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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gebäude umfassend ein Dach, insbesondere Flachdach, und zumindest eine Abwärme produzierende Vorrichtung, die im oder am Gebäude aufgestellt ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Nachrüstverfahren zur Herstellung eines Gebäudes.
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Gebäude mit Flachdächern oder mit Dächern, die eine geringe Neigung aufweisen, sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Die Dächer solcher Gebäude werden heutzutage immer häufiger mit einer Dachbegrünung versehen, da eine solche Dachbegrünung gleich mehrere Vorteile mit sich bringt. Einer der Vorteile besteht darin, dass die Vegetationsschicht einer Dachbegrünung in erheblichem Umfang Feinstaub bindet und somit wesentlich zur Luftverbesserung beiträgt. Ferner speichert eine Dachbegrünung Niederschläge, was dazu führt, dass etwa 50 bis 70 % der gesammelten Niederschläge nicht der Abwasserkanalisation zugeführt sondern verdunstet werden. Auf diese Weise können einerseits bei der Gemeinde anfallende Regenabwassergebühren eingespart werden. Andererseits werden unterhalb der Dachbegrünung angeordnete Räume des Gebäudes durch die Verdunstungskälte gekühlt, was bei hohen Außentemperaturen auch ohne gesonderte Klimaanlage zu angenehmen Temperaturen führt. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Temperaturschwankungen sowie UV-Strahlen, denen eine Dachkonstruktion ausgesetzt ist, durch eine Dachbegrünung deutlich reduziert werden, was insbesondere die Lebensdauer der Dachabdichtung deutlich erhöht. Nicht zuletzt werden Dachbegrünungen häufig von der Gemeinde finanziell bezuschusst. Im Ergebnis amortisieren sich Dachbegrünungen vergleichsweise schnell und tragen anschließend zur Reduzierung der Kosten bei, die für die Unterhaltung des Gebäudes anfallen. Bei Bestandsgebäuden besteht allerdings das Problem, dass die Statik der Dachkonstruktion nicht für das zusätzliche Gewicht einer Dachbegrünung ausgelegt ist. Zum Nachrüsten einer Dachbegrünung muss in solchen Fällen die Statik der Dachkonstruktion neu berechnet und die Tragfähigkeit erhöht werden. Dies ist jedoch mit erheblichen Kosten verbunden, was eine Dachbegrünung schnell unwirtschaftlich werden lässt. Von diesem Problem sind in der Bundesrepublik Deutschland vor allem Gebäude betroffen, die als Supermärkte, Schlachtereien oder dergleichen genutzt werden.
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Im Stand der Technik ist es ferner bekannt, Dächer mit einer Dachflächenheizung zu versehen, um insbesondere Schnee abzutauen, um zu verhindern, dass das zulässige Gesamtgewicht, das eine Dachkonstruktion aufnehmen kann, überschritten wird. Als Dachflächenheizungen kommen in der Praxis ausschließlich elektrisch betriebene Dachflächenheizungen zum Einsatz, da diese keine langen Aufheizzeiten benötigen, siehe hierzu auch beispielhaft die
DE 20 2006 014 831 U1 . Entsprechend können sie bei einsetzendem Schneefall einfach eingeschaltet werden und entfalten nach nur geringem zeitlichen Versatz ihre volle Wirkung. Der Betrieb von Dachflächenheizungen mit elektrischem Strom ist in der Bundesrepublik Deutschland zumindest derzeit sehr teuer. Vor diesem Hintergrund werden Dachflächenheizungen vornehmlich dann installiert, wenn ein zusätzlicher Vorteil erzielt werden kann, wie beispielsweise bei Parkhäusern, bei denen bei vorhandener Dachflächenheizung das oberste, nicht überdachte Parkdeck auch bei starkem Schneefall genutzt werden kann.