DE1268345B - Eingestrahlte Waerme speichernde Raumumschliessung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

E04b

E06b

Deutsche Kl.: 37 a-1/76

P 12 68 345.3-25
18. März 1963
16. Mai 1968

Die Erfindung bezweckt die Rationalisierung des Wärmehaushalts von mit Fenstern versehenen Raumumschließungen aller Art, beispielsweise bei modernen, in Leichtbauweise ausgeführten Gebäuden oder auch bei Fahrzeugen, mit Hilfe erhöhter Wärme-Speicherfähigkeit. Die Erfindung ermöglicht es, daß bei den die eingestrahlte Wärme speichernden Raumumschließungen die im Winter erforderliche Heizenergie größtenteils von der Sonnenenergie gedeckt wird, so daß sie nur noch durch eine Zusatzheizung, z. B. bei Gebäuden von einer elektrischen Nachtstromheizung, ergänzt zu werden braucht.

Bekanntlich steigt im allgemeinen der Verbrauch an Heiz- und Kühlenergie von Gebäuden in dem Maße, wie Baumaterial eingespart und die Fenster vergrößert werden.

Es geht damit jene Wärmespeicherfähigkeit und temperaturausgleichende Wirkung verloren, welche den Aufenthalt in alten, massiv gebauten Häusern so angenehm macht. Schuld daran sind einmal die große SonnenstrahlungsduTchlässigkeit und die geringe Wärmedämmung der üblichen Doppel- oder Verbundfenster, zum anderen aber der Umstand, daß die Gebäude meistens nach außen nicht durch eine besondere Wärmeisolationsschicht vor Abkühlung bzw. Erwärmung geschützt sind.

In der Tat bieten übliche Doppel- oder Verbundfenster einen derart geringen Sonnenlicht- und Wärmeschutz, daß sie die wesentlichsten Wärmeleckstellen des Gebäudes darstellen. Daneben wirken aber auch die Außenwände bei verhältnismäßig geringem Dämmwert als Wärmeaustauschflächen für die im Gebäude gespeicherte Wärme, besonders wenn sie — wie bei manchen modernen Gebäuden — mit großen Fenstern und rippenförmig ausgebildet sind. Für das Raumklima ergibt sich hieraus eine Reihe schwerwiegender Nachteile.

Im Sommer werden die Räume durch die Energie der direkten Sonnenstrahlung aufgeheizt, ohne daß sich die während der Nacht erfolgte Abkühlung ausgleichend auswirken könnte. In einem West- oder Ostraum werden die von der Sonne beschienenen Personen, Möbel, Pflanzen und Raumbegrenzungsflächen am frühen Nachmittag bzw. späten Vormittag stark erwärmt. In den auf der Sonnenseite gelegenen Räumen mit großen Fenstern wird es unter Umständen unerträglich heiß, wenn nicht die durch Sonnen- und Himmelseinstrahlung erzeugte Wärme von einer Kühlanlage abgeführt wird, die bekanntlich erhebliche Kosten verursacht.

Mit Kühlung der Luft kann allerdings der einseitigen, durch Sonnenstrahlung verursachten Wärme-Eingestrahlte Wärme speichernde
Raumumschließung

Anmelder:

Dr. Holger Lueder, Winterthur (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 22

Als Erfinder benannt:

Dr. Holger Lueder, Winterthur (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 23. März 1962 (3528)

belastung des Körpers niemals in vollem Maße begegnet werden, denn wolke man die Wärmebelastung der Einstrahlung vollständig mit der Abkühlung der Raumluft kompensieren, so würde dies zwangläufig zu einer übermäßigen Abkühlung der vom Fenster abgewandten Seite des Körpers führen, und das ist bekanntlich der Gesundheit abträglich.

Im Winter macht sich hingegen die starke Abstrahlung des Körpers gegen das kalte Fenster störend bemerkbar. Ein großer Anteil der Heizenergie dient nur dazu, um im Fenster ein Temperaturgefälle aufzurichten, bei dem die innere Fensterscheibe nicht allzu kalt wird. Trotzdem ist die Temperatur der inneren Fensterscheibe im kalten Winter vielfach noch viel zu niedrig, als daß man einen Arbeitsplatz unmittelbar am Fenster einrichten könnte.

Trotz verbesserter Wärmedämmung der Doppelfenster gemäß dem Stand der Technik und der Verwendung einer äußeren Wärmeisolierung, die den Verlust der gespeicherten Wärme verringert, wird in modernen Gebäuden häufig noch bemängelt, daß

a) die Räume nach Unterbrechung des Heizbetriebes immer noch zu schnell auskühlen, so daß man auf Dauerheizung angewiesen ist,

b) die Energie der durch das Fenster einfallenden Sonnen- und Himmelsstrahlung nur in geringem Maße im Gebäude gespeichert wird,

c) der Ausgleich von Tag- und Nachttemperaturen während des Sommers unzulänglich ist,

d) die Gebäudekonstruktion im Sommer von Seiten der sonnenbestrahlten Außenwand her in unerwünschtem Maße erwärmt wird und

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e) Fabrikationsräume, in denen aus fertigungstech- empfiehlt sich, wärmedämmende Fensterrahmen zu nischen Gründen an die Ausgeglichenheit des verwenden, z. B. solche aus glasfaserverstärktem Temperaturfeldes im Raum sehr hohe An- Polyesterharz, wobei alle Wärmebrücken vermieden spräche gestellt werden, ganz ohne Fenster ein- sind. Mit Vorteil bestehen die lichtdurchlässigen gerichtet werden müssen. 5 Kunststoffolien im Zwischenraum zwischen äußerer Alle vorstehend aufgezählten Mangel können nun und innerer Fensterscheibe aus einem Material, aber beseitigt werden, indem die Speicherfähigkeit dessen Brechungsindex und/oder Absorptionskoeffivon Raumumschließungen, insbesondere bei Gebäu- zient im langwelligen Ultrarot erheblich größer ist als den, für die absorbierte und in Wärme verwandelte im sichtbaren Spektralbereich. Besonders gute ErEnergie der einfallenden Sonnen- und Himmelsstrah- io folge lassen sich erzielen, wenn die Folien in jeweils lung wie auch für die Energie einer künstlichen gleichen Abständen von mindestens 2 mm angeordnet Wärme- oder Kältequelle vermehrt wird, nämlich werden und wenn in den Zwischenräumen ein trokdermaßen, daß im Winter die Heizung zum über- kenes Gas, vorzugsweise von geringerer Wärmeleitwiegenden Teil von der Energie der einfallenden fähigkeit als Luft, z.B. Kohlendioxyd oder Neon, Sonnen- und Himmelsstrahlung bestritten wird und 15 eingeschlossen ist.

nur noch, beispielsweise von einer elektrischen Damit die auf eine ebene Gebäudewand auffallende

Nachtstromheizung, ergänzt zu werden braucht und Sonnenstrahlung nur in einem kleinen Raumwinkel

im Sommer eine ausreichende Kühlung häufiger allein reflektiert und der Straßenverkehr durch die reflek-

schon mit nächtlichem Durchzug erwirkt werden tierte Sonnenstrahlung nicht stärker behindert wird

kann. 20 als durch die Reflexion an normalen Fensterscheiben,

Bei einer mit Fenstern versehenen, eingestrahlte müssen die Folien im Zwischenraum zwischen äußerer

Wärme speichernden und gegenüber unerwünschtem und innerer Fensterscheibe faltenfrei und planparallel

Wärmeab- bzw. -zufluß durch einen Mantel isolierten zur äußeren Fensterscheibe ausgespannt sein. In

Raumumschließung wird dies erfindungsgemäß durch diesem Zustand können sie mit ihren Rändern am

die Kombination folgender Maßnahmen erreicht: 25 Distanzierungsrahmen der Doppelscheibe bzw. an

a) durch eine hochgradig wärmedämmende Aus- den Einzelrahmen des Doppelfensters befestigt bildung der Fenster, werden.

b) durch eine wärmeleitende Verbindung aller In Fällen, in denen nicht die ganze Fensterfläche wärmespeichernden Teile der Raumumschlie- der Raumbeleuchtung zu dienen braucht und vielßung miteinander sowie mindestens mit jenen 30 leicht eine freie Sicht nach außen nicht für alle Teile Flächenteilen der Raumumschließung, welche die der Fensterwand erwünscht ist — eine Sicht nach durch die Fenster einfallende Strahlung haupt- innen ist bei reiner Tageslichtbeleuchtung ohnehin sächlich absorbieren, in der Regel mit dem Fuß- schon durch Folien im Zwischenraum zwischen boden, äußerer und innerer Fensterscheibe verwehrt —,

c) durch die Verwendung von gut wärmeleitenden 35 kann erfindungsgemäß bei einem Teil der Verglasung Stoffen für diese Flächenteile. mindestens eine der Zwischenfolien auf ihrer dem

Zweckmäßigerweise werden hierbei fugendichte Raum abgewandten Seite mit einer dünnen, lichtdoppelscheibige Fenster verwendet, bei denen die reflektierenden Metallschicht versehen sein.
Wärmedurchlässigkeit wesentlich verringert ist durch Durch Versuche mit einem erfindungsgemäß geeine Vielzahl von durchsichtigen Kunststoffolien, die 40 stalteten Testraum, die sich über 2 Jahre erstreckten, im Zwischenraum zwischen äußerer und innerer ist erwiesen worden, daß bereits bei einer 2,5fachen Fensterscheibe ausgespannt sind. Erhöhung des Verhältnisses von Licht- zu Wärme-

Da hierdurch die Wärmedämmung der Fenster durchlässigkeit von Doppelscheibenfenstern mit sieben beliebig, z. B. auf das Fünffache, erhöht werden kann, in gleichen Abständen von 5 mm zwischen Innensind jene Schwierigkeiten behoben, mit denen der 45 und Außenscheibe planparallel ausgespannten PoIy-Klimatechniker in Gebäuden mit großen Fenstern esterfolien, welche nur 15% der gesamten Außenstets zu kämpfen hatte. Mußte bisher immer vor An- wandfläche der Raumumschließung einnahmen, wähbringung großer Fenster wegen der ungünstigen rend des ganzen Winters zur ausreichenden Heizung raumklimatischen Folgen gewarnt werden, so ist dies nicht mehr als 20 bis 30 % jener Wärmemenge benun sogar zu empfehlen, denn bei der erfindungs- 50 nötigt wurde, die in einem gleich großen Raum mit gemäßen Bauart der Raumumschließung wird inner- normalen Doppelfenstern von normalen Radiatoren halb derselben durch das einfallende Tageslicht so zur Aufrechterhaltung einer behaglichen Temperatur viel Energie als Wärme gespeichert, daß im Winter abgegeben werden mußte.

nur noch das Defizit langer Perioden kalter, trüber Zweckmäßigerweise besteht der Fußboden aus frei Tage mit einer schwachen elektrischen Nachtstrom- 55 liegenden dicken Steinen hohen spezifischen Gewichheizung oder auch nur mit einer intensiven elektri- tes und hoher Wärmeleitfähigkeit. Im Fußboden sehen Beleuchtung gedeckt werden muß. kann eine elektrische Heizwicklung untergebracht

Die Sonnenenergie wird durch die erfindungs- sein. Man erhält so einen elektrisch heizbaren Fußgemäße Gestaltung der Raumumschließung in viel boden großer Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapagrößerem Maße als bisher zur Gebäudeheizung ver- 60 zität, der durch elektrischen Nachtstrom auf 22 bis wertet, indem ein großer Teil der die Raumum- 23° C aufgeheizt werden kann. Genaue Untersuchunschließung bildenden Flächenteile als strahlungs- gen haben ergeben, daß für eine Raumumschließung empfangende Flächen für die Wärmespeicherung gemäß der Erfindung in mittleren geographischen benutzt wird. Breiten eine Gesamtheizleistung von 60 Watt je Qua-

Der isolierende Mantel der an das Freie gren- 65 dratmeter Fensterfläche genügt, so daß es sich nicht

zenden Raumumschließung kann auch ganz oder mehr lohnt, in jedem Haus eine eigene Wärmezentrale

zum größten Teil aus erfindungsgemäß hochgradig mit ihrem Wärmeverteilungssystem einzurichten. Statt

wärmedämmend ausgebildeten Fenstern bestehen. Es dessen ist die elektrische Heizung, die den Vorzug

der wesentlich geringeren Anlagekosten hat, zweckmäßig.

Die Wärmekapazität des Fußbodens kann auch durch ein in diesen eingebettetes, von Flüssigkeit durchströmtes Rohrsystem vergrößert werden, das mit einem großen, außerhalb des umschlossenen Raumes untergebrachten wärmeisolierten Flüssigkeitsreservoir in Verbindung steht. Hierbei dient die Flüssigkeit zur Zufuhr oder Ableitung von Wärme. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Wärmekapazität eines solchen Systems gegebenenfalls noch scheinbar zu erhöhen, sei es durch zusätzliche Heizung oder Kühlung der in das Rohrsystem einfließenden Flüssigkeit oder durch Verwendung einer Flüssigkeit, die, wie z. B. CCl₃F (Freon 11), beim Überschreiten einer zwischen 18 und 24° C gelegenen Temperatur verdampft, wobei die Verdampfungstemperatur in diesen Grenzen mit Unterdruck eingestellt werden kann. In letzterem Fall kann das Reservoir in dem Maße verkleinert werden, wie Wärmekapazität mit der Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme gewonnen wird. Zugleich gewinnt man so auf die einfachste Weise eine Konstanthaltung der Fußbodentemperatur, womit die Schwankungen der Raumtemperatur zwischen Tag und Nacht weitgehend ausgeglichen sind.

Mit einer Vergrößerung der Wärmekapazität durch ein Rohrsystem mit 101 je Quadratmeter Fußbodenfläche gewinnt man im Sommer die Möglichkeit, die am Tag gespeicherte Sonnenenergie größtenteils nachts mit Luftdurchzug wieder abzuführen.

Das Verhältnis der gesamten Wärmekapazität der Raumumschließung zu ihrem gesamten Wärmedurchgang sollte größer als der Wert 10 (Stunden) sein.

Die Erfindung ist sowohl zum Ausgleich der Tag- und Nachttemperaturen in gegen die Umgebung abgeschlossenen, aber mit Fenstern versehenen Innenräumen geeignet als auch zur Nutzbarmachung der Sonnen- und Himmelsstrahlung zur Heizung derartiger Innenräume und zur Einsparung von Energie für deren Kühlung. Als Innenräume im Sinne der Erfindung gelten dabei nicht nur Wohn- und Arbeitsräume in Gebäuden, sondern alle Raumumschließungen, also auch beispielsweise die Räume von Gewächshäusern oder Lager- und Fabrikationsräume, bei denen vorbestimmte Temperaturen nicht über- bzw. unterschritten werden sollen. Ferner ist die Erfindung auch für Innen- und Aufenthaltsräume von Fahrzeugen aller Art bestimmt, beispielsweise für klimatisierte Schienenfahrzeuge und Schiffe, für Luftfahrzeuge und für Raumfahrzeuge.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Mit Fenstern versehene, eingestrahlte Wärme speichernde, gegenüber unerwünschtem Wärmeab- bzw. -zufluß durch einen Mantel isolierte Raumumschließung, gekennzeichnet durch eine hochgradig wärmedämmende Ausbildung der Fenster und eine wärmeleitende Verbindung aller wärmespeichernden Teile der Raumumschließung miteinander sowie mindestens mit jenen Flächenteilen der Raumumschließung, welche die durch die Fenster einfallende Strahlung hauptsächlich absorbieren, in der Regel mit dem Fußboden, wobei diese Flächenteile aus gut wärmeleitendem Stoff bestehen.

2. Raumumschließung nach Anspruch 1 mit Fenstern, die je eine Innen- und Außenscheibe besitzen, gekennzeichnet durch eine Vielzahl zwischen diesen beiden Scheiben ausgespannter durchsichtiger Kunststoffolien.

3. Raumumschließung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien zwischen den Fensterscheiben aus einem Material bestehen, dessen Brechungsindex und/oder Absorptionskoeffizient im langwelligen Ultrarot erheblich größer ist als im sichtbaren Spektralbereich.

4. Raumumschließung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien zwischen den Fensterscheiben in gleichen Abständen von mindestens 2 mm angeordnet sind und in den Zwischenräumen ein trockenes Gas, vorzugsweise von geringerer Wärmeleitfähigkeit als Luft, z. B. Kohlendioxyd, gasdicht eingeschlossen ist.

5. Raumumschließung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der gesamten Fensterfläche, welcher für die Raumbeleuchtung nicht erforderlich ist, mindestens eine Folie aufweist, die außen mit einer dünnen, lichtreflektierenden Metallschicht versehen ist.

6. Raumumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußboden aus frei liegenden dicken Steinen hohen spezifischen Gewichtes und hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, in denen vorzugsweise, wie an sich bekannt, eine elektrische Heizung untergebracht ist.

7. Raumumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität der Fußböden vergrößert ist durch ein eingebettetes, von Flüssigkeit durchströmtes Rohrsystem, das mit einem außerhalb des umschlossenen Raumes untergebrachten wärmeisolierten Flüssigkeitsreservoir kommuniziert zur Zufuhr oder Ableitung von Wärme mittels der Flüssigkeit, die gegebenenfalls zusätzlich beheizt oder gekühlt werden kann.

8. Raumumschließung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rohrsystem durchströmende Flüssigkeit eine solche ist, die — wie z. B. CCl₃F (Freon 11) — beim Überschreiten einer mit Unterdruck einstellbaren Temperatur zwischen 18 und 24° C verdampft.

9. Raumumschließung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der gesamten Wärmekapazität der Raumumschließung zu ihrem gesamten Wärmedurchgang einen Wert von mehr als 10 Stunden ergibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 824 248;

österreichische Patentschrift Nr. 180 698;

DIN 4108: »Wärmeschutz im Hochbau«, Entwurf Juli 1952;

»Wärme- und Feuchtigkeitsschutz in Wohnbauten«, Bericht des Instituts für Technische Physik, Stuttgart, Berlin 1960, S. 15 bis 24, 23;

Allgemeine Wärmetechnik, Heft 11/12,1952, S. 239; Die Bauzeitung, Heft 2, 1958, S. 85.