DE19509111A1 - Konstruktion eines industriell herstellbaren Ökosolarhauses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion eines Ökosolarhauses, welches ring­ förmig in der Art eines Vielecks um einen runden Innenraum gebaut wird, der be­ vorzugt als Wasserspeicher ausgeführt ist, wobei die Fertigbauelemente mit vor­ zugsweise gleichen Abmessungen industriell herstellbar sind. Die Energie wird über ein trichterförmig abfallendes und über einem runden Innenraum endendes Thermosolardach erzeugt. Hierzu ist das Thermosolardach in drei Bereiche unter­ teilt. Der runde Innenraum, der bevorzugt mit einem Wärmewasserspeicher ausge­ stattet ist, wird mit einer Kunststoffkuppel abgedeckt, die durch die Direkt­ einstrahlung eine Erwärmung des Wassers und/oder der Luft ermöglicht.

Auf der unteren Hälfte des Thermosolardaches sind Sonnenkollektoren angeordnet, die von dem Wasserspeicher gespeist werden und nach der Absorption der IR- Stah­ lung zu Heizzwecken dienen. In der oberen Hälfte ist ein auf Schienen fahrba­ rer Solargenerator angeordnet, der eine maximale Länge des halben Hausumfangs hat und nach dem Sonnenstand ausgerichtet werden kann.

Der Bau von Behausungen war schon in der Frühzeit der Menschheit ein elementa­ res Grundbedürfnis der Menschen. Da die Menschen zunächst bevorzugt die wär­ meren Regionen der Erde bewohnten, mußten sie sich vor zu großer Sonnenein­ strahlung schützen. Hierzu dienten Höhlen. Die bevorzugte Bauform war der Rund­ bau, der mit einfachen Baumaterialien wie Holz, Lehm und Stroh herstellbar ist. Diese Form war insbesondere wegen des kegel- bzw. halbkugelförmigen Daches die verbreitetste Konstruktion.

Das Stroh diente als Verstärkungsmaterial ähnlich wie die Glasfaser bei Kunst­ stoffen. Der mit Stroh verstärkte Lehm hatte sowohl isolierende wie auch wärme­ speichernde Funktionen. Diese Vorteile sind bei Fachwerkhäusern in Europa ge­ nutzt worden. Auch die Ziegelbauweise mit Hohlziegeln hat sowohl wärmespeichern­ de wie auch wärmeisolierende Eigenschaften. Gleiches wurde bei den Fertigbau­ teilen mit Gasbeton realisiert.

Wegen der begrenzten Vorräte an fossilen Rohstoffen wurde der Wärmeisolation immer größere Bedeutung beigemessen. Dies führte dazu, daß man sich auf die Fra­ ge der wirtschaftlichen Nutzung und des geringsten Wärmeverlustes konzentrier­ te. Die Erwärmung durch die Sonne wurde so weiter vernachlässigt.

Erst in jüngster Zeit hat man sich wieder auf die Sonne als Energiespender aus­ gerichtet. Spezielle Entwürfe sehen Glasvorbauten vor,die bevorzugt nach Süden ausgerichtet sind.

Außerdem wurden Solarhäuser entworfen, die über Glasvorbauten in alle Himmels­ richtungen verfügen, so daß die Sonne über den ganzen Tag einstrahlen kann. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen die Häuser drehbar angeordnet sind, so daß sie immer dem Sonnenstand folgen.

Neben diesen Glasvorbauten werden auch Sonnenkollektoren auf Dächern montiert, die zur Herstellung von Warmwasser dienen. Hiermit läßt sich unter optimaler Ausnutzung der nach Süden ausgerichteten Dachfläche die Hausheizung realisieren. Die erforderliche Elektrizität muß jedoch weiter aus endlichen Rohstoffen ge­ wonnen werden, wenn man die Kernenergie auch als endlich betrachtet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ökosolarhaus zu schaffen, welches den gesamten Energiebedarf an Wärme und Elektroenergie vollständig aus der Sonnenenergie deckt und somit frei von der Energiezuführung Dritter ist. Darüber hinaus soll durch industrielle Serienfertigung von möglichst gleichgroßen Bausegmenten eine kostengünstige Bauweise geschaffen werden, so daß der Quadrat­ meterpreis von konventionellen Bauten nicht überschritten wird. Es soll in bis zu zehn Wohneinheiten unterteilbar sein und einen Flächenverbrauch haben, der pro qm Wohnfläche kleiner als 2 qm Grundstücksfläche beträgt.