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gebäude der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau vorzuschlagen, bei dem die eingangs genannten Probleme zumindest teilweise behoben werden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nachrüstverfahren zur Herstellung eines solchen Gebäudes zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Gebäude der eingangs genannten Art, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Dachflächenheizung, die ein Heizfluid führende, einen Kreislauf bildende Leitungen aufweist, eine auf dem Dach angeordnete Dachbegrünung und zumindest ein Wärmetauscher vorgesehen sind, der derart ausgebildet und an die Dachflächenheizung und die zumindest eine Vorrichtung angeschlossen ist, dass die Abwärme der zumindest einen Vorrichtung auf das Heizfluid der Flächenheizung übertragen wird. Ein solches Gebäude vereint die Vorteile einer Dachbegrünung und die Vorteile einer Dachflächenheizung bei optimaler energetischen Ausbeute und Wirtschaftlichkeit. Dank der Nutzung der Abwärme der zumindest einen Vorrichtung zum Erhitzen des Heizfluids der Dachflächenheizung lässt sich die Dachflächenheizung preiswert betreiben, gegebenenfalls sogar ohne gesonderte Zuheizung unter Verwendung eines Heizkessels oder dergleichen. Im Winter ist somit ein schneefreies Dach garantiert. Darüber hinaus wirkt das temperierte Dach im Winter isolierend, wodurch Heizkosten zum Beheizen der Räume eingespart werden können. Im Sommer sorgt auf der Dachbegrünung verdunstendes Wasser für eine Klimatisierung der Gebäuderäume und entsprechend für angenehme Temperaturen. Die Dachflächenheizung kann bei Bedarf außer Betrieb genommen werden, um den klimatisierenden Effekt nicht zu mindern. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich dank der Dachflächenheizung eine Dachbegrünung auch auf solchen Gebäuden nachrüsten lässt, bei denen die Statik der Dachkonstruktion eine Dachbegrünung sonst nicht zulassen würde. Dank der Dachflächenheizung können die Schneelasten, die eine Dachkonstruktion nach den geltenden lokalen Bauvorschriften aufnehmen können muss, vernachlässigt werden. Anstelle dieser Schneelasten kann dann die Dachbegrünung vorgesehen werden, deren Eigengewicht stets geringer als die Schneelast ist. Somit ist auch eine Neuberechnung der Statik überflüssig.
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Bevorzugt handelt es sich bei der zumindest einen Vorrichtung um eine Kältemaschine, beispielsweise um eine solche, die zum Temperieren von Kühlräumen oder dergleichen ausgelegt ist. Gerade Supermärkte, Schlachtereien oder ähnliche Einrichtungen verfügen über solche Kältemaschinen, die mehr als genug Abwärme produzieren, als für den Betrieb der Dachflächenheizung erforderlich ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Dachbegrünung einen schichtweisen Aufbau auf und umfasst, von unten nach oben betrachtet, insbesondere zumindest drei Schichten in Form einer Drainageschicht, einer Substratschicht und einer Vegetationsschicht. Die Drainageschicht kann unter Einsatz von Drainagematten gefertigt sein, über die überschüssiges Wasser zur Regenrinne des Gebäudes abgeleitet wird. Bei der Substratschicht handelt es sich beispielsweise um Lava, Bims, Zeolith oder dergleichen. Die Substratschicht dient zum einen dazu, die Vegetationsschicht aufzunehmen. Zum anderen bildet sie einen natürlichen Wasser- und Nährstoffspeicher für die Vegetationsschicht. Die Vegetationsschicht kann grundsätzlich aus unterschiedlichsten Pflanzen bestehen, wobei niedrig wachsende Gewächse von bis zu einem Meter Wuchshöhe bevorzugt sind. Insbesondere geeignet sind spezielle Moose, Sedumarten oder dergleichen, die sich als Luft- bzw. Feinstaubfilter bereits bewährt haben.
