DE102022129205A1

DE102022129205A1 - Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums in einem Gebäude

Info

Publication number: DE102022129205A1
Application number: DE102022129205.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kramer; Ernst Schwertberger
Original assignee: Soewall GmbH
Current assignee: Soewall GmbH
Priority date: 2022-05-09
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Klimatisierung eines Innenraums (2) in einem Gebäude (3) weist eine Fensteranordnung auf, die ein äußeres Fensterelement (4) und ein von dem äußeren Fensterelement (4) beabstandetes inneres Fensterelement (5) aufweist. Zwischen den beiden Fensterelementen (4,5) befindet sich ein Wärmespeicherraum (6). Von dem Wärmespeicherraum (6) erstreckt sich eine erste Öffnung (7) in den Innenraum (2) und eine zweite Öffnung (8) zu einer Umgebung (9) des Gebäudes (3). Die Öffnungen (7,8) sind mittels einer Verschließeinrichtung (10) unabhängig voneinander verschließbar. Die Verschließeinrichtung (10) ist mittels einer Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit von Messwerten von wenigstens zwei mit der Steuereinrichtung (11) in Wirkverbindung stehenden Temperaturmesseinrichtungen (12,13) steuerbar. Eine erste Temperaturmesseinrichtung (12) befindet sich in dem Innenraum (2) und eine zweite Temperaturmesseinrichtung (13) befindet sich in dem Wärmespeicherraum (6).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums in einem Gebäude, mit einer Fensteranordnung, die ein äußeres Fensterelement und ein von dem äußeren Fensterelement beabstandetes inneres Fensterelement aufweist.
Aus der DE 20 2016 008 451 A1 ist eine Vorrichtung zur Be- und Entlüftung von Räumen im Bereich eines Fensters bekannt, die wenigstens eine raumseitige Strömungsöffnung und wenigstens eine außenseitige Strömungsöffnung, eine die Strömungsöffnungen verbindende Luftführung und eine in der Luftführung angeordneten Lüftungseinrichtung aufweist.
Diese bekannte Vorrichtung ist in der Lage, für eine kontrollierte Be- und Entlüftung eines Raums zu sorgen. Eine Klimatisierung im Sinne einer Beeinflussung der Temperatur des Innenraums ist mit dieser Vorrichtung jedoch nur begrenzt möglich.
Zur Klimatisierung bzw. Temperierung von Innenräumen in Gebäuden sind die unterschiedlichsten Lösungen bekannt. Häufig handelt es sich um Fußbodenheizungen, die mit Öl, Gas oder teilweise auch elektrischem Strom, beispielsweise unter Einsatz einer Wärmepumpe, betrieben werden.
Die bekannten Lösungen erfordern meist sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb einen hohen Energieeinsatz und sind teilweise recht komplex, was insbesondere beim Service und der Wartung solcher Anlagen zu Problemen führen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums in einem Gebäude zu schaffen, die einen unkomplizierten Aufbau, eine einfache Funktionsweise und eine geringe Reparaturanfälligkeit aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung eines Innenraums in einem Gebäude weist eine Fensteranordnung mit einem äußeren und einem von demselben beabstandeten inneren Fensterelement auf, zwischen denen sich ein Wärmespeicherraum befindet. In dem Wärmespeicherraum kann sich die darin befindende Luft durch die Einstrahlung von Licht, insbesondere Sonnenlicht, durch das äußere Fensterelement erwärmen, so dass in dem Wärmespeicherraum sehr häufig eine höhere Temperatur herrscht als in dem zu klimatisierenden Innenraum. Durch die beiden voneinander beabstandeten Fensterelemente der Fensteranordnung kann sich außerdem ein sehr guter Uw-Wert der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben, was die Notwendigkeit einer zusätzlichen Heizung weiter verringert und damit zur Einsparung von Energie und letztendlich zur Klimaschonung beiträgt. Auf diese Weise kann auch eine Unabhängigkeit von Gas, Öl und anderen importierten Energieträgern erreicht werden.
Von dem Wärmespeicherraum erstreckt sich eine erste Öffnung in den zu klimatisierenden Innenraum und eine zweite Öffnung erstreckt sich zu einer Umgebung des Gebäudes, d. h. nach außen. Dadurch kann die sich in dem Wärmespeicherraum befindende Luft in den Innenraum eingeleitet oder an die Umgebung abgegeben werden, sodass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter anderem auch eine Be- und/oder Entlüftung des Innenraums möglich ist. Die Fensteranordnung kann demnach als Kastenfenster mit integrierter dezentraler Lüftungsanlage angesehen werden, mit der ein Luftaustausch für den Innenraum möglich ist.
Die Öffnungen sind mittels einer Verschließeinrichtung unabhängig voneinander verschließbar, so dass die oben beschriebene Einleitung der Luft in den Innenraum bzw. die Ausleitung derselben an die Umgebung, jeweils aus dem Wärmespeicherraum, auf eine gesteuerte bzw. geregelte Art und Weise erfolgen kann.