Das Ökosolarhaus soll nicht nur als Funktionselement Wärme und Energie erzeugen, es soll auch optisch eine positive Ausstrahlung auf den Betrachter haben. Die Solargeneratoren und Sonnenkollektoren sollen möglichst nicht sichtbar sein. Im Inneren soll es ein Gemeinschaftsgefühl vermitteln, so daß eine lichtdurchflu­ tete, Ruhe ausstrahlende Wohnatmosphäre erzeugt wird.

Die Lösung all dieser und noch weiterer damit in Verbindung stehender Aufgaben erfolgt durch einen Entwurf eines Ökosolarhauses gemäß des Patentanspruchs 1 sowie der abhängigen Unteransprüche 2 bis 5. Insbesondere wird durch die Erfindung ein Ökosolarhaus geschaffen, das sich durch folgende Merkmale auszeichnet:

Das Ökosolarhaus besteht aus industriell vorgefertigten Bausegmenten, die bevorzugt aus zwanzig gleichgroßen Außenelementen, die je zur Hälfte aus Fenster-/Türelementen (Fig. 1, 2) und Massivteilen (Fig. 1, 3) mit den be­ vorzugten Abmessungen 3×3×0,3 m und aus zehn gleichgroßen Innenwänden mit den bevorzugten Abmessungen 5,5×3×0,3 m gebildet werden.

Die Außenelemente werden zu einem ringförmigen Haus zusammengestellt, wobei als Verbindungselemente und zur Dachabstützung bevorzugt runde Stützen (Fig. 1, 8) verwendet werden. Diese werden auf einem Außenkreis mit einem bevorzugten Radi­ us von 10 m in Abständen von 3 m und auf einem Innenkreis mit einem bevorzugten Radius von 4 m in Abständen von 2 m aufgestellt. Die an den senkrechten Außen­ kanten halbkreisförmig ausgehöhlten Bausegmente können von oben mit einem Hebe­ werkzeug zwischen diese runden Stützen gesetzt werden und bilden einen in sich stabilisierten Ring. Für den Innenring werden lichtdurchflutete Tür-/Glasele­ mente (Fig. 1, 4 und 5) verwendet.

Im Zentrum befindet sich bevorzugt ein kreisrunder Wasserspeicher (Fig. 1, 6) mit einem Fassungsvermögen von 30 bis 60 µm, der von einem ringförmigen Flur eingeschlossen wird, über den alle Räume erreichbar sind.

Das bevorzugt mit einem Winkel von 40° trichterförmig bis auf eine Höhe von 2,5 m auf einen runden Innenbereich abfallende Thermosolardach (Fig. 2, 1) wird von einer über dem Innenbereich angeordneten Kunststoffkuppel abgeschlos­ sen (Fig. 2, 16). Dieses lichtdurchlässige Solardach (Fig. 2, 16) hat den Durchmesser des bevorzugt angeordneten Wasserbeckens (Fig. 2, 3) und sorgt so­ wohl für die Erwärmung des Wassers wie auch der Luft durch Direkteinstrahlung. Außerdem werden die Räume lichtdurchflutet.

Das aufgesetzte Giebeldach (Fig. 2, 4) wird bevorzugt mittig geteilt, wobei die untere Hälfte (Fig. 2, 5) mit Sonnenkollektoren bestückt ist, die aus dem Was­ serspeicher gespeist werden. Das erwärmte Wasser wird zur Erwärmung der Räume durch eine Fußbodenheizung (Fig. 2, 6) verwendet.

Die Elektrizitätsversorgung wird über einen Sonnengenerator (Fig. 2, 7) erzeugt. Dieser auf Schieren (Fig. 2, 8) fahrbare Sonnengenerator kann nach dem Sonnen­ stand ausgerichtet werden. Er hat eine maximale Länge des halben Hausumfangs. Die überschüssige elektrische Energie kann zum Betreiben einer Wärmepumpe für die Hausheizung oder zum Betreiben einer Klimaanlage verwendet werden.

Das aufgefangene Regenwasser dient zur Versorgung mit Trink-und Brauchwasser.

In einer weiteren Ausfürungsform des erfindungsgemäßen Ökosolarhauses wird ein Thermosolardach in pagodenartiger Form mit einer Dachschräge von ungefähr 20 Grad auf die Außenstützen gesetzt und mit einer zentralen Säu­ le im Zentrum gehalten. (Fig. 3, 9)).

Die Dachspitze ist lichtdurchlässig und in Glas oder Kunststoff ausgeführt. Sie überdeckt den Innenraum (Fig. 3, 10). Die nach Norden ausgerichteten Schlaf­ räume (Fig. 3, 2) sind an den Außenwänden mit Lüftungsklappen (Fig. 3, 3) versehen, so daß nur ein geringer Wärmeverlust entsteht.

Die Licht und Wärmeeinstrahlung erfolgt über Deckenfenster (Fig. 3, 4), die über der nach innen gerichteten Raumhälfte angeordnet sind. (Fig. 3, 11) Die Infrarotstrahlung wird insbesondere im Winter durch im Winkel von 60 Grad angeordnete Sonnenkollektoren aufgefangen, die bevorzugt einer lichten Dach­ höhe von ca. 1 m in der nach Norden ausgerichteten Dachhälfte angeordnet sind. Fig. 3, 5).

Die Elektrizitätsversorgung wird über Sonnengeneratoren (Fig. 3, 6) er­ zeugt, die erfindungsgemäß auf Schienen fahrbar sind, die am unteren Dachrand angebracht sind. (Fig. 3, 7).

In einer besonderen Ausführung des erfindungsgemäßen Ökosolarhauses sind die Sonnengeneratoren mit einer bevorzugten Abmessung von 1 × 2 m an der zur Dachspitze zeigenden Seite (Fig. 3, 8) in einem um das Dach laufenden Metall­ ring geführt, dessen Durchmesser durch Drehspindeln vergrößert werden kann. Somit können die Solargeneratoren 2 - achsig nach dem Sonnenstand verstellt werden. Für jede Achse wird nach der erfindungsgemäßen Konstruktion nur ein Stellmotor benötigt.

Über diese Energiesparfunktion hinaus läßt sich das Haus auch über weite Strecken transportieren. Somit läßt sich eine industrielle wirtschaftliche Herstellung realisieren.

Da das Thermosolardach (Fig. 2, 4) (Fig. 3) bevorzugt von einer zentralen oder mehreren Stützen getragen wird, können die Zwischenwände variabel gestal­ tet werden.

Der ökologische Charakter dieses Hauses zeichnet sich nicht nur durch seine kohlendioxidfreie Energieerzeugung aus, sondern ermöglicht auch die Verwendung von Baustoffen aus nachwachsenden Rohstoffen wie Holz und gepreßtes Gras Außerdem lassen sich die Wandelemente aus gepreßten Recyclingmaterialien sowie aus Gips oder Gasbeton herstellen, sofern die Außenfassade beispielsweise verklinkert ist.

Der Innenbereich mit lichtdurchfluteten Glaselementen erschlißt sich über den runden Innenraum (Fig. 2, 12) der bevorzugt mit einem Wasserbecken (Fig. 2, 3) ausgestattet ist.

Eine Ruhe vermittelnde, wohnliche Atmosphäre wird von der ringförmigen Bau­ art erzeugt, die den Bewohnern ein Zusammengehörigkeitsgefühl und eine Gebor­ genheit vermittelt. Diese Ruhezone im Innern gewährleistet einen geräusch- und sichtgeschützten Bereich, der insbesondere die Intimsphäre schützt. Vor dem Haus stehend sind große Tür-/Fensterelemente sichtbar.

Das Dach ist konventionell mit Ziegeln gedeckt. Die Solartechnik ist bei dem Giebeldach nicht sichtbar. Bei dem Pagodendach wird die Solartechnik mit der Glasspitze harmonisch abgestimmt. Die architektonische Vielfalt läßt sich im äußeren Erscheinungsbild mit der Wahl der Baumaterialien verwirklichen. Das Ökosolarhaus kann außer als Einfamilienhaus auch als Zwei- bis Mehrfami­ lienhaus genutzt werden.

Auf Grund seiner die Gemeinschaft fördernden Konzeption kann es unter Varation der Innenwände insbesondere für Kindertagesstätten, Alten- und Pflegeheime sowie für Behindertenwohnungen eingesetzt werden.

Durch die einzigartige erfindungsgemäße Bauweise lassen sich emissionsfreie Energieerzeugung mit der Verwendung von ökologisch relevanten Baustoffen ver­ binden, so daß in einer umfassenden Konzeption ein Ökosolarhaus realisierbar ist.

Claims (11)

1. Ein Ökosolarhaus dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein industriell herstellbares ringförmiges Gebäude handelt, dessen Außenring mit einem Ra­ dius von 8 bis 12 m in Form eines Vielecks in vorzugsweise 12 bis 24 Segmen­ te gleicher Abmessung und dessen Innenring mit einem Radius von vorzugsweise 2 bis 4 m in 6 bis 12 Segmente unterteilt ist, wobei das von 1 bis 12 Stützen getragene Dach über dem Innenbereich lichtdurchlässig in Glas oder Kunst­ stoff ausgeführt ist, daß zur Erzeugung von Wärmeenergie Sonnenkollektoren bevorzugt im Innenbe­ reich windgeschützt angeordnet sind und daß zur Erzeugung von elektrischer Energie im Bereich des größten Dachumfangs auf Schienen fahrbare Sonnengene­ ratoren angeordnet sind, die mit einer maximalen Länge des halben Hausumfangs nach dem Sonnenstand ausrichtbar sind.

2. Ein Ökosolarhaus nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dachform ein nach innen trichterförmig mit einem Winkel von 35 bis 45° abfallendes Giebeldach darstellt, wobei die Solartechnik nicht sichtbar ist.

3. Ein Ökosolarhaus nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dachform ein pagodenförmiges Dach mit einer Dachschräge von 15 bis 25° darstellt.

4. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Dach über dem Innenbereich in Form einer Kuppel aus­ geführt ist.

5. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß das lichtdurchlässige Dach über dem Innenbereich in Form einer Spitze ausgeführt ist.

6. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoren über der Lichtkuppel auf der unteren Hälfte des trich­ terförmig abfallenden Daches geschützt angebracht sind.

7. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoren unter dem pagodenförmigen Dach über den nach Norden ausgerichteten Räumen halbkreisförmig angeordnet sind.

8. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnengeneratoren auf der nach Süden ausgerichteten nach innen abfallen­ den oberen halben Dachschräge auf Schienen fahrbar angeordnet sind.

9. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnengeneratoren auf der nach Süden ausgerichteten Dachhälfte am unteren Dachrand auf Schienen fahrbar angeordnet sind und auf der zur Dachspitze ausgerichteten Seite in einem um das Dach verlaufenden Ring geführt werden, der durch Drehspindeln im Umfang veränderbar ist und somit eine zweiachsige Ausrichtung mit horizontaler und vertikaler Verstellbarkeit ermöglicht.

10. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die nach Norden ausgerichteten Räume nur mit Lüftungsklappen versehen sind und die Lichteinstrahlung über Deckenfenster erzielt wird, die bevorzugt auf den zum Zentrum liegenden Deckenseiten angeordnet sind.

11. Ein Ökosolarhaus nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum ein Wärmewasserspeicher mit einem Volumen von 10 bis 60 cbm an­ geordnet ist, der durch Direkteinstrahlung von Sonnenlicht, über Sonnen­ kollektoren sowie mit einer durch Solarstrom betriebenen Wärmepumpe beheizt­ bar ist.