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Vorteilhaft ist eine zur Bewässerung der Dachbegrünung ausgelegte Bewässerungsanlage vorgesehen. Die Bewässerungsanlage stellt zum einen sicher, dass die Dachbegrünung bei wenig Niederschlag nicht austrocknen kann, was zum Absterben der Vegetation führen würde. Vor allem aber kann im Sommer die verdunstungsbedingte Klimatisierung unter dem Dach befindlicher Räume des Gebäudes auch bei wenig Niederschlag gewährleistet, in der Leistung verbessert und darüber hinaus auch durch Ein- und Ausschalten der Bewässerung gesteuert werden. Eine Installation zusätzlicher Klimaanlagen ist entsprechend nicht erforderlich. Vielmehr erfolgt die Klimatisierung des Gebäudes ausschließlich über die Verdunstung von in der Dachbegrünung gespeichertem Wasser, das bei Bedarf über die Bewässerungsanlage nachgefüllt wird. Die Betriebskosten für die Klimatisierung sind dabei deutlich geringer als die Betriebskosten herkömmlicher Klimaanlagen. Während eine Kühlleistung von 1kW bei einer herkömmlichen strombetriebenen Klimaanlagen in der Bundesrepublik Deutschland derzeit etwa 1,00 Euro kostet, liegen die entsprechenden Kosten bei der Klimatisierung über die Verdunstung von in der Dachbegrünung gespeichertem Wasser lediglich bei etwa 0,02 Euro, da Wasser, für das keine Abwassergebühren zu entrichten sind, erheblich günstiger als Strom ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung vorgesehen, welche den Volumenstrom des durch die Leitungen der Dachflächenheizung geförderten Heizfluids und/oder die von der Bewässerungsanlage abzugebende Wassermenge und/oder die Zufuhr von Fremdenergie zu der Dachflächenheizung steuert, insbesondere zumindest teilweise basierend auf von Sensoren erfassten Messdaten. So können Sensoren beispielsweise die Außentemperatur, die Menge des Niederschlags pro m2, die Feuchtigkeit der Dachbegrünung, die Temperatur innerhalb des Gebäudes etc. erfassen.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein Nachrüstverfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Gebäudes, bei dem in ein bestehendes Gebäude mit bereits vorhandener Abwärme produzierender Vorrichtung eine Dachflächenheizung und ein Wärmetauscher derart installiert werden, dass die Abwärme der zumindest einen Vorrichtung auf das Heizfluid der Dachflächenheizung übertragen wird.
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Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zur Bewässerung der Dachbegrünung ausgelegte Bewässerungsanlage installiert.
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Vorteilhaft wird eine Steuerung installiert, welche den Volumenstrom des durch die Leitungen der Dachflächenheizung geförderten Heizfluids und/oder die von der Bewässerungsanlage abzugebende Wassermenge und/oder die Zufuhr von Fremdenergie zu der Dachflächenheizung steuert.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Sensoren installiert und an die Steuerung derart angeschlossen, dass die Steuerung die zu steuernden Parameter zumindest teilweise basierend auf von Sensoren erfassten Messdaten steuert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- 1 eine Prinzipskizze, die ein Gebäude gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
- 2 eine schematische, teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Bereiches des Daches des in 1 gezeigten Gebäudes.
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Das Gebäude 1 umfasst ein Dach 2, das vorliegend als Flachdach mit geringer Neigung ausgeführt ist. Das Gebäude 1 verfügt über zumindest eine Abwärme produzierende Vorrichtung 3, bei der es sich bei der dargestellten Ausführungsform um eine Kältemaschine handelt, die zur Temperierung eines Kühlraums dient. Grundsätzlich sind aber auch andere Abwärme produzierende Vorrichtungen geeignet, soweit sie vornehmlich dauerhaft betrieben werden. Auf dem Dach 2 ist eine Dachbegrünung 4 vorgesehen, die einen schichtweisen Aufbau aufweist und vorliegend, von unten nach oben betrachtet, drei Schichten in Form einer Drainageschicht 5, einer Substratschicht 6 und einer Vegetationsschicht 7 umfasst. Die Drainageschicht 5 ist aus handelsüblichen Drainagematten hergestellt, die dazu ausgelegt sind, überschüssiges Wasser in Richtung einer Regenrinne 8 abzuleiten. Die Substratschicht 6 kann beispielsweise aus Lava, Bims, Zeolith oder dergleichen gebildet sein. Sie dient zum einen zur Aufnahme der Vegetationsschicht 7. Zum anderen hat sie Wasser speichernde Funktion. Die Vegetationsschicht 7 umfasst bevorzugt Gewächse geringer Höhe, insbesondere spezielle Moosarten, Sedumarten oder dergleichen, die sich als Luft- und Feinstaubfilter bewährt haben. Ferner umfasst das Gebäude 1 eine Dachflächenheizung 9 mit ein Heizfluid führenden, einen Kreislauf bildenden Leitungen 10. Im Bereich des Daches 2 sind die Leitungen 10 mäanderförmig über die Dachfläche verlegt, wie es in 2 angedeutet ist. Die den Zulauf und den Ablauf der Dachflächenheizung 9 bildenden Leitungen 10 sind an einen Wärmetauscher 11 angeschlossen, ebenso Leitungen 12 und 13 der Vorrichtung, durch die ein während des Betriebs der Vorrichtung 3 entstehende Abwärme aufnehmendes Medium in den Wärmetauscher 11 geleitet wird.