Dabei ist die Verschließeinrichtung mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Messwerten von wenigstens zwei mit der Steuereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Temperaturmesseinrichtungen steuerbar. Die Steuerung der Einleitung der sich in dem Wärmespeicherraum befindenden Luft in den Innenraum bzw. die Abgabe der Luft an die Umgebung erfolgt also mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Messwerten jeweiliger Temperaturmesseinrichtungen.
Dabei befindet sich eine erste Temperaturmesseinrichtung in dem Innenraum und eine zweite Temperaturmesseinrichtung befindet sich in dem Wärmespeicherraum. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit der jeweiligen, von den beiden Temperaturmesseinrichtungen gemessenen Temperaturen entschieden werden, dass zum Zwecke der Erwärmung der Luft in dem Innenraum aus dem Wärmespeicherraum Luft in denselben eingeleitet wird, falls die Temperatur in dem Wärmespeicherraum diejenige im Innenraum überschreitet. Dadurch kann beispielsweise im Winter oder grundsätzlich bei niedrigen Temperaturen eine Heizwirkung für den Innenraum erzielt werden. Im Sommer oder generell bei hohen Temperaturen kann die Luft aus dem Wärmespeicherraum an die Umgebung abgegeben werden, um eine zu starke Erwärmung des Innenraums zu verhindern. Dabei ist es auch möglich, die warme Luft aus dem Innenraum an die Umgebung abzugeben und so die Temperatur in dem Innenraum zu senken.
Auf diese Weise ergibt sich eine sehr einfache Regulierung der Temperatur in dem Innenraum, die ein Nutzer über die Steuereinrichtung gegebenenfalls nach seinen Vorgaben einstellen kann.
Der modulare Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei sehr einfach und unkompliziert, was nicht nur zu geringen Baukosten führt, sondern auch deren Laufzeit verlängert, deren Ausfall- bzw. Reparaturanfälligkeit verringert und die Wartung bzw. den Austausch der gesamten Vorrichtung vereinfacht. Ein weiterer Vorteil sind die geringen Kosten während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Des Weiteren ist die Vorrichtung ressourcenschonend, da weniger Material, wie beispielsweise Kupfer, Kunststoffe und Metalle, eingesetzt werden. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Art eines Baukastensystems ausgeführt sein, wodurch sie auf Wohnungsgeschoßbau skalierbar ist.
Grundsätzlich kann es durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich sein, ohne zusätzliche Heiz- bzw. Klimatisierungseinrichtungen auszukommen, wodurch nicht nur auf deren Bau und Betrieb, sondern auch auf deren Planung verzichtet werden kann. Dies spart nicht nur Rohstoffe, Baumaterial und Zeit, sondern ist auch CO₂-neutral und wirtschaftlicher als der herkömmliche und aktuelle Baustandard. Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die Betriebs- und Energiekosten eines Gebäudes komplett kalkulierbar, wodurch über Jahrzehnte eine Sicherheit in Bezug auf die entstehenden Nebenkosten gegeben ist.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das äußere Fensterelement einen von dem Schichtaufbau des inneren Fensterelements abweichenden Schichtaufbau aufweist. Auf diese Weise wird das Eintreten von IR-Sonnenstrahlung durch den abweichenden Schichtaufbau am äußeren Fensterelement in den Wärmespeicherraum vereinfacht, so dass sich die Luft in dem Wärmespeicherraum stärker erhitzen kann als bei der Verwendung eines thermisch besser isolierenden Fensterelements. Dagegen wird ein direktes Eintreten der Sonnenstrahlung bzw. IR-Strahlung in den Innenraum verringert, da das innere Fensterelement eine entsprechende Materialschichtung aufweisen kann. In Summe führt diese Ausführung der Fensteranordnung somit zu einer stärkeren Erwärmung der Luft in dem Wärmespeicherraum.
Um die Verschließeinrichtung zusätzlich zu der oben beschriebenen Steuerung derselben in Abhängigkeit der von den Temperaturmesseinrichtungen gemessenen Temperaturen auch von der Luftqualität im Innenraum steuern zu können, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mit einem sich in dem Innenraum befindenden CO₂-Sensor in Wirkverbindung steht.
Um die Luftströmung zwischen dem Wärmespeicherraum und dem Innenraum bzw. der Umgebung des Gebäudes zu verbessern und damit die gewünschte Temperierung in kürzerer Zeit erreichen zu können, kann des Weiteren eine Umwälzeinrichtung zum Luftaustausch zwischen dem Wärmespeicherraum und dem Innenraum und/oder einer Umgebung des Gebäudes vorgesehen sein. Bei der Umwälzeinrichtung kann es sich zum Beispiel um einen EC-Ventilator handeln, der in der Lage sein kann, seine Drehrichtung nach Bedarf zu ändern.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Heizeinrichtung zur Erwärmung der durch die erste Öffnung in den Innenraum strömenden Luft vorsehen. Dies ermöglicht im Falle zu geringer Temperaturen innerhalb des Wärmespeicherraums dennoch eine Erhöhung der Temperatur im Innenraum, wodurch, in Abhängigkeit von der Dimensionierung der Heizeinrichtung und der Größe des Innenraums, auf andere Heizungen in dem Gebäude verzichtet werden kann. Selbstverständlich bietet sich die Heizeinrichtung auch als Ergänzung für bestehende Heizungen in bestehenden Gebäuden an und es kann, in Abhängigkeit von der jeweiligen Situation, insbesondere von dem Ort, an dem sich das mit der Vorrichtung ausgestattete Gebäude befindet, auch vollkommen auf die Heizeinrichtung verzichtet werden. Durch die Heizeinrichtung kann die ohnehin zum Zwecke der Belüftung aus der Umgebung in den Innenraum einströmende Luft erwärmt werden.
Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung innerhalb des Wärmespeicherraums eine die beiden Öffnungen verbindende Leitung angeordnet ist, die eine dritte Öffnung zu dem Wärmespeicherraum aufweist, so kann die Luftströmung auf einfache Weise von dem Wärmespeicherraum in den Innenraum oder an die Umgebung des Gebäudes abgegeben werden. Je nach Größe der gesamten Vorrichtung ist es auch möglich, mehrere solche Leitungen vorzusehen. Des Weiteren kann der Bereich, in dem sich die Leitung befindet, mittels einer Wandung vom restlichen Wärmespeicherraum abgegrenzt werden. Die Öffnung der Leitung in den Wärmespeicherraum wäre in diesem Fall die einzige Verbindung der in den Innenraum bzw. zur Umgebung führenden Öffnungen der Leitung mit dem Wärmespeicherraum.
Um die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einerseits zu vereinfachen und andererseits zusätzliche Möglichkeiten zur Beeinflussung der unterschiedlichen, oben beschriebenen Luftströmungen zu erreichen, kann außerdem vorgesehen sein, dass die dritte Öffnung mittels der Verschließeinrichtung unabhängig von den anderen Öffnungen verschließbar ist.
Eventuelle Restwärme, die in den verschiedenen, sich innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichen Luftströmungen vorhanden sein kann, lässt sich ausnutzen, wenn innerhalb der Leitung ein Wärmetauscher angeordnet ist.
Eine sehr einfache Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn die Verschließeinrichtung ein in der Leitung angeordnetes Mehrwegeventil aufweist. Ein solches Mehrwegeventil ermöglicht eine annähernd beliebige Verbindung der Öffnungen zu dem Innenraum, zu der Umgebung und zu dem Wärmespeicherraum, so dass die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Luftströmung eingestellt werden kann. Vorzugsweise lässt sich das Mehrwegeventil über die Steuereinrichtung ansteuern, wodurch insgesamt eine sehr einfache und wartungsarme Technik gegeben ist.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Verschließeinrichtung jeweilige, die Öffnungen freigebende oder verschließende Verschließelemente aufweist. Durch derartige Verschließelemente kann die gewünschte Strömung ebenfalls auf sehr einfache Weise eingestellt werden.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Schnitt aus 1;
3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Darstellung von 1;
4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Darstellung von 1;
5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Darstellung von 1; und
6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Darstellung von 1.

1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zur Klimatisierung bzw. Temperierung eines in den 2 und 3 dargestellten Innenraums 2 in einem Gebäude 3, von dem in den 2 und 3 lediglich eine Außenwand 3a dargestellt ist. Bei der Außenwand 3a kann es sich zum Beispiel um ein thermisch überdurchschnittliches Ziegelmauerwerk handeln, welches die solaren Erträge aus dem Sommer speichert und dem Gebäudeinneren weit in die Heizperiode zur Verfügung stellt.
Die Vorrichtung 1 weist eine Fensteranordnung mit einem äußeren Fensterelement 4 und einem von dem äußeren Fensterelement 4 beabstandeten inneren Fensterelement 5 auf. Der Abstand zwischen dem äußeren Fensterelement 4 und dem inneren Fensterelement 5 kann beispielsweise 15 bis 80 cm, vorzugsweise ca. 40 bis 60 cm, betragen. Unter anderem hängt dieser Abstand der beiden Fensterelemente 4 und 5 von der Dicke der Außenwand 3a ab. Die Dicke der Außenwand 3a ist vorzugsweise relativ hoch und kann zum Beispiel 50 bis 100 cm betragen, sodass sich eine sehr gute Wärmedämmung für das Gebäude 2 ergibt, was nicht nur im Winter ein zu starkes Auskühlen des Innenraums 2 verhindert, sondern im Sommer auch zu hohe Temperaturen in demselben. Allerdings kann die Vorrichtung 1 auch in bestehenden Gebäuden eingesetzt werden, die eine Außenwand 3a mit einer geringen Wandstärke von z.B. 24 cm aufweist, die im Zuge einer Sanierung mit einem Wärmedämmverbundsystem mit einer Dicke von z.B. 20 cm ausgestattet wurde.
Die beiden Fensterelemente 4 und 5 sind vorzugsweise relativ groß und können beispielsweise eine Breite von 1 bis 2 m und eine Höhe von 1,5 bis 3 m aufweisen. Sämtliche der genannten Größenangaben sind zwar vorteilhaft, sie sind aber dennoch als beispielhaft anzusehen. Insbesondere kann die Vorrichtung 1 auch bei Maueröffnungen von bestehenden Gebäuden eingesetzt werden, beispielsweise wenn im Zuge einer Gebäudesanierung ein oder mehrere Fenster ausgetauscht werden. Zum Zwecke der Reinigung können die Fensterelemente 4 und 5 vorzugsweise geöffnet werden. Durch die Fensteranordnung kann die gesamte Vorrichtung 1 eine bessere Isolierwirkung erreichen. Beispielsweise kann im Vergleich zu einem üblichen Uw-Wert eines 3-fach-verglasten Kunststofffensters von ca. 0,75 ein Uw-Wert von ca. 0,4 erreicht werden.
Zwischen dem äußeren Fensterelement 4 und dem inneren Fensterelement 5 befindet sich ein Wärmespeicherraum 6, der in den 2 und 3 besser erkennbar ist. Im vorliegenden Fall weist das äußere Fensterelement 4 einen von dem Schichtaufbau des inneren Fensterelements 5 abweichenden Schichtaufbau auf, so dass durch das äußere Fensterelement 4 in den Wärmespeicherraum 6 eintretende Sonnenstrahlung die Luft in dem Wärmespeicherraum 6 vergleichsweise stark erhitzen kann. Beispielsweise kann dies realisiert werden, indem das äußere Fensterelement 4 mit einer Zweifachverglasung und das innere Fensterelement 5 mit einer Drei- oder Vierfachverglasung ausgeführt wird.
Die beschriebene Wirkung der beiden Fensterelemente 4 und 5 kann noch dadurch verstärkt werden, dass diese mit geeigneten Beschichtungen versehen werden. Beispielsweise kann das äußere Fensterelement 4 eine für IR-Strahlung durchlässige Beschichtung aufweisen, wohingegen das innere Fensterelement 5 eine die Sonnenstrahlung absorbierende Beschichtung aufweist. Insbesondere in Wintermonaten, in denen die Sonne relativ flach steht und somit unter einem großen Winkel auf das äußere Fensterelement 4 trifft, lässt sich so auch bei relativ niedrigen Außentemperaturen eine vergleichsweise hohe Temperatur innerhalb des Wärmespeicherraums 6 erzielen.
Um die in dem Wärmespeicherraum 6 gespeicherte Wärme in dem Innenraum des Gebäudes 3 nutzen zu können, erstreckt sich von dem Wärmespeicherraum 6 eine erste Öffnung 7 in den Innenraum 2. Über die erste Öffnung 7 kann die sich in dem Wärmespeicherraum 6 befindende, erwärmte Luft an den Innenraum abgegeben werden, so dass die Luft innerhalb des Innenraums 2 durch die sich in dem Wärmespeicherraum 6 befindende erwärmte Luft ebenfalls erwärmt werden kann. Insbesondere in den Wintermonaten kann auf diese Weise der Innenraum 2 beheizt werden. Durch die oben beschriebene Größe der Fensterelemente 4 und 5 und des Wärmespeicherraums 6 lässt sich auf diese Weise eine effektive Beheizung des Innenraums 2 erreichen.
Von dem Wärmespeicherraum 6 erstreckt sich des Weiteren eine zweite Öffnung 8 zu einer mit dem Bezugszeichen 9 bezeichneten Umgebung des Gebäudes 3, d.h. zu einem Bereich außerhalb des Gebäudes 3. Durch die zweite Öffnung 8 kann die sich in dem Wärmespeicherraum 6 befindende Luft an die Umgebung 9 abgegeben werden. Dies kann beispielsweise in Sommermonaten der Fall sein, wenn sich die Luft innerhalb des Wärmespeicherraums 6 zwar sehr stark erwärmt, die Luft in dem Innenraum 2 jedoch so warm ist, dass eine weitere Erwärmung derselben mit der Luft aus dem Wärmespeicherraum 6 nicht gewünscht ist.
Die beiden Öffnungen 7 und 8 sind mittels einer Verschließeinrichtung 10 unabhängig voneinander verschließbar. In den 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Verschließeinrichtung 10 dargestellt, die zu einem späteren Zeitpunkt näher beschrieben werden.
Die Verschließeinrichtung 10 ist mittels einer in den 2 und 3 sehr schematisch angedeuteten Steuereinrichtung 11 in Abhängigkeit von Messwerten von wenigstens zwei mit der Steuereinrichtung 11 in Wirkverbindung stehenden Temperaturmesseinrichtungen 12 und 13 steuerbar. Hierbei findet sich eine erste Temperaturmesseinrichtung 12 in dem Innenraum 2 und eine zweite Temperaturmesseinrichtung 13 befindet sich in dem Wärmespeicherraum 6. Über die Steuereinrichtung 11 lässt sich beispielsweise eine für den Innenraum 2 gewünschte Temperatur im Sinne einer Solltemperatur eingeben. Die Einströmung der Luft in den Innenraum 2 oder an die Umgebung 9 kann auf diese Weise durch die Steuereinrichtung 11 in Abhängigkeit von den jeweiligen, mittels der Temperaturmesseinrichtungen 12 und 13 gemessenen Temperaturen und der gewünschten Solltemperatur eingestellt werden, sodass, wenn die jeweiligen Temperaturverhältnisse dies zulassen, bei zu hohen Temperaturen Wärme aus dem Innenraum 2 an die Umgebung 2 abgegeben und bei zu niedrigen Temperaturen Wärme aus dem Wärmespeicherraum 6 in den Innenraum 2 geleitet werden kann. Auch ein Mischen von Luft aus dem Wärmespeicherraum 6 und der Umgebung 9 und ein Einleiten einer solchen Mischung in den Innenraum 2 ist möglich. Dasselbe gilt für sämtliche anderen Möglichkeiten, die hierin beschriebenen Luftströmungen zu mischen.
Die Steuereinrichtung 11 steht im vorliegenden Fall außerdem mit einem sich in dem Innenraum 2 befindenden CO₂-Sensor 14 in Wirkverbindung. Dadurch ist es möglich, die Verschließeinrichtung 10 in Abhängigkeit eines CO₂-Gehalts in dem Innenraum 2 zu steuern, insbesondere indem frische Luft aus der Umgebung 9 durch die beiden Öffnungen 8 und 7 in den Innenraum 2 geleitet wird. An der Steuereinrichtung 11 kann vorzugsweise auch ein geduldeter Grenzwert für den CO₂-Gehalt in dem Innenraum 2 eingegeben werden.
Innerhalb des Wärmespeicherraums 6 ist des Weiteren eine Leitung 15 angeordnet, welche die erste Öffnung 7 mit der zweiten Öffnung 8 verbindet. Der Wärmespeicherraum 6 ist über eine dritte Öffnung 16 mit der Leitung 15 verbunden. Durch diesen Aufbau kann aus dem Wärmespeicherraum 6 Luft in den Innenraum 2 und/oder zu der Umgebung 9 geleitet werden. Selbstverständlich ist auch der jeweils umgekehrte Weg, d. h. das Leiten von Luft aus dem Innenraum 2 in den Wärmespeicherraum 6 und von der Umgebung 9 in den Wärmespeicherraum 6 möglich. Des Weiteren ist ein direktes Durchleiten von Luft aus der Umgebung 9 in den Innenraum 2 oder umgekehrt, von dem Innenraum 2 an die Umgebung 9, möglich. Die genannten Luftströmungen sind durch jeweilige Doppelpfeile in den 2 und 3 dargestellt.
Die Leitung 15 befindet sich in einem Teilraum 6a des Wärmespeicherraums 6 und ist von dem restlichen Wärmespeicherraum 6 mittels einer Wandung 6b, in der sich die dritte Öffnung 16 zu der Leitung 15 befindet, abgetrennt.
Auch die dritte Öffnung 16 ist mittels der Verschließeinrichtung 10 unabhängig von den weiteren Öffnungen 7 und 8 verschließbar, so dass die beschriebenen Möglichkeiten zur Leitung der Luft zwischen dem Innenraum 2, dem Wärmespeicherraum 2 und der Umgebung 9 ermöglicht werden.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Verschließeinrichtung 10 jeweilige, die Öffnungen 7, 8 und 16 verschließende Verschließelemente 17, 18 und 19 auf, die beispielsweise als Schieber, Klappen, Blenden oder auf andere geeignete Art und Weise ausgebildet sein können, um ein Verschließen und Freigeben der Öffnungen 7, 8 und 16 zu ermöglichen. Hierbei ist das Verschließelement 17 der ersten Öffnung 7, das Verschließelement 18 der zweiten Öffnung 8 und das Verschließelement 19 der dritten Öffnung 16 zugeordnet. Vorzugsweise sind die Verschließelemente 17, 18 und 19 so ausgeführt, dass damit eine dosierte Abgabe bzw. Zuführung der Luft möglich ist.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform weist die Verschließeinrichtung 10 ein in der Leitung 15 angeordnetes Mehrwegeventil 20 auf bzw. ist als das Mehrwegeventil 20 ausgebildet. Das Mehrwegeventil 20 steht mit der Steuereinrichtung 11 in Wirkverbindung und ist in der Lage, die oben beschriebenen Luftströmungen zwischen dem Innenraum 2, dem Wärmespeicherraum 6 und der Umgebung 9 einzustellen. Hierbei ist sowohl ein teilweise geöffneter oder geschlossener als auch ein komplett geöffneter oder komplett geschlossener Zustand der Öffnungen 7, 8 und 16 möglich.
In beiden in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung 1 ist innerhalb der Leitung 15 eine Umwälzeinrichtung 21 angeordnet, die den beschriebenen Luftaustausch zwischen dem Innenraum 2, dem Wärmespeicherraum 6 und/oder der Umgebung 9 ermöglicht. Im vorliegenden Fall ist die Umwälzeinrichtung 21 als Ventilator ausgebildet, dessen Drehrichtung vorzugsweise umkehrbar ist, es sind jedoch auch andere Ausführungsformen derselben denkbar. Die Umwälzeinrichtung 21 steht vorzugsweise mit der Steuereinrichtung 11 in Wirkverbindung, so dass eine Steuerung der Umwälzeinrichtung 21 in Abhängigkeit der beiden Temperaturmesseinrichtungen 12 und 13 möglich ist.
Des Weiteren ist in der Leitung 15 eine Heizeinrichtung 22 zur Erwärmung der durch die erste Öffnung 7 in den Innenraum 2 strömenden Luft angeordnet. Bei der Heizeinrichtung 22 kann es sich beispielsweise um ein elektrisches Zuheizelement handeln, dessen Aufbau und Wirkungsweise an sich bekannt sind.
Innerhalb der Leitung 15 ist außerdem ein Wärmetauscher 23 angeordnet, mit dem sich in der Luft befindende Restwärme zurückgewonnen werden kann. Der Wärmetauscher 23 kann beispielsweise einen Keramikeinsatz zur Speicherung der Wärme, die in der an die Umgebung 9 ausströmenden Luft enthalten ist, aufweisen.
In dem Wärmespeicherraum 6 befindet sich des Weiteren ein Wärmespeichermaterial 24, mit dem durch die Sonnenstrahlung in den Wärmespeicherraum 6 gelangte thermische Energie gespeichert werden kann. Das Wärmespeichermaterial 24 kann aus einem beliebigen, geeigneten Material bestehen; beispielsweise kann es sich auch um einen Latentwärmespeicher, wie zum Beispiel ein polymeres Phasenübergangsmaterial, handeln. Des Weiteren können die Form und die Größe des Wärmespeichermaterials 24 von der Darstellung gemäß der 2 und 3 abweichen. Statt an der der Leitung 15 gegenüberliegenden Wand des Wärmespeicherraums 6 kann sich das Wärmespeichermaterial 24 auch an jedem beliebigen anderen Ort innerhalb des Wärmespeicherraums 6, insbesondere auch in der Mitte desselben, befinden. Grundsätzlich ist es zu bevorzugen, wenn sich innerhalb des Wärmespeicherraums 6 zusätzliche Masse befindet, da sich auf diese Weise eine Möglichkeit zur Wärmespeicherung ergibt. Auch die Erwärmung von Wasser innerhalb des Wärmespeicherraums 6 ist denkbar, wenn sich hierzu entsprechende Wasserspeicher in dem Wärmespeicherraum 6 befinden. Des Weiteren können im Sinne eines urbanen Gardenings Pflanzen in dem Wärmespeicherraum 6 angeordnet werden.
Eine weitere Temperaturmesseinrichtung 25 ist außerhalb des Gebäudes 2, d.h. in der Umgebung 9 desselben, vorgesehen. Mit dieser Temperaturmesseinrichtung 25 kann demnach die Außentemperatur gemessen werden. Die Temperaturmesseinrichtung 25 steht ebenfalls mit der Steuereinrichtung 11 in Wirkverbindung, sodass die Vorrichtung 1 auch in Abhängigkeit von der Außentemperatur gesteuert werden kann.
Die Steuereinrichtung 11 kann über eine nicht näher beschriebene Software gesteuert werden, sodass sämtliche hierin beschriebenen Vorgänge vollautomatisch gesteuert werden können. Die Software kann auch von einem Nutzer der Vorrichtung 1 bzw. des Gebäudes 3 programmiert werden, um bestimmte Raumtemperaturen und vorzugsweise auch bestimmte CO₂-Gehalte einstellen zu können, die die Vorrichtung 1 dann gegebenenfalls zu bestimmten, ebenfalls eingestellten Zeiten, realisiert. Eine solche Steuerung lässt sich auch über eine Anwendung in einem Smartphone oder einem anderen geeigneten Endgerät konfigurieren, wobei die Anwendung vorzugsweise Zugriff auf die Einstellungen der Steuereinrichtung 11 erhält. Die Software, die gegebenenfalls auf künstlicher Intelligenz basieren und das Verhalten und die Wünsche der Nutzer registrieren und automatisieren kann, kann auch Zugriff auf andere Bauteile oder Einrichtungen des Gebäudes 3 haben und somit die gesamte Gebäudetechnik steuern. In diesem Zusammenhang kann die Software die gemessenen Luft- und CO₂-Werte verarbeiten sowie Helligkeiten und Energieströme steuern, vorzugsweise gespeist durch Daten in jedem Raum des Gebäudes 3, basierend auf künstlicher Intelligenz und dem Verhalten der einzelnen Nutzer.
Die Einbindung sensorgenerierter Daten in die IT-basierte Gebäudesteuerungsebene, zu der vorzugsweise auch die Steuereinrichtung 11 gehört, öffnet den Weg für zukunftsweisende Datenverarbeitungslösungen, wie z.B. künstliche Intelligenz. Diese schafft die Voraussetzung für die Implementierung jeder prognosegestützten Form von Gebäudemanagement. Auf diese Weise kann ein selbstlernendes Gebäude 2 geschaffen werden.
Dabei können Luft- und CO₂-Werte gemessen, Helligkeiten und Energieströme, gespeist durch Daten in jedem Raum, gesteuert Energiefluss und Anwesenheit verstanden und Nutzerkomfort durch Einfluss von Kontexten wie Wetter oder Belegungsplänen gelernt werden. Es können dabei Funksensoriksysteme zum Einsatz kommen, die komplett energieautark nach dem „Energy Harvesting“-Prinzip arbeiten. Die Geräte gewinnen ihre benötigte Energie vorzugsweise aus der unmittelbaren Umgebung (z. B. mittels Piezoelektrizität, Solarzellen, Peltier-Elemente oder elektrodynamischen Wandlern) komplett selbständig.
Sämtliche verwendeten Sensoren, die in Form eines oder mehrerer Sensormodule ausgeführt sein können, können eine Funkreichweite von bis zu 30 Metern aufweisen und besitzen eine hohe Zuverlässigkeit für Gebäudeautomation und in IoT-Anwendungen und sind damit für die Vorrichtung 1 hervorragend geeignet. Das intelligente Gebäude 3 selbst nutzt für die Gebäudeautomation KI-getriebene Managementsysteme. Diese bieten eine flexible Programmierung unter Verwendung moderner IT-Sprachen und einfache Integration in andere IT-Systeme wie Arbeitsplatz bzw. Raumreservierungssysteme, Datenbanken sowie eine Datenvisualisierung für Facility-Manager und „normale“ Benutzer.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Klimatisierung des Innenraums 2 in dem Gebäude 3. In 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht sämtliche in den 2 und 3 dargestellte Details der Vorrichtung 1 dargestellt; es ist jedoch möglich, auch bei der Ausführungsform von 4 sämtliche Weiterbildungen der Vorrichtung 1, die in den 2 und 3 dargestellt sind, vorzusehen.
Die Außenwand 3a weist dabei einen Wandaufbau aus einer doppelschaligen Ziegelwand auf, wobei sich dazwischen ein Spalt 3b befindet. Durch die im vorliegenden Fall eingesetzte Kombination von Traglastziegeln auf der dem Innenraum 2 zugewandten Seite der Außenwand 3a und hochwärmedämmenden Außenziegeln können die Synergien aus beiden Produkten genutzt werden. Die Sonneneinstrahlung heizt dabei über die Sommermonate die Masse der Außenwand 3a auf und gibt die Wärme über das Trägheitsprinzip in den kalten Monaten an den Innenraum 2 ab.
Der Spalt 3b ist vorzugsweise geschosshoch und kann um das gesamte Gebäude 3 verlaufen, wie dies der Darstellung von 6 zu entnehmen ist. Somit wird der Wärmespeicherraum 6, der über die dritte Öffnung 16, die Leitung 15 und eine von der Leitung 15 abzweigende vierte Öffnung 26 mit dem Spalt 3b verbunden ist, um ein Vielfaches erweitert. Der sich um das Gebäude 3 erstreckende Spalt 3b kann im Sommer durch Abzug der erwärmten Luft und Nachströmen der kalten Luft gekühlt werden, wodurch ein Überhitzen des Innenraums 2 vermieden wird. In der kalten Jahreszeit kann dagegen die abgekühlte Luft abgezogen und erwärmte Luft aus dem Wärmespeicherraum 6 über die vierte Öffnung 26 in den Spalt 3b oder über die erste Öffnung 7 in den Innenraum 2 nachströmen, um eine Erwärmung des Innenraums 2 zu erreichen.
Die Luftschicht in dem Spalt 3b zwischen den beiden die Außenwand 3a bildenden Wänden dient außerdem dazu, die Wärmeübertragung zwischen dem Innenraum 2 und der Umgebung 9, also Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung von innen nach außen bzw. von au-ßen nach innen, möglichst gering zu halten.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 auf sehr schematische Weise dargestellt. Dabei sind in einer Vorderansicht zwei der Vorrichtungen 1 zur Klimatisierung bzw. Temperierung des Innenraums 2 dargestellt, die in die Außenwand 3a integriert sind. Wie in 5 des Weiteren zu erkennen ist, weist jede der Vorrichtungen 1 im vorliegenden Fall zwei dritte Öffnungen 16 und zwei vierte Öffnungen 26 auf, die zur Vereinfachung als ein Bauteil dargestellt sind. Von den beiden dritten Öffnungen 16 und vierten Öffnungen 26 ist jeweils eine im oberen und eine im unteren Bereich der Vorrichtung 1 angeordnet. Dadurch ist es möglich, zwischen den beiden voneinander beabstandeten Vorrichtungen 1 eine durch den Spalt 3b der Außenwand 3a verlaufende gesteuerte Luftströmung zu erzeugen, wie in 5 mittels der gestrichelten Linien dargestellt ist. Eine beliebig steuerbare Luftströmung entsteht zum Beispiel, wenn in der einen Vorrichtung 1 die obere dritte Öffnung 16 sowie die entsprechende vierte Öffnung 26 und in der anderen Vorrichtung 1 die untere dritte Öffnung 16 sowie die entsprechende vierte Öffnung 26 geöffnet und die beiden anderen dritten Öffnungen 16 und vierten Öffnungen 26 jeweils verschlossen sind. Auf diese Weise entsteht der Effekt eines multifunktionalen, messwertbasierten und gesteuerten Wärmetauschers, d.h. dass das Raumklima ganzjährig über den Austausch der verbrauchten Luft ggf. mittels Nutzung des Wärmespeicherraumes konstant gehalten werden kann, wodurch der Energiebedarf für das Erwärmen des Gebäudes massiv verringert wird. Es ergibt sich dadurch eine möglichst geringe effektive Heizlast, von im besten bzw. angestrebten Fall 0 Watt/m².
6 zeigt in einer sehr schematischen Draufsicht eine weitere Ausführungsform bzw. ein Anwendungsbeispiel der Vorrichtung 1. Dabei ist erkennbar, dass der sich zwischen den beiden Wandteilen der Außenwand 3a befindende Spalt 3b um das gesamte Gebäude 3 verläuft und somit als Ringspalt ausgebildet ist. Beispielsweise kann dadurch die in einer Vorrichtung 1, die der Sonne ausgesetzt ist und in deren Wärmespeicherraum 6 dadurch eine vergleichsweise hohe Temperatur herrscht, gespeicherte Wärme über den Spalt 3b an eine sonnenabgewandte Vorrichtung 1' abgegeben werden, sodass ein der Sonne abgewandter Raum mit der durch die Sonne in einem anderen Raum erzeugten Wärme beheizt werden kann. Auch die Luft innerhalb des Spalts 3b wird auf diese Weise erwärmt, was auch zu einer Erwärmung der dem Innenraum 2 zugewandten Seite der Außenwand 3a und somit auch des Innenraums 2 führt. Selbstverständlich können sich innerhalb der Außenwand 3a des Gebäudes 3 mehr als die beiden dargestellten Vorrichtungen 1 und 1' befinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202016008451 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) zur Klimatisierung eines Innenraums (2) in einem Gebäude (3), mit einer Fensteranordnung, die ein äußeres Fensterelement (4) und ein von dem äußeren Fensterelement (4) beabstandetes inneres Fensterelement (5) aufweist, wobei sich zwischen den beiden Fensterelementen (4,5) ein Wärmespeicherraum (6) befindet, wobei sich von dem Wärmespeicherraum (6) eine erste Öffnung (7) in den Innenraum (2) und eine zweite Öffnung (8) zu einer Umgebung (9) des Gebäudes (3) erstreckt, wobei die Öffnungen (7,8) mittels einer Verschließeinrichtung (10) unabhängig voneinander verschließbar sind, wobei die Verschließeinrichtung (10) mittels einer Steuereinrichtung (11) in Abhängigkeit von Messwerten von wenigstens zwei mit der Steuereinrichtung (11) in Wirkverbindung stehenden Temperaturmesseinrichtungen (12,13) steuerbar ist, wobei sich eine erste Temperaturmesseinrichtung (12) in dem Innenraum (2) und eine zweite Temperaturmesseinrichtung (13) in dem Wärmespeicherraum (6) befindet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Fensterelement (4) einen von dem Schichtaufbau des inneren Fensterelements (5) abweichenden Schichtaufbau aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (11) mit einem sich in dem Innenraum (2) befindenden CO₂-Sensor (14) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Umwälzeinrichtung (21) zum Luftaustausch zwischen dem Wärmespeicherraum (6) und dem Innenraum (2) und/oder einer Umgebung (9) des Gebäudes (3).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (22) zur Erwärmung der durch die erste Öffnung (7) in den Innenraum (2) strömenden Luft.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wärmespeicherraums (6) eine die beiden Öffnungen (7,8) verbindende Leitung (15) angeordnet ist, die eine dritte Öffnung (16) zu dem Wärmespeicherraum (6) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Öffnung (16) mittels der Verschließeinrichtung (10) unabhängig von den anderen Öffnungen (7,8) verschließbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Leitung (15) ein Wärmetauscher (23) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließeinrichtung (10) ein in der Leitung (15) angeordnetes Mehrwegeventil (20) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließeinrichtung (10) jeweilige, die Öffnungen (7,8,16) freigebende oder verschließende Verschließelemente (17,18,19) aufweist.