DE102014200495A1

DE102014200495A1 - Fensterelement

Info

Publication number: DE102014200495A1
Application number: DE102014200495.0A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Dinkel; Fabien Coydon
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fensterelement (1) mit einem Rahmen (4) und zumindest einer ersten Scheibe (11) und zumindest einer zweiten Scheibe (12), welche einen ersten Scheibenzwischenraum (21) begrenzen, wobei das Fensterelement dazu eingerichtet ist, einen Innenraum (I) von einem Außenraum (A) zu trennen, wobei der Rahmen (4) eine erste Zuluftöffnung (51) aufweist, welche in den Innenraum (I) mündet und eine zweite Zuluftöffnung (52) aufweist, welche in den Außenraum (A) mündet und eine erste Abluftöffnung (61) aufweist, welche in den Innenraum (I) mündet und eine zweite Abluftöffnung (62) aufweist, welche in den Außenraum (A) mündet, so dass ein Abluftstrom (55) vom Innenraum (I) in den Außenraum (A) führbar ist und ein Zuluftstrom (65) vom Außenraum (A) in den Innenraum (I) führbar ist, wobei das Fensterelement (1) weiterhin zumindest einen Wärmetauscher (3) enthält, mit welchem ein Wärmestrom vom Abluftstrom (55) auf den Zuluftstrom (65) übertragbar ist, und der Zuluftstrom (65) in zumindest einem Betriebszustand zumindest im ersten Scheibenzwischenraum (21) führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fensterelement mit einem Rahmen und zumindest einer ersten Scheibe und zumindest einer zweiten Scheibe, welche einen ersten Scheibenzwischenraum begrenzen, wobei das Fensterelement dazu eingerichtet ist, einen Innenraum von einem Außenraum zu trennen. Fensterelemente der Eingangs genannten Art können in Fahrzeugen, Flugzeugen, Booten oder Gebäuden eingesetzt werden, um deren Innenraum vor Witterung zu schützen und gleichzeitig EINEM Bewohner bzw. Benutzer den Ausblick aus dem Innenraum zu ermöglichen.
Bekannte Fensterelemente weisen den Nachteil auf, dass der Wärmedurchgangswiderstand der umgebenden Mauern des Gebäudes größer ist als der Wärmedurchgangswiderstand der Verglasung bekannter Fensterelemente. Dadurch weist die Glasoberfläche bei kalter Witterung eine niedrigere Temperatur auf als das Mauerwerk. Insbesondere bei großflächigen Verglasungen kann das Raumklima daher als unangenehm kühl empfunden werden, selbst wenn die Lufttemperatur als solche hinreichend hoch gewählt ist.
Zur Lösung dieses Problems ist aus der US 5,051,560 bekannt, die innen liegende Scheibe einer Doppelverglasung durch einen transparenten elektrischen Heizwiderstand zu erwärmen.
Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, dass ein vergleichsweise großer Wärmestrom auch in den außen liegenden Halbraum abgegeben wird, so dass der Energiebedarf des Gebäudes insgesamt erhöht ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fensterelement anzugeben, welches ein angenehmeres Raumklima ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fensterelement gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Fensterelement mit einem Rahmen und zumindest einer ersten Scheibe und zumindest einer zweiten Scheibe vorgeschlagen. Der Rahmen kann in an sich bekannter Weise aus Holz, Kunststoff, Aluminium oder Stahl gefertigt sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rahmen auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise kann ein Holzrahmen mit einer Außenschale aus Aluminium versehen werden oder ein Kunststoffrahmen kann Verstärkungselemente aus Aluminium oder Stahl enthalten. Der Rahmen kann in an sich bekannter Weise Hohlräume enthalten, welche mit einem Dämmstoff ausgefüllt sind. Der Rahmen kann als Festflügel ausgeführt sein, so dass das Fensterelement dauerhaft in einer vorgegebenen Position im Gebäude angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rahmen zwei zueinander bewegliche Teilelemente aufweisen, so dass das Fenster ganz oder teilweise geöffnet werden kann.
Auch wenn die Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines Gebäudes und eines zugehörigen Gebäudefensters beschrieben wird, so kann selbstverständlich das Fensterelement auch für andere Anwendungsfälle angepasst werden. Beispielsweise kann das Fensterelement Teil eines Flugzeuges, eines Fahrzeuges oder eines Bootes bzw. Schiffes sein.
Das Fensterelement weist zumindest eine erste Scheibe und zumindest eine zweite Scheibe auf, welche einen ersten Scheibenzwischenraum begrenzen. Die Scheiben können transparent oder transluzent sein, um einen Ausblick aus dem Gebäude zu ermöglichen und/oder Umgebungslicht in das Gebäude zu lenken.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Rahmen eine erste Zuluftöffnung aufweist, welche in den Innenraum mündet und eine zweite Zuluftöffnung aufweist, welche in den Außenraum mündet. Die Zuluftöffnung dient dazu, Luft aus dem Innenraum bzw. aus dem Außenraum anzusaugen.
Weiterhin weist der Rahmen eine erste Abluftöffnung auf, welche in den Innenraum mündet und eine zweite Abluftöffnung, welche in den Außenraum mündet. Die Abluftöffnungen dienen jeweils dazu, Luft vom Fensterelement in den Innenraum bzw. den Außenraum abzugeben. Auf diese Weise kann ein Abluftstrom vom Innenraum über das Fensterelement in den Außenraum geleitet werden. Gleichzeitig oder intermittierend kann ein Zuluftstrom vom Außenraum über das Fensterelement in den Innenraum geführt werden. Auf diese Weise kann dass Fensterelement neben der Grundfunktion des Lichtzutritts auch als Lüftungselement für den Innenraum eingesetzt werden, wobei verbrauchte Luft nach außen geführt und Frischluft nach innen geführt wird.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass das Fensterelement zumindest einen Wärmetauscher enthält, mit welchem ein Wärmestrom vom Abluftstrom auf den Zuluftstrom übertragbar ist. Zumindest bei kalter Witterung in der kalten Jahreszeit wird der Innenraum aufgrund der dort vorhandenen Heizungsanlage eine höhere Lufttemperatur aufweisen als der Außenraum. Der Wärmetauscher kann somit dazu eingesetzt werden, dem warmen Abluftstrom Wärme zu entziehen und damit zumindest eine Vortemperierung des kalten Zuluftstroms zu erreichen, so dass der Zuluftstrom nachfolgend im Innenraum nur noch in geringerem Maße erwärmt werden muss. Hierdurch kann Heizenergie eingespart werden.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, dass der Zuluftstrom in zumindest einem Betriebszustand zumindest im ersten Scheibenzwischenraum führbar ist. Hierdurch wird der vom Wärmetauscher erwärmte Zuluftstrom in Kontakt mit der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe gebracht. Sofern die erste Scheibe dem Innenraum zugewandt ist, so wird diese durch den Zuluftstrom auf eine höhere Temperatur gebracht, so dass ein Bewohner bzw. Benutzer des Innenraums nicht der kalten Fensterfläche gegenübersitzt, welche als Senke für die vom Benutzer abgegebene Strahlungswärme wirkt. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Luftführung im ersten Scheibenzwischenraum den Vorteil auf, dass ein Wärmestrom, welcher vom Innenraum in den Außenraum abgegeben wird, zumindest teilweise vom Zuluftstrom aufgenommen werden kann, welcher nachfolgend über die erste Abluftöffnung wieder in den Innenraum eingeleitet wird. Auf diese Weise kann eine zumindest teilweise Rückgewinnung der üblicherweise durch das Fensterelement hindurchtretenden Verlustwärme erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmetauscher im Rahmen angeordnet sein. Hierzu kann der Rahmen in einigen Ausführungsformen einen Hohlraum aufweisen, in welchen der Wärmetauscher eingeführt wird, beispielsweise als Rohrbündelwärmeübertrager oder Querstromwärmetauscher. Somit kann der Abluftstrom und der Zuluftstrom so geführt werden, dass die Stoffströme getrennt bleiben, jedoch ein Wärmestrom vom Abluftstrom in den Zuluftstrom übertritt und den Zuluftstrom dabei erwärmt.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmetauscher zumindest eine dritte Scheibe und eine vierte Scheibe und eine fünfte Scheibe enthalten, wobei die dritte Scheibe und die vierte Scheibe einen dritten Scheibenzwischenraum begrenzen und die vierte Scheibe und die fünfte Scheibe einen vierten Scheibenzwischenraum begrenzen, wobei der Zuluftstrom und der Abluftstrom in jeweils einem zugeordneten Scheibenzwischenraum geführt werden können. Eine solche Ausführungsform der Erfindung kann den Vorteil aufweisen, dass eine größere Kontaktfläche für den Wärmeübergang zur Verfügung steht. Da der Abluftstrom und der Zuluftstrom von der vierten Scheibe getrennt sind, tritt die Wärme durch die vierte Scheibe hindurch. Da diese gleichwohl luftdicht ist, wird eine Vermischung der Luftströme bzw. ein Stofftransport zwischen Abluftstrom und Zuluftstrom vermieden. Sofern auch die dritte Scheibe, die vierte Scheibe und die fünfte Scheibe transparent oder transluzent sind, wird der Ausblick aus dem Fenster bzw. der Lichteinfall trotz des Wärmetauschers nicht weiter behindert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann auch der Einbruchschutz des Fensters aufgrund der Vielzahl an Scheiben verbessert sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Wärmetauscher weiterhin eine optionale sechste Scheibe und/oder eine optionale siebte Scheibe und/oder eine optionale achte Scheibe und/oder eine optionale neunte Scheibe aufweisen. Hierdurch kann in einigen Ausführungsformen ein optionaler fünfter Scheibenzwischenraum, ein optionaler sechster Scheibenzwischenraum, ein optionaler siebter Scheibenzwischenraum oder ein optionaler achter Scheibenzwischenraum bereitgestellt werden. Indem jeweils der Abluftstrom und der Zuluftstrom durch eine Mehrzahl von Scheibenzwischenräumen geführt wird, kann die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers bzw. die Kontaktfläche der beiden Luftströme weiter verbessert werden. in einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Zuluftströme und die Abluftströme jeweils alternierend in den Scheibenzwischenräumen geführt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung können der Abluftstrom und der Zuluftstrom gegenläufig in den jeweiligen Scheibenzwischenräumen geführt werden. Dies erleichtert einerseits die Luftführung der jeweiligen Luftströme von den zugeordneten Einlassöffnungen zu den zugeordneten Auslassöffnungen und weiterhin kann durch abwechselndes und gegenläufiges Führen der Luftströme in den Scheibenzwischenräumen ein guter Wärmeübergang erzielt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die ersten Zuluftöffnung und/oder die zweite Zuluftöffnung mit einem optionalen Filterelement versehen sein. Hierdurch kann ein starker Staubeintritt in den Wärmetauscher bzw. in den ersten Scheibenzwischenraum vermieden werden, so dass die Wartungsintervalle des erfindungsgemäßen Fensterelementes verlängert sein können und der Lichtdurchtritt auch nach längerem Gebrauch nicht behindert wird.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen dem Wärmetauscher und der zweiten Scheibe ein zweiter Scheibenzwischenraum angeordnet sein. Der zweite Scheibenzwischenraum kann ein Isolationsvakuum aufweisen oder mit einem Schutzgas gefüllt sein, um den Wärmestrom vom Innenraum zum Wärmetauscher und dadurch bedingte Wärmeverluste zu vermindern.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fensterelement zumindest eine zehnte Scheibe enthalten, welche vom Wärmetauscher bzw. der zweiten Scheibe durch einen neunten Scheibenzwischenraum getrennt ist. Auch der neunte Scheibenzwischenraum kann ein Isolationsvakuum oder ein Schutzgas enthalten, um die Wärmedämmung des Fensterelements zu verbessern. Daneben kann die zehnte Scheibe dem Außenraum zugewandt sein und dadurch eine Verschmutzung des Wärmetauschers oder mechanische Beschädigung des Wärmetauschers verhindern, welcher zwischen der zehnten Scheibe und der zweiten Scheibe im Fensterelement angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Scheibe mit einer Heizeinrichtung versehen sein. Hierdurch kann die erste Scheibe auf eine Temperatur gebracht werden, welche größer oder gleich der Lufttemperatur des Innenraums ist. Auf diese Weise kann zumindest vermieden werden, dass ein Benutzer oder Bewohner einer kalten Glasoberfläche gegenübersteht, welche als Wärmesenke für die vom Benutzer abgegebene Wärmestrahlung dient und dadurch die thermische Behaglichkeit negativ beeinflussen kann. Sofern die erste Scheibe auf eine höhere Temperatur beheizt wird, kann das erfindungsgemäße Fensterelement gleichzeitig als Heizkörper bzw. Heizfläche für den vom Fensterelement begrenzten Raum dienen. Auf die Verwendung zusätzlicher, architektonisch nachteiliger Heizkörper kann in diesem Fall verzichtet werden. Anders als bei bekannten Fensterelement mit beheizten Glaselementen wird die von der ersten Scheibe in Richtung des Außenrahmens abgestrahlte Wärmemenge im ersten Scheibenzwischenraum vom Zuluftstrom aufgenommen und ebenfalls dem Raum zugeführt. Sofern dennoch ein geringer Wärmestrom jenseits der zweiten Scheibe in Richtung des Außenraums abgegeben wird, so durchläuft dieser den Wärmetauscher und wird dort ebenfalls zumindest teilweise dem Zuluftstrom zugeführt. Auf diese Weise kann die von der Heizeinrichtung der ersten Scheibe zugeführte Wärme nahezu vollständig dem Innenraum zugeführt werden, so dass anders als bei bekannten beheizten Fensterelementen eine energetisch vorteilhafte Raumheizung über das Fensterelement durchgeführt werden kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fensterelement weiterhin ein Heizregister enthalten, mit welchem dem Zuluftstrom ein Wärmestrom zuführbar ist. Das Heizregister kann in einigen Ausführungsformen im Rahmen des Fensterelements angeordnet sein. Das Heizregister kann über einen Heizwiderstand elektrisch beheizt sein und/oder über ein Rohrregister mit einer zentralen Heizungsanlage verbunden sein. Die Heizungsanlage kann die zur Erwärmung des Heizwassers notwendige Wärmemenge entweder aus einem solarthermischen Kollektor, der Verbrennung fossiler Brennstoffe, einer Elektroheizung, einer Wärmepumpe oder einer Holzheizung beziehen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Heizungsanlage auch multivalent sein und mehrere unterschiedliche Brennstoffe bzw. Wärmequellen verwenden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fensterelement ein Bypassventil enthalten, welches dazu eingerichtet ist, in zumindest einem Betriebszustand den Zuluftstrom und/oder den Abluftstrom am Wärmetauscher vorbeizuführen. Auf diese Weise kann beispielsweise im Sommer während der kühleren Nachtstunden gezielt Warmluft aus dem Innenraum entfernt und durch kühle Umgebungsluft ersetzt werden, ohne dass die kühle Umgebungsluft mit Wärme aus dem Abluftstrom beladen wird. Hierdurch ergibt sich in der warmen Jahreszeit die gewünschte Abkühlung des Innenraums, ohne dass es der Verwendung einer Klimatisierungseinrichtung bedarf.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizregister und/oder die Heizeinrichtung der ersten Scheibe dazu eingesetzt werden, den Zuluftstrom auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur zu erwärmen. Dadurch wird einerseits eine Temperierung der dem Innenraum zugewandten ersten Scheibe sichergestellt und gleichzeitig die Raumluft erwärmt, so dass eine zusätzliche Heizungsanlage bzw. zumindest ein sichtbarer Heizkörper im Raum eingespart werden können.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eine Scheibe aus Glas oder Kunststoff bestehen. Eine Glasscheibe weist dabei den Vorteil auf, dass dieses eine gute Geräuschdämmung und einen guten Einbruchschutz bieten kann. Kunststoffscheiben weisen demgegenüber ein geringeres Gewicht auf, so dass insbesondere bei beweglichen Fensterelementen eine leichte Bedienung und geringe mechanische Belastungen des Rahmens resultieren. Scheiben aus Kunststoff können entweder mit einem hohen Wärmedurchgangswiderstand versehen sein, um auf diese Weise Wärmeverluste zu verhindern. Ein anderer Teil der Scheiben kann aus einem Kunststoff mit einem geringen Wärmewiderstand bestehen, beispielsweise ein Kunststoff welcher mit thermisch leitfähigen Füllstoffen versehen ist. Solche Scheiben können beispielsweise im Wärmetauscher eingesetzt werden, so dass ein guter Wärmeübergang vom Abluftstrom auf den Zuluftstrom erfolgen kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Scheibe aus Kunststoff eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 6 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Scheibe aus Kunststoff eine Dicke von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Scheibe aus Kunststoff eine Dicke von etwa 4 mm bis etwa 6 mm aufweisen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Scheibe aus Kunststoff eine Dicke von etwa 0,50 mm bis etwa 1 mm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fensterelement zumindest einen Lüfter enthalten, welcher dazu eingerichtet ist, zumindest den Zuluftstrom oder den Abluftstrom zu fördern. Hierdurch kann eine Zwangsbelüftung bzw. eine Zwangsentlüftung des Innenraums erfolgen. Durch Regelung der Lüfterleistung kann die dem Raum zugeführte Luft und/oder Wärmemenge geregelt werden, so dass sich bei geringstmöglichem Energieeinsatz das bestmögliche Raumklima einstellt.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, welche in den anliegenden Figuren dargestellt sind. Dabei zeigt
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements in einem ersten Betriebszustand.
2 zeigt die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements in einem zweiten Betriebszustand.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements.
In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements in einem ersten Betriebszustand dargestellt. Der in 1 dargestellte Betriebszustand des Fensterelements eignet sich dabei insbesondere in der kalten Jahreszeit, d.h. wenn die Temperatur im Außenraum A geringer ist als im Innenraum I und der Innenraum I beheizt wird bzw. beheizt werden soll.
Das Fensterelement 1 umfasst einen Rahmen 4, welcher das Fensterelement an zumindest zwei gegenüberliegenden Kanten umgreift. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rahmen 4 umlaufend um das Fensterelement 1 angeordnet sein. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Rahmen 4 mehrteilig sein, wobei einzelne Teile des Rahmens 4 relativ zu anderen Teilen des Rahmens 4 beweglich sind. Auf diese Weise kann das Fensterelement 1 geöffnet werden, beispielsweise durch Kippen, Schwenken und/oder Verschieben.
Wie 1 zeigt, sind im Rahmen fünf Luftführungen angeordnet. Das untere Rahmenteil enthält dabei die Luftführungen 42, 43 und 45. Der obere Rahmenteil 4 enthält Luftführungen 41 und 44.
Der Rahmen 4 trägt eine Mehrzahl von Scheiben 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 10. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 10 Scheiben vorhanden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Scheiben größer oder geringer sein. Zumindest ist jedoch stets die erste Scheibe 11 und die zweite Scheibe 12 vorhanden.
Jeweils zwei Scheiben schließen einen benachbarten Scheibenzwischenraum ein. Beispielsweise umschließt die erste Scheibe 11 und die zweite Scheibe 12 den ersten Scheibenzwischenraum 21. Die zweite Scheibe 12 und die dritte Scheibe 13 umschließen den zweiten Scheibenzwischenraum 22. Die dritte Scheibe 13 und die vierte Scheibe 14 umschließen den dritten Scheibenzwischenraum 23. Die vierte Scheibe 14 und die fünfte Scheibe 15 umschließen den vierten Scheibenzwischenraum 24. Die fünfte Scheibe 15 und die sechste Scheibe 16 umschließen den fünften Scheibenzwischenraum 25. Die sechste Scheibe 16 und die siebte Scheibe 17 umschließen den sechsten Scheibenzwischenraum 26. Die siebte Scheibe 17 und die achte Scheibe 18 begrenzen den siebten Scheibenzwischenraum 27. Die achte Scheibe 18 und die neunte Scheibe 19 umgrenzen den achten Scheibenzwischenraum 28, die neunte Scheibe 19 und die zehnte Scheibe 10 umschließen den neunten Scheibenzwischenraum 29.
Ein Scheibenzwischenraum kann entweder zur Wärmeisolation dienen und dazu mit einem Isolationsvakuum oder einem Schutzgas gefüllt sein. Andere Scheibenzwischenräume können als Luftführung verwendet werden. Eine Mehrzahl aneinandergrenzender Scheibenzwischenräume kann einen Wärmetauscher 3 bilden, wie nachfolgend für den dritten Scheibenzwischenraum 23, den vierten Scheibenzwischenraum 24, den fünften Scheibenzwischenraum 25, den sechsten Scheibenzwischenraum 26, den siebten Scheibenzwischenraum 27 und den achten Scheibenzwischenraum 28 erläutert wird.
Der Rahmen 4 weist eine erste Zuluftöffnung 51 auf, mit welcher Luft aus dem Innenraum I in die Luftführung 41 des Rahmens 4 geleitet werden kann. An das gegenüberliegende Ende der Luftführung 41 grenzt der Wärmetauscher 3 mit ersten Luftführungen an. Die ersten Luftführungen sind gebildet aus den Scheibenzwischenräumen 23, 25 und 27. Die ersten Luftführungen münden am unteren Rahmen 4 in die Luftführung 42, durch welche die Luft schließlich als Abluftstrom 55 durch die zweite Abluftöffnung 52 in den Außenraum A geleitet wird. Um den Abluftstrom aufrechtzuerhalten, kann ein optionaler Lüfter 70 vorhanden sein, welcher den Luftstrom 55 fördert.
Weiterhin weist das Fensterelement 1, bzw. dessen Rahmen 4 eine zweite Zuluftöffnung 62 auf, welche in den Außenraum mündet und welche dem Außenraum A einen Zuluftstrom 65 entnimmt und diesen dem Fensterelement 1 zuführt. Auch hierzu kann ein optionaler Lüfter 7 vorhanden sein, um die Luftströmung in gewünschter Weise aufrechtzuerhalten.
Die durch die zweite Zuluftöffnung 62 eintretende Luft erreicht den Luftkanal 45 im Rahmen 4. Der Luftkanal 45 führt die Luft in zweite Luftführungen des Wärmetauschers 3. Die zweiten Luftführungen sind im dargestellten Beispiel gebildet durch den vierten Scheibenzwischenraum 24, den sechsten Scheibenzwischenraum 26 und den achten Scheibenzwischenraum 28. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl der Scheiben 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und dementsprechend die Anzahl der Scheibenzwischenräume 23, 24, 25, 26, 27, 28 größer oder geringer sein. Für die Funktionsweise dieser Ausführungsform der Erfindung sind lediglich drei Scheiben 13, 14 und 15 und dementsprechend zwei Scheibenzwischenräume 23 und 24 zwingend erforderlich.
Der Luftstrom mündet am oberen Rahmen in die Luftführung 44. Von dort wird der Luftstrom in den ersten Scheibenzwischenraum 21 geleitet und kann durch die erste Abluftöffnung 61 als Zuluftstrom 65 in den Innenraum I eintreten. Im Wärmetauscher 3 wird Wärme vom Abluftstrom 55 auf den Zuluftstrom 65 übertragen, so dass der Zuluftstrom den Innenraum I bereits temperiert erreicht und dadurch mit einer geringeren Menge an Heizenergie auf die gewünschte Raumtemperatur gebracht werden kann. Da der Zuluftstrom im ersten Scheibenzwischenraum 21 bereits temperiert ist, wird eine übermäßige Auskühlung der ersten Scheibe 11 verhindert. Wärmeverluste, welche den Innenraum in Richtung des Außenraums verlassen, werden nach Passieren der ersten Scheibe 11 ebenfalls dem Zuluftstrom 65 zugeführt und gelangen so wiederum in den Innenraum I.
Um Wärmeverluste zwischen dem Wärmetauscher 3 und dem Außenraum A zu verringern und gleichzeitig eine mechanische Beschädigung des Wärmetauschers 3 zu vermeiden ist der Wärmetauscher 3 in Richtung des Außenraumes A mit einer zehnten Scheibe 10 geschützt. Die zehnte Scheibe 10 ist vom Wärmetauscher 3 durch einen neunten Scheibenzwischenraum 29 getrennt, welcher zur Wärmeisolation eingesetzt werden kann.
2 zeigt einen zweiten Betriebszustand der ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Betriebszustand ist insbesondere dann nützlich, wenn der Innenraum wärmer ist als der Außenraum A, jedoch der Innenraum I durch Zufuhr kühlerer Luft gekühlt werden soll. Dies trifft beispielsweise auf die Nachtstunden in den Sommermonaten zu.
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird auch im zweiten Betriebszustand ein Abluftstrom 55 über die Zuluftöffnung 51 aus dem Raum entnommen und über den Wärmetauscher 3 in den Außenraum A geführt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann auch ein zweites Bypassventil vorhanden sein, um den Abluftstrom 55 am Wärmetauscher 3 vorbei unmittelbar in den Außenraum A zu leiten.
Der Zuluftstrom 65 wird über ein erstes Bypass-Ventil 9 so geführt, dass dieser den Wärmetauscher 3 nicht durchströmt, sondern unmittelbar zur Abluftöffnung 61 gelangt und dadurch das Fensterelement unmittelbar in Richtung des Innenraums I verlässt. Somit kann der Zuluftstrom 65 keine Wärme aus dem Abluftstrom 55 aufnehmen und kann als kühlender Luftstrom im Innenraum I verwendet werden.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich durch zusätzliche Wärmetauscher 31 und 32, welche im Rahmen 4 angeordnet sind. Diese Wärmetauscher dienen zusätzlich dem Wärmeübertrag vom Abluftstrom 55 auf den Zuluftstrom 65. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Fensterelements weiter verbessert werden und/oder die Temperatur des Zuluftstromes weiter ansteigen bzw. die Temperatur des Abluftstromes weiter sinken.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann nur einer der Wärmetauscher 31 oder 32 vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können bei Wärmetauscher vorhanden sein, wie in 3 dargestellt.
Die Wärmetauscher können in an sich bekannter Weise als Rohrbündelwärmeübertrager, Plattenwärmetauscher oder Querstromwärmetauscher aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sein und in zugeordnete Ausnehmungen am Rahmen 4 eingeführt werden.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fensterelements. Gleiche Bestandteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorangegangenen Ausführungsformen durch das Vorhandensein eines Heizregisters 8. Das Heizregister 8 ist in der Luftführung 44 des oberen Rahmens 4 angeordnet. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizregister 8 auch an anderer Stelle des Fensterelements angeordnet sein. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann auch eine Mehrzahl von Heizregistern 8 vorhanden sein.
Das Heizregister 8 überträgt Wärmeenergie auf den hindurchtretenden Luftstrom. Die Wärmeenergie kann entweder aus einer zentralen Heizungsanlage entnommen werden, beispielsweise einer an sich bekannten Holz-, Öl- oder Gasheizung. Fallweise kann die Heizungsanlage auch durch solarthermische Energiegewinnung oder eine Wärmepumpe unterstützt sein. Die Heizungsanlage kann multivalent sein, d.h. unterschiedliche Wärmequellen nutzen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Heizregister 8 auch elektrisch beheizt sein.
Das Heizregister 8 kann dazu eingesetzt werden, den Zuluftstrom 65 auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur des Innenraums I zu beheizen. Hierdurch kann einerseits Wärme an den Raum abgegeben werden, so dass das erfindungsgemäße Fensterelement konventionelle Heizkörper oder Fussbodenheizsystem ersetzen oder unterstützen kann. Weiterhin kann der Zuluftstrom 65 die erste Scheibe 11 erwärmen, so dass der Benutzer keine Strahlungswärme an eine als Wärmesenke wirkende kalte Glasscheibe abgibt. Hierdurch kann die thermische Behaglichkeit bei unveränderter Lufttemperatur im Innenraum I verbessert sein oder aber die Lufttemperatur im Innenraum I kann bei gleicher thermischer Behaglichkeit verringert werden. Hierdurch kann Energie eingespart werden.
Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung auf der ersten Scheibe 11 eine optionale Heizeinrichtung 81 vorhanden sein. Die Heizeinrichtung 81 dient unmittelbar der Erwärmung der ersten Scheibe 11, so dass sich wie vorstehend beschrieben ein behagliches Innenraumklima einstellen kann. Anders als bei bekannten Fensterelementen mit beheizten Scheiben geht die in Richtung des Außenraums A abgestrahlte Wärmemenge nicht verloren, sondern wird dem Zuluftstrom 65 im ersten Scheibenzwischenraum 21 zugeführt und erreicht so über die erste Abluftöffnung 61 wieder den Raum.
Die Heizeinrichtung 81 kann eine Widerstandsheizung umfassen. Eine Widerstandsheizung kann mit Leiterbahnen aus einem Metall oder einer Legierung realisiert sein, welche entweder auf die Oberfläche der Scheibe 11 aufgebracht sind oder in das Material der Scheibe 11 eingebettet sind. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Widerstandsheizung eine elektrisch leitfähige, transparente oder transluzente Beschichtung umfassen. Eine solche Beschichtung kann Indiumzinnoxid enthalten oder daraus bestehen.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
Die vierte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Wärmetauscher 31 ausschließlich im Rahmen 4 angeordnet ist. Der Abluftstrom wird dem Wärmetauscher über die erste Zuluftöffnung 51 zugeführt und verlässt den Rahmen 4 über die zweite Abluftöffnung 52, nachdem diese den Wärmetauscher 31 durchströmt hat.
Der Zuluftstrom wird dem Rahmen 4 über die zweite Zuluftöffnung 62 zugeführt und durchströmt nachfolgend ebenfalls den Wärmetauscher 31. Dadurch wird der Zuluftstrom erwärmt wohingegen sich der Abluftstrom abkühlt. Der erwärmte Zuluftstrom 65 durchströmt nachfolgend den ersten Scheibenzwischenraum 21 zwischen der ersten Scheibe 11 und der zweiten Scheibe 12. Nachdem der Zuluftstrom 65 den ersten Scheibenzwischenraum 21 durchströmt hat, wird dieser dem Innenraum I über die erste Abluftöffnung 61 zugeführt.
Um Wärmeverluste zwischen der zweiten Scheibe 12 und dem Außenraum A zu vermeiden, kann eine optionale zehnte Scheibe 10 zwischen der zweiten Scheibe 12 und dem Außenraum A angeordnet sein. Die zehnte Scheibe 10 und die zweite Scheibe 12 begrenzen einen neunten Scheibenzwischenraum 29, welcher zur Wärmeisolation dient.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bestandteile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
Wie in 6 ersichtlich ist, befindet sich im Unterschied zur vierten Ausführungsform im Luftkanal 43 des Rahmens 4 ein Heizregister 8, welches den Zuluftstrom 65 erwärmen kann. In einigen Ausführungsformen bzw. einigen Betriebszuständen der Erfindung kann der Zuluftstrom 65 auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des Innenraums I erwärmt werden. Die damit verbundenen Vorteile wurden bereits anhand der 4 und der dritten Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Beschreibung oder die Ansprüche ‚erste’ und ‚zweite’ Merkmale definieren, so dient dies der Unterscheidung gleichartiger Merkmale ohne eine Rangfolge festzulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5051560 [0003]

Claims

Fensterelement (1) mit einem Rahmen (4) und zumindest einer ersten Scheibe (11) und zumindest einer zweiten Scheibe (12), welche einen ersten Scheibenzwischenraum (21) begrenzen, wobei das Fensterelement dazu eingerichtet ist, einen Innenraum (I) von einem Außenraum (A) zu trennen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) eine erste Zuluftöffnung (51) aufweist, welche in den Innenraum (I) mündet und eine zweite Zuluftöffnung (62) aufweist, welche in den Außenraum (A) mündet und eine erste Abluftöffnung (61) aufweist, welche in den Innenraum (I) mündet und eine zweite Abluftöffnung (52) aufweist, welche in den Außenraum (A) mündet, so dass ein Abluftstrom (55) vom Innenraum (I) in den Außenraum (A) führbar ist und ein Zuluftstrom (65) vom Außenraum (A) in den Innenraum (I) führbar ist, wobei das Fensterelement (1) weiterhin zumindest einen Wärmetauscher (3) enthält, mit welchem ein Wärmestrom vom Abluftstrom (55) auf den Zuluftstrom (65) übertragbar ist, und der Zuluftstrom (65) in zumindest einem Betriebszustand zumindest im ersten Scheibenzwischenraum (21) führbar ist.
Fensterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (31, 32) im Rahmen (4) angeordnet ist.
Fensterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (3) zumindest eine dritte Scheibe (13) und eine vierte Scheibe (14) und eine fünfte Scheibe (15) enthält, wobei die dritte Scheibe (13) und die vierte Scheibe (14) einen dritten Scheibenzwischenraum (23) begrenzen und die vierte Scheibe (14) und die fünfte Scheibe (15) einen vierten Scheibenzwischenraum (24) begrenzen, wobei der Zuluftstrom (65) und der Abluftstrom (55) in jeweils einem zugeordneten Scheibenzwischenraum (23, 24) geführt sind.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 oder 3, weiterhin enthaltend zumindest eine zehnte Scheibe (10), welche vom Wärmetauscher (3) oder der zweiten Scheibe (12) durch einen neunten Scheibenzwischenraum (29) getrennt ist.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (11) mit einer Heizeinrichtung (81) versehen ist.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin enthaltend ein Heizregister (8), mit welchem dem Zuluftstrom (65) Wärme zuführbar ist.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin enthaltend ein Bypassventil (9), welches dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand den Zuluftstrom (65) und/oder den Abluftstrom (55) am Wärmetauscher (3) vorbei zu führen.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftstrom auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur erwärmbar ist.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Scheibe (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) aus Glas oder Kunststoff besteht.
Fensterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin enthaltend zumindest einen Lüfter (7), welcher dazu eingerichtet ist, zumindest den Zuluftstrom (65) oder den Abluftstrom (55) zu fördern.