DE19513858A1 - Außenwand zur Nutzung von Sonnenenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Außenwände von Gebäuden, welche zur Nutzung von Sonnenenergie einen besonderen schichtweisen Aufbau, mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine besondere, durch den Aufbau ermöglichte Funktion auf­ weisen.

Der Nutzung von Sonnenenergie, welche auf die Gebäudeaußenwände strahlt kommt zunehmend Bedeutung zu. Gerade im Winter sind, bedingt durch den niedrigen Stand der Sonne, im wesentlichen nach Süden gerichtete Wände be­ sonders zur Nutzung von Sonnenenergie zur Raumheizung geeignet.

Bekannt ist es, Sonnenstrahlung durch eine transparente Abdeckung entweder direkt oder durch eine ebenfalls transparente Wärmedämmung (TWD) auf eine schwarz gefärbte Steinwand scheinen zu lassen. Die Steinwand speichert einen Teil der eingestrahlten Sonnenenergie. Nachteilig bei diesen bekannten Aufbauten ist jedoch, daß tagsüber hohe Oberflächentemperaturen am Steinspeicher und damit hohe Wärmeverluste auftreten, in der Nacht ein großer Teil der gespeicher­ ten Sonnenenergie wieder durch die transparente Abdeckung an die Umgebung abgegeben wird und daß im Sommer eine teure Beschattung der Speicherwand benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Außenwände von Gebäuden in ihrem Aufbau und in ihrer Funktion so zu gestalten, daß eine bessere Nutzung von Son­ nenenergie, eine bessere nächtliche Dämmung der Speicherwand und der Ver­ zicht auf teure Beschattungsanlagen und TWD-Materialien ermöglicht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit Wandaufbauten mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung sind Außenwände, insbesondere in bewohnten Häusern, schichtweise von außen nach innen mit einer im wesentlichen ebenen transpa­ renten Abdeckung, zum Beispiel eine Doppelverglasung, einem ersten ebenen Luftspalt A, einem ebenen gelochten Absorber und mit einer ebenen luftdurch­ lässigen Dämmung, zum Beispiel Glaswolle versehen. Am durch Sonnenstrahlung erwärmten Absorber kann erhitzte Luft vom äußeren Luftspalt A durch den Absorber und durch die Dämmung in Richtung zum Innenraum transportiert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung wird in Neubauten in Richtung zum Innenraum durch eine luftdurchlässige Speicherwand, einen inneren Luftspalt B und eine luftdichte Innenwand fortgesetzt. Mittels eines Luftbeförderers wird Luft vom inneren Luftspalt B in den äußeren Luftspalt A und dann durch die gesamte Anordnung wieder zum Luftspalt B befördert. Auf diesem Weg gibt die Luft die am Absorber aufgenommene Wärme an die Speicherwand ab.

Bei Massivwänden, insbesondere bei Altbauten wird der erfindungsgemäße Aufbau durch einen ebenen, zweiten Luftspalt C und der ebenen Massivwand fortgesetzt; die Altbauwand dient dabei auch als Speicherwand. Außerdem ist ein Wärmetauscher/-speicher vorgesehen, der auch örtlich getrennt von der Schicht­ folge der Außenwand im Innenraum angeordnet sein kann. Mittels eines Luftbe­ förderers wird Luft vom Wärmetauscher/-speicher in den äußeren Luftspalt A und dann durch den Absorber und durch die Dämmung in den Luftspalt C und von dort über Luftkanäle zurück zum Wärmetauscher/-speicher transportiert. Auf diesem Weg gibt die Luft die am Absorber aufgenommene Wärme zum Teil an die Außenseite der massiven Speicherwand und zum Teil an den Wärme­ tauscher/-speicher ab. Der Wärmetauscher/-speicher ist vorzugsweise eine durch­ strömte Steinwand, welche vor der massiven Gebäudewand errichtet, zum Beispiel dort angemauert ist. Der Wärmetauscher/-speicher nimmt die Wärme der durchströmenden Luft zum Teil auf, zum Teil gibt er die Wärme an die Innenseite der Massivwand und an die Luft des Innenraumes ab.

Das erfindungsgemäße Konzept einer von außen nach innen durchströmten Wand mit Außenisolation ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung des Speichers und führt damit zu geringen Temperaturen an der Speicheroberfläche und somit zu geringen Verlusten nach außen.

Die Zirkulation der Luft in einem geschlossenen System vermindert Probleme durch Verschmutzung des Absorbers, was den Einsatz hocheffizienter selektiver Absorberbeschichtungen ermöglicht und das System zusätzlich wartungs- und bedienungsfreundlich macht. Die Luftströmung auf den Absorber zu verhindert konvektive und konduktive Verluste vom Absorber zur Umgebung und führt dadurch zu einem deutlich höheren Wirkungsgrad als bei vergleichbaren Systemen. Der flächige Aufbau führt zu geringen Strömungswiderständen und dadurch zu geringem Fremdenergiebedarf.

Der erfindungsgemäße Aufbau löst das Überhitzungsproblem durch die Wärme­ dämmung zwischen Speicherwand und der Absorberfläche. Auch im Sommer wird eine übermäßige Aufheizung des Raumes vermieden, ohne daß, wie z. B. bei der Trombe-Wand oder der transparenten Wärmedämmung eine teure Beschat­ tung notwendig wird. Dadurch, und durch die Verwendung handelsüblicher Baumaterialien bei dem Wandaufbau werden die Flächenkosten der erfindungs­ gemäßen Außenwand niedriger gehalten als bei Systemen mit TWD.

Gemäß der Ausgestaltungen der Erfindung sind Fortsetzungen des Wandaufbaues in Neubauten sowie in Altbauten angeordnet, wobei die erwärmte Luft in Richtung zum Innenraum transportiert wird und ihre Wärme an Wandspeicher im Gebäude abgibt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Strömungsrichtung der Luft umgekehrt. Dadurch gelangt am Absorber erwärmte Luft direkt an die innere Speicherwand bzw. an den Wärmetauscher/-speicher, also kühlt sie sich nicht an der Speicherwand bzw. an der Massivwand ab. Es wird erreicht, daß bei Bedarf die Luft des Innenraumes schneller erwärmt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die erfindungsgemäße Außenwand modulartig aufgebaut. Sie kann dann mit geringem Zeitaufwand in geeignete Fassadenflächen eingesetzt oder an geeignete Fassadenflächen angesetzt werden. Hierzu wird der schichtweise Aufbau in eine Rahmenkonstruktion vorzugsweise aus Beton oder Metall eingebaut. Diese Anordnung eignet sich zum Transport der Module und zum Einsetzen der Module in bzw. an die Fassadenfläche.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Wärmebrücken vom Innenraum und von der Speicherwand zur Umgebung und vom Luftkreislauf zur Umgebung dadurch vermieden, daß die transparente Abdeckung, die durch­ strömte Dämmung und die Dämmschicht des Gebäudes durch einen statisch belastbaren Dämmstoff, zum Beispiel durch Schaumglas miteinander verbunden sind; der belastbare Dämmstoff bildet den Rahmen für die transparente Abdeckung, den Luftspalt A, den Absorber und die durchströmte Dämmung und wird mit der o.g. Rahmenkonstruktion aus Metall oder Beton kraftschlüssig verbunden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Luftstrom durch die Wandbauteile über Temperaturregler optimiert, so daß dem Innenraum nur bei Bedarf und mit bestem Wirkungsgrad Wärme zugeführt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zirkuliert die Luft in einem geschlossenen Luftkreislauf so daß einerseits wenig Staub in das Luftsystem eindringt und dadurch selektive Absorberschichten verwendet werden können und andererseits kein Staub aus dem Wandaufbau in den Innenraum gelangt, was die Verwendung von Mineralwolle als Dämmstoff im Wandaufbau ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Neubauwand.

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Massivwand.

Fig. 1: Ein Wandaufbau eines Neubaus 1 weist zum Innenraum 9 hin, im wesent­ lichen eine transparente ebene Abdeckung 2, einen ebenen Luftspalt A 3, einen ebenen mit Öffnungen versehenen Absorber 4, eine ebene luftdurchlässige Dämmschicht 5, eine ebene luftdurchlässige Speicherwand 6, einen ebenen Luft­ spalt B 7, eine ebene luftdichte Innenwand 8 auf.

Vom Luftspalt B 7 ist ein Lufttransport mittels eines Luftbeförderers 14 zum Luftspalt A 3 möglich. Diese Luftbewegung erzwingt eine gleichverteilte Luft­ strömung vom Luftspalt A 3, durch den Absorber 4, die Dämmung 5 und die Speicherwand 6 zum Luftspalt B 7, wobei am Absorber 4 aufgenommene Wärme an die Speicherwand 6 abgegeben wird. Die Rahmenkonstruktion 16 umrahmt im wesentlichen die Speicherwand 6, den Luftspalt B 7 und die luftdichte Innenwand 8. Die Rahmenkonstruktion 16 liegt auf Wand- bzw. Deckenkonstruktionen 19 des Gebändes auf. Der Dämmstoffräumen 17 ist mit der Rahmenkonstruktion 16 fest verbunden und umrahmt im wesentlichen die transparente Abdