doppelt aktiviertes WDV-System), zusammen mit passivhaustauglichen Fenstern und Türen und einem Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung, auch im Bestand das allgemein anerkannte Ziel – die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um mindestens 80% zu reduzieren, ohne Eingriffe in die Natur, ohne Errichtung externer Bauwerke und zusätzlicher Lärmquellen, wirtschaftlich und nachhaltig zu erreichen. Dabei fallen die thermischen Aktivierungsschichten 10, 30 weder im Inneren des Gebäudes 100 als Heizflächen, noch außen als Solarabsorber auf, sie passen sich unmerklich in die Architektur ein, die Technik tritt in den Hintergrund.
Die wenige, elektrische Antriebsenergie wird, auch wenn sie aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen wird, zunehmend aus erneuerbaren Quellen generiert – angestrebt werden in 2020 bereits 40%, so dass der Primärenergieverbrauch der betrachteten Lösung mit jedem Jahr weiter sinkt, ohne diese selbst noch einmal modernisieren zu müssen. Dabei ist die erfindungsgemäße Speicherfassade ein willkommenes Element zum Ausgleich schwankenden Energiedargebotes.
In der Folge bewirkt die Erfindung u. a. nachstehende Vorteile und Effekte:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung unterscheidet sich vom Stand der Technik durch den Entfall des Eisspeichers und die Verschmelzung von erstem und drittem Kreislauf durch direkte Anbindung eines vorzugsweise vollflächigen Absorberkreises 30 an die Wärmepumpe 40. Gemäß der Erfindung gibt es einen Speicher auf der Gebäudeseite des Systems, nämlich die bereits bestehende Gebäudewand 101. Dies reduziert den Aufwand bedeutend.
Der negative Effekt aus den beiden zusätzlichen Temperaturdifferenzen in einem Eisspeicher zwischen dem ersten Kreis, dem Absorberkreis und dem ehemals dritten Kreis, dem Verdampferkreis, entfällt ebenfalls, was den Temperaturhub an der Wärmepumpe 40 verringert und ihre Leistungszahl erhöht.
Da der Absorber 30 bevorzugt die gesamte Umfassungsfläche belegt, entspricht die Soletemperatur im ersten Kreis, dem Absorberkreis etwa seiner Umgebungstemperatur. Es wird so bevorzugt ausschließlich die (Ab)wärme des Gebäudes 100 genutzt. Eine Abkühlung der Umgebung ist nicht erforderlich. Dies reduziert die Wärmeverluste des Gebäudes 100, was den Temperaturhub an der Wärmepumpe 40 weiter verringert und ihre Leistungszahl erhöht.
Da die Verdampfungstemperaturen der Außentemperatur an der Fassade (am außenliegenden Putz) entsprechen, sind diese ggf. zeitweilig niedriger, als um die null Grad in einem Eisspeicher. Sie fallen aber mit der Umgebungsluft zu Beginn der Heizsaison langsamer ab und steigen zum Ende der Heizsaison dynamischer wieder an, als in einem gefrorenen Eisspeicher, wo sie noch bis in den Sommer bei null Grad verharren.
Der Wegfall des Eisspeichers führt somit zu einer bedeutenden Vereinfachung des Systems und zu niedrigeren Kosten, und die der Umgebungstemperatur entsprechenden, höheren Absorbertemperaturen führen zu geringeren Wärmeverlusten des Gebäudes 100 sowie zur Vermeidung von gravierenden Folgeeffekten wie Betauung, Algenbildung und Vereisung der Fassade, bei höheren Leistungszahlen der Wärmepumpe 40.
Im Sommer kann zur Einhaltung einer Obertemperatur von z. B. 26°C im Inneren des Gebäudes 100 die Wärme zwischen den Putzabsorbern der verschiedenen Fassaden (Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht 30) von der besonnten zu den beschatteten Seiten verschoben werden, ggf. verstärkt durch die Wärmepumpe 40.
Die bevorzugt allseitigen, vollflächigen Putzabsorber bzw. Fassadenabsorber 30 bieten zudem die Möglichkeit der Vermeidung des sonst an wärmegedämmten Fassaden allgemein auftretenden Algenbewuchses durch eine gezielte Abtrocknung des Taus an den beschatteten Seiten mit der Wärme der besonnten Fassaden oder der Speicherwärme der Gebäudewand 101.
Die bidirektionale, direkte hydraulische Verbindung des Absorber- und des Außenwandtemperierungskreises erlaubt die Überbrückung der Wärmedämmung 20 bei Temperaturen am Absorber, die den Solltemperaturen am Außenwandtemperierungssystem entsprechen oder diese gar überschreiten. So kann im Winter bei ausreichenden Putztemperaturen durch Einstrahlung der flach stehenden Sonne diese Wärme ohne Wärmepumpe direkt zum Außenwandtemperierungssystem 10 verschoben werden, ohne zusätzlichen Wärmeübertrager (9 links). In kühlen Sommernächten hingegen kann die in der Wand 101 gespeicherte Taghitze über den Putzabsorber 30 natürlich an die Umgebung abgegeben werden (9 rechts). Beides macht die Wärmedämmung 20 immer dann künstlich unwirksam, schaltet sie praktisch ab, wenn ihre Wirkung negativ ist, verringert somit die Arbeitszeit der Wärmepumpe und erhöht ihre Jahresarbeitszahl.
In beiden Fällen kann die Wand 101 als idealer Großspeicher für die Sonnenwärme bzw. Nachtkühle genutzt werden, so dass in der übrigen Tageshälfte der Betrieb der Wärmepumpe 40 verringert oder ggf. ganz vermieden werden kann. Bei entsprechender Schaltung kann dieser Temperaturausgleich einem Thermosiphon gleich, ohne zusätzliche Pumpenergie und Regelung, mit natürlichem Umtrieb erfolgen, muss bei negativer Wirkung aber wieder künstlich unterbrochen werden.
Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass die erfindungsgemäße Lösung selbstverständlich nicht nur anwendbar ist an stationären Gebäuden 100, sondern auch an allen anderen, irgendwie zu beheizenden/zu temperierenden/zu kühlenden/zu dämmenden Anlagen und Einrichtungen, zum Beispiel an geschlossenen oder offenen Speichern diverser warmer/kalter Medien, an beliebigen anderen Behältern, an Kesseln, an beweglichen Fahrzeugen, Containern, an Kühlschränken/-häusern oder Wärmeschränken und anderen Einrichtungen mit einer Temperaturdifferenz zwischen ihrem ruhenden oder strömenden, festen, flüssigen oder gasförmigen, stationären oder wechselnden Inneren und der sie umgebenden, ruhenden oder strömenden, festen, flüssigen oder gasförmigen, stationären oder wechselnden, mit ihr thermisch interagierenden Umgebung.
Auch können Wärmepumpen beliebigen Arbeitsprinzips mit beliebigem Antrieb bzw. beliebiger Antriebsenergie, z. B. Kompressions-, Absorptions-, Adsorptions-, Dampfstrahl- oder thermoelektrische (Peltier-)Wärmepumpen mit z. B. mechanischem, hydraulischem, pneumatischem, elektrischem, thermischen Antrieb zum Einsatz kommen.
Weiter wird die Einbindung eines (Saison)wärme-/Kältespeichers, z. B. an den (Putz)absorberkreis 30, ausdrücklich nicht ausgeschlossen, um die gespeicherte (solare) Wärme/(Umwelt-)Kälte (saisonverschoben) wieder in einer der thermischen Aktivierungsschichten 10, 30, z. B. bei ausreichender Temperatur, also bei 20°C im (Heiz-/Kühl)kreis 10 unter der Wärmedämmung 20 direkt, oder bei unzureichender Temperatur, im Heizfall bei weniger als z. B. 20°C, oder im Kühlfall bei mehr als z. B. 26°C, im (Putz)absorberkreis 30 über der Wärmedämmung 20 zum Einsatz zu bringen. Bei besonderen Konstellationen wie ausreichendem Speicherraum bzw. genügenden Speichertemperaturen kann dann eine Wärmepumpe 40 ggf. auch entfallen.