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Der Wärmetauscher 11 ist derart ausgebildet, dass das über die Leitung 12 zugeführte Medium Wärme auf das vom Dach 2 kommende Heizfluid der Dachflächenheizung 9 überträgt.
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Während des Betriebs überträgt die Vorrichtung 3 seine Abwärme auf das Medium, das dann im Zustand hoher Temperatur über die Leitung 12 aus der Vorrichtung 3 in den Wärmetauscher 11 geleitet wird. Gleichzeitig wird der Wärmetauscher von dem vom Dach 2 kommenden Heizfluid der Dachflächenheizung 9 durchströmt. Im Wärmetauscher überträgt das Medium Wärme auf das Heizfluid, wodurch letzteres beispielsweise von 25°C auf 70°C erwärmt wird. Gleichzeitig wird das Medium abgekühlt und über die Leitung 13 zurück in die Vorrichtung 3 geleitet, wo es von der Abwärme erneut erhitzt wird. Das erwärmte Heizfluid wird dann zum Dach 2 geführt und fließt dort mäanderförmig durch die Substratschicht 6, wobei es nach und nach abgekühlt wird. Dank der Dachflächenheizung 9 lässt sich im Winter sicherstellen, dass sich Schnee nicht auf dem Dach 2 des Gebäudes 1 ansammeln kann, da dieser direkt geschmolzen wird. Entsprechend wird die Entstehung zu hoher Lasten, die zum Einstürzten des Daches 2 führen könnten, verhindert. Das Heizmedium wird dann im abgekühlten Zustand zurück zum Wärmetauscher 11 geleitet und erneut erhitzt. Auf dem Dach 2 verdunstet in der Dachbegrünung 4 gespeicherte Feuchtigkeit, wobei die Verdunstung in erster Linie über die Pflanzen der Vegetationsschicht 7 erfolgt. Das Maß der Verdunstung ist dabei vornehmlich abhängig vom Feuchtigkeitsgrad der Dachbegrünung 4 und von der Außentemperatur. Durch die Verdampfung entsteht an heißen Tagen Verdunstungskälte, durch welche die unter dem Dach 2 befindlichen Räume des Gebäudes 1 gekühlt werden, so dass in den Räumen auch ohne zusätzliche Klimaanlage sehr angenehme Temperaturen vorherrschen.
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Um den Feuchtigkeitsgrad der Dachbegrünung 4 stets auf einem ausreichenden Niveau zu halten, um zum einen ein Austrocknen der Vegetationsschicht 7 und zum anderen eine hinreichende Klimatisierung zu gewährleisten, ist eine zur Bewässerung der Dachbegrünung 4 ausgelegte Bewässerungsanlage 14 mit über das Dach 2 verteilten Wasserverteilern 15 vorgesehen, die bei Bedarf eingeschaltet werden kann.
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Ferner verfügt das Gebäude 1 vorliegend über eine Steuerung 16, welche den Volumenstrom des durch die Leitungen 10 der Dachflächenheizung 9 geförderten Heizfluids und/oder die von der Bewässerungsanlage 14 abzugebende Wassermenge und/oder die Zufuhr von Fremdenergie zu der Dachflächenheizung 9 steuert, falls eine solche Fremdenergiezufuhr vorgesehen ist, beispielsweise unter Einsatz eines Brennkessels oder dergleichen. Die Steuerung erfolgt vorteilhaft zumindest teilweise basierend auf von Sensoren erfassten Messdaten. Als beispielhafte Sensoren sind ein den Feuchtigkeitsgrad der Substratschicht erfassender Feuchtigkeitssensor 17, ein die Temperatur des Heizfluids erfassender Temperatursensor 18, ein die Außentemperatur erfassender Temperatursensor 19 und ein die Niederschlagsmenge erfassender Niederschlagssensor 20 dargestellt.
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Das Gebäude 1 weist aufgrund seines Aufbaus diverse Vorteile auf.
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Die Vegetationsschicht 7 bindet in erheblichem Umfang Feinstaub und trägt entsprechend wesentlich zur Luftverbesserung bei. Ferner speichert die Substratschicht 6 Niederschläge, was dazu führt, dass etwa 50 bis 70 % der gesammelten Niederschläge nicht der Abwasserkanalisation zugeführt sondern verdunstet werden. Auf diese Weise können einerseits bei der Gemeinde anfallende Regenabwassergebühren eingespart werden. Andererseits werden unterhalb der Dachbegrünung 4 angeordnete Räume des Gebäudes 1 durch die Verdunstungskälte gekühlt, was bei hohen Außentemperaturen auch ohne gesonderte Klimaanlage zu angenehmen Temperaturen führt, wobei die Klimatisierung dank der Bewässerungsanlage auch bei längerer Trockenheit aufrecht erhalten werden kann. Die Kosten für die Klimatisierung liegen deutlich unterhalb der Kosten herkömmlicher Klimaanlagen, da lediglich an trockenen Tagen Wasser benötigt wird. Wasser ist in der Bundesrepublik Deutschland bezogen auf die zu erzielende Kühlleistung jedoch deutlich preiswerter als der Strom, der zum Betreiben einer herkömmlichen Klimaanlage erforderlich ist, was zu besagter Preisdifferenz führt. Noch ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Temperaturschwankungen sowie UV-Strahlen, denen eine Dachkonstruktion ausgesetzt ist, durch eine Dachbegrünung deutlich reduziert werden, was insbesondere die Lebensdauer der Dachabdichtung deutlich erhöht. Nicht zuletzt werden Dachbegrünungen häufig von der Gemeinde finanziell bezuschusst. Im Ergebnis amortisieren sich Dachbegrünungen vergleichsweise schnell und tragen anschließend zur Reduzierung der Kosten bei, die für die Unterhaltung des Gebäudes anfallen.
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Die Dachflächenheizung 9, die in erster Linie die Abwärme der Vorrichtung 3 nutzt, ist preiswert im Unterhalt. Im Herbst, Winter und Frühjahr senkt sie die Heizkosten zum Beheizen des Gebäuses 1 und beseitigt unerwünschte Schneelast. Darüber hinaus sorgt sie für eine Rückkühlung des Kältemittels der Vorrichtung 3, was zu einer Verringerung des Energiebedarfs für den Betrieb der Vorrichtung 3 führt.
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Im Übrigen lassen sich Bestandsgebäude, die bereits über Vorrichtungen 3 verfügen, die hinreichend Abwärme bereitstellen, ohne Weiteres bei geringem finanziellen Aufwand und kurzen Amortisationszeiten zu einem erfindungsgemäßen Gebäude nachrüsten. Dies gilt insbesondere für Bestandgebäude wie Supermärkte oder dergleichen, die über große Kältemaschinen verfügen. Selbst wenn diese eine Dachkonstruktion aufweisen, die nicht für eine zusätzliche Dachbegrünung 4 ausgelegt ist, stellt dies dank der Dachflächenheizung 9 kein Problem, soweit das Gewicht der Dachbegrünung 4 das Gewicht der Schneelast nicht überschreitet, für das die Dachkonstruktion berechnet ist. Da dies zumindest in der Bundesrepublik Deutschland stets der Fall ist, kann eine Nachrüstung ohne vorherige Statikprüfung erfolgen.
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Es sollte klar sein, dass die zuvor beschriebene Ausführungsform nur als Beispiel dient und nicht einschränkend ist. Vielmehr sind Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202006014831 U1 [0003]