Bezugszeichenliste

10: erste thermische Aktivierungsschicht
20: thermische Dämmschicht
30: zweite thermische Aktivierungsschicht
40: Wärmepumpe
50: Verdichter der Wärmepumpe
60: Drosselventil der Wärmepumpe
70: Bodenplatte
80: Wärmeübertrager
90: Bypass zum Wärmeübertrager
100: Gebäude
101: Gebäudewand.

Zitierte Dokumente aus dem Stand der Technik

DE 195 33 475 A1 : Energieanlage für Gebäude Krecke, Edmond Dominique, Beaufort, LU Anmeldung: 12.09.1995; F24J 2/40
DE 10 2008 009 553 A1 : Integrierte außenliegende Wandheizung – ein Verfahren zur Nutzung der massiven Außenwand als ein in ein Gebäudeheiz- und Kühlsystem integrierter thermischer Speicher und als Murokausten-Wärmeübertrager Luther, Gerhard, Dr.rer.nat., 66119 Saarbrücken, DE Angemeldet: 16.02.2008; F24D 3/16
DE 100 25 642 A1 : Verfahren und Vorrichtung zur Senkung der Heiz- oder Kühlenergie für Räume bei Verfügbarkeit einer Wärme- oder Kältequelle mit einer Temperatur zwischen Raum- und Umgebungstemperatur Glück, Bernd, Prof. Dr., 08547 Jößnitz, DE Anmeldung: 24.05.2000; F24D 3/12
DE 10 2004 035 946 A1 : Wandheizung und Verfahren zur Herstellung eines damit ausgerüsteten Gebäudes Ingenieurbüro Makel GmbH, 59302 Oelde, OE Anmeldung: 23.07.2004; E04B 1/74
Hybride transparente Wärmedämmung 1996: Leonhardt, H.; Sinnesbichler, H.: Hybrid Transparente Wärmedämmung Fraunhofer IBP-Mitteilung 23 (1996) 304; Neue Forschungsergebnisse, kurz gefasst
DT 27 09 301 A1 : Wärmeaustauschvorrichtung zum Einfangen von Strahlungsenergie Compagnie Europeennne de Materiel Thermique et Aeraulique. Paris Anmeldung: 03.03.1977; F24J 3/02
Energiewand 2008: Beck, B.: Energie Report – Klempnertechnik erzeugt „freie Wärme" Baumetall Nr. 1, 2008; S. 24–26
Algenvermeidung durch Fassadentemperierung 2011: von Werder, J.; Kogan, D.; Sack, M.; Venzmer, H.; Malorny, W.: Algenvermeidung durch Fassadentemperierung; in: Fassadensanierung – Praxisbeispiele, Produkteigenschaften, Schutzfunktionen; Beuth, Berlin 2011.
IZES 2012: LEXU II – Feldtest; AP1: Indirekte Kombination eines aWT-Systems mit einem im Außenputz integrierten Flächenabsorber via Wärmepumpeneinsatz; Institut für Zukunftsenergiesysteme Saarbrücken; Institutsbericht 2011|2012; S. 29
US 2 462 557 : Heat pump means for controlling the temperature of the walls of a room Santee, C. M., Dixon; III. Anmeldung: 08.10.1947
DE 10 2008 009 085 B4 : Gebäudeaußenwand Pickhardt, Ch. Anmeldung: 14.02.2008; E04B 1/76.

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 19533475 A1 [0002, 0004, 0175]
DE 102008009553 A1 [0002, 0175]
DE 102004035946 A1 [0002, 0003, 0175]
DE 10025642 A1 [0002, 0175]
DT 2709301 A1 [0006, 0175]
US 2462557 [0016, 0175]
DE 102008009085 B4 [0022, 0175]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hybride transparente Wärmedämmung 1996 [0005]
Energiewand 2008 [0006]
Algenvermeidung durch Fassadentemperierung 2011 [0007]
IZES 2012 [0009]
Leonhardt, H.; Sinnesbichler, H.: Hybrid Transparente Wärmedämmung Fraunhofer IBP-Mitteilung 23 (1996) 304; Neue Forschungsergebnisse, kurz gefasst [0175]
Beck, B.: Energie Report – Klempnertechnik erzeugt „freie Wärme” Baumetall Nr. 1, 2008; S. 24–26 [0175]
Werder, J.; Kogan, D.; Sack, M.; Venzmer, H.; Malorny, W.: Algenvermeidung durch Fassadentemperierung; in: Fassadensanierung – Praxisbeispiele, Produkteigenschaften, Schutzfunktionen; Beuth, Berlin 2011. [0175]
LEXU II – Feldtest; AP1: Indirekte Kombination eines aWT-Systems mit einem im Außenputz integrierten Flächenabsorber via Wärmepumpeneinsatz; Institut für Zukunftsenergiesysteme Saarbrücken; Institutsbericht 2011|2012; S. 29 [0175]

Claims

Verfahren zur Senkung der einem Objekt (100) zuzuführenden Heiz- oder Kühlenergie, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Temperierung des Objektes (100) dieses vorzugsweise vollflächig mit einer ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) umgeben ist, – zur Temperierung der thermischen Dämmschicht (20) diese vorzugsweise vollflächig mit einer zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) umgeben ist, so dass – im Heizfall, zur Temperierung des Inneren des Objektes (100) oberhalb der Umgebungstemperatur, die erste thermische Aktivierungsschicht (10) und die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) thermisch interagieren, indem – bei positiver Temperaturdifferenz zwischen Objekt (100) und äußerer Oberfläche indirekt über eine Wärmepumpe (40) zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (10) auf der kalten Seite, und der ersten thermischen Aktivierungsschicht (30) auf der warmen Seite ein erforderlicher Wärmestrom herbeigeführt wird, indem – durch Steuerung der warmen Seite der Wärmepumpe (40) die erste thermische Aktivierungsschicht (10) in ihrer Temperatur – bei fehlenden zusätzlichen Wärmeverlusten oder -gewinnen vorzugsweise konstant auf der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu keinem Wärmestrom aus dem Objekt (100) kommen kann, – bei zusätzlichen Wärmeverlusten geringfügig über der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom in das Objekt (100) kommt, – bei zusätzlichen Wärmegewinnen geringfügig unter der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom aus dem Objekt (100) kommt, – durch Steuerung der kalten Seite der Wärmepumpe (40) die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) in ihrer Temperatur – bei fehlenden zusätzlichen Wärmeverlusten oder Wärmegewinnen permanent an die Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung angepasst wird, so dass es zu keinem Wärmestrom aus dem Objekt (100) kommen kann, – für zusätzliche Wärmegewinne geringfügig unter der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung, über oder unter der Umgebungstemperatur gehalten wird, so dass es bilanziell zu einem erforderlichen Wärmestrom in das Objekt (100) kommt, – bei negativer Temperaturdifferenz zwischen Objekt (100) und äußerer Oberfläche für zusätzliche Wärmegewinne durch direkte thermische Interaktion zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) und der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) ein erforderlicher Wärmestrom in das Objekt (100) herbeigeführt wird, – für den Kühlfall, zur Temperierung des Inneren des Objektes (100) unterhalb der Umgebungstemperatur, die erste thermische Aktivierungsschicht (10) und die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) thermisch interagieren, indem – bei negativer Temperaturdifferenz zwischen Objekt (100) und äußerer Oberfläche indirekt über eine Wärmepumpe (40) zwischen der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) auf der kalten Seite, und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) auf der warmen Seite ein erforderlicher Wärmestrom herbeigeführt wird, indem – durch Steuerung der kalten Seite der Wärmepumpe (40) die erste thermische Aktivierungsschicht (10) in ihrer Temperatur – bei fehlenden zusätzlichen Wärmeverlusten oder -gewinnen konstant auf der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu keinem Wärmestrom in das Objekt (100) kommen kann, – bei zusätzlichen Wärmeverlusten geringfügig über der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom in das Objekt (100) kommt, – bei zusätzlichen Wärmegewinnen geringfügig unter der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom aus dem Objekt (100) kommt, – durch Steuerung der warmen Seite der Wärmepumpe (40) die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) in ihrer Temperatur – mit und ohne zusätzliche Wärmegewinne geringfügig über der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung, unter oder über der Umgebungstemperatur gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom aus dem Objekt (100) kommt, – bei zusätzlichen Wärmeverlusten geringfügig unter der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung gehalten wird, so dass es zu einem erforderlichen Wärmestrom in das Objekt (100) kommt, – bei positiver Temperaturdifferenz zwischen Objekt (100) und äußerer Oberfläche für zusätzliche Wärmeverluste durch direkte thermische Interaktion zwischen der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) ein erforderlicher Wärmestrom aus dem Objekt (100) herbeigeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben der Vorrichtung so durchgeführt wird, dass die erste thermische Aktivierungsschicht (10), getrennt für den Heiz- und für den Kühlfall, auf der Solltemperatur des Objektes (100) bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten wird, und die Temperaturdifferenz zum Objekt (100) bevorzugt auf null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin, und/oder in Abhängigkeit vom Objekt (100) oder von den zulässigen/auftretenden Temperaturschwankungen auch auf einen höheren Betrag eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betreiben der Vorrichtung so durchgeführt wird, dass die zweite thermische Aktivierungsschicht (30), getrennt für den Heiz- und für den Kühlfall, auf der Temperatur ihrer nicht aktivierten Umgebung bzw. geringfügig darüber oder darunter gehalten wird, und die Temperaturdifferenz zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) und ihrer Umgebung bevorzugt auf null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin, und/oder in Abhängigkeit vom Objekt (100) und/oder der Umgebung oder von den zulässigen/auftretenden Wärmeverlusten auch auf einen höheren Betrag eingestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht (10, 30) direkt und aktiv thermisch miteinander gekoppelt werden und eine Wärmepumpe (40) außer Betrieb gesetzt wird, wenn eine Temperatur der einen thermischen Aktivierungsschicht (10, 30) der anzustrebenden Temperatur der jeweils anderen thermischen Aktivierungsschicht (30, 10) entspricht bzw. geringfügig darüber oder darunter liegt, und wenn eine Temperaturdifferenz zwischen einer Ist-Temperatur von einer von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (10, 30) zu einer Solltemperatur der anderen von der ersten und der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (10, 30) bevorzugt null Kelvin, nicht mehr als ±0,5 Kelvin, maximal ±1 bis ±5 Kelvin, oder in Abhängigkeit vom Objekt (100) und/oder in Abhängigkeit von der Umgebung auch weniger oder mehr ist.
Vorrichtung zum Temperieren eines Objektes (100) gegenüber seiner Umgebung zur Anwendung eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, unter Einbeziehung der Objektwand (101), dazugehörend eine erste thermische Aktivierungsschicht (10), eine thermische Dämmschicht (20) und eine zweite thermische Aktivierungsschicht (30), weiterhin aufweisend eine Wärmepumpe (40) und Steuerungsmittel wie Pumpen, Ventile und Temperaturmessgeräte, sowie Kopplungsmittel, die eingerichtet sind, über die Wärmepumpe selektiv eine thermische Interaktion zwischen erster thermischer Aktivierungsschicht (10) und zweiter thermischer Aktivierungsschicht (30) herbeizuführen, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste thermische Aktivierungsschicht (10), die thermische Dämmschicht (20) und die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) an der Außenfläche der Objektwand (101), oder – die zweite thermische Aktivierungsschicht (10), die thermische Dämmschicht (20) und die erste thermische Aktivierungsschicht (30) an der Innenfläche der Objektwand (101), oder – die erste thermische Aktivierungsschicht (10) an der Innenfläche der Objektwand (101), und die thermische Dämmschicht (20) und die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) an der Außenfläche der Objektwand (101), oder – die thermische Dämmschicht (20) und die erste thermische Aktivierungsschicht (10) an der Innenfläche der Objektwand (101), und die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) an der Außenfläche der Objektwand (101) jeweils vorzugsweise vollflächig aneinander liegend angeordnet und mit der Objektwand (101) fest verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmittel erste Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, die erste und die zweite thermische Aktivierungsschicht (10, 30) selektiv direkt thermisch miteinander zu koppeln.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt ist, und wobei die Steuerungsmittel zweite Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, die Sektionen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste thermische Aktivierungsschicht (10) in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separaten Sektionen unterteilt ist, und die Steuerungsmittel dritte Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, die Sektionen der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) selektiv direkt und aktiv thermisch miteinander zu koppeln.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebundenen bekannten Steuerungsmittel so ausgelegt und schaltbar sind, dass ein Umkehren der Wärmeströme zwischen der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) und der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) direkt oder über die Wärmepumpe (40) möglich ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie als mehrschichtiges Wärmedämmverbundsystem ausgeführt ist, wobei die jeweils Wärmeträger führende erste und/oder zweite thermische Aktivierungsschicht (10; 30) unter beziehungsweise in oder über der Oberfläche der thermischen Dämmschicht (20), in der Kleber- beziehungsweise Putzschicht angeordnet und als Kapillarrohrmatten ausgestaltet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite thermische Aktivierungsschicht (30) und die entsprechende erste thermische Aktivierungsschicht (10) und die dazugehörigen Steuerungsmittel und Kopplungsmittel sowie Wärmepumpen (40) jeweils in eine Mehrzahl von thermisch voneinander separate Sektionen unterteilt sind, die ihrerseits einzelnen Sektionen des entsprechenden Objektes (100) zugeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie vorzugsweise auch an allen anderen Oberflächen des Objektes (100), wie im Fall von Gebäuden auch im Bereich von – geneigten Dächern, – Geschossdecken, – Flachdächern, – Kellerdecken, – Bodenplatten oder anderen Fundamenten und – Kelleraußenwänden analog angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Objektwand (101), oder dem Objekt (100) selbst gespeicherte Wärme oder Kälte zu anderen Zwecken, insbesondere der Warmwasserbereitung oder Heizung oder Kühlung genutzt wird, indem weitere Kopplungsmittel vorgesehen sind, die kalte oder warme Seite einer Wärmepumpe (40) mit der der Objektwand (101), oder dem Objekt (100) selbst, zugewandten thermischen Aktivierungsschicht (10; 30), und die warme Seite der Wärmepumpe (40) mit einer Wärmesenke wie einem Warmwasserbereiter oder einem Objekt internen oder externen Heizsystem, oder die kalte Seite der Wärmepumpe (40) mit einer Wärmequelle wie einem Klimatisierungssystem oder Abwärmesystem zu koppeln.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Temperatur-/Feuchtesensoren in aktivierten und nicht aktivierten Bereichen der thermischen Aktivierungsschicht (10; 30) vorgesehen sind, die für die Steuerung der Temperaturen dienen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite der Objektwand (101) eine zusätzliche Wärmedämmschicht vorgesehen ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Gebäudewand (101) und/oder der Wärmedämmung (20) außen oder innen mit rillenförmigen Vertiefungen versehen ist, die der vorzugsweise oberflächenbündigen Aufnahme der thermischen Aktivierungsschichten (10, 30) dienen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungsmittel weitere Kopplungsmittel aufweisen, die eingerichtet sind, Sektionen der thermischen Aktivierungsschichten (10, 30) unterschiedlichen Temperaturniveaus hydraulisch nacheinander durchströmbar zu koppeln, in der zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) mit aufsteigendem Temperaturniveau im Heizfall und mit fallendem Temperaturniveau im Kühlfall, und in der ersten thermischen Aktivierungsschicht (10) mit aufsteigendem Temperaturniveau im Kühlfall und mit fallendem Temperaturniveau im Heizfall.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Brandbekämpfung am Objekt (100), insbesondere in der thermischen Dämmebene (20) und den thermischen Aktivierungsschichten (10; 30) das in der Vorrichtung vorhandene Medium verwendet wird und die Zuführung weiteren Löschmediums vorgesehen ist, und dazu die thermischen Aktivierungsschichten (10, 30) aus brennbarem Material bestehen oder mit selbsttätigen oder fremd auszulösenden Löschdüsen versehen sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vor- und Rücklaufleitungen vor und nach den Sektionen einer zweiten thermischen Aktivierungsschicht (30) mit von anderen Sektionen abweichender Temperatur ein im Gegenstrom geschalteter Wärmeübertrager (80), ein Rekuperator oder Regenerator eingebunden ist, der zur Inaktivierung mit einem oder zwei Bypässen (90) versehen ist, oder alternativ ein Vierwegemischer oder ein Dreiwegemischer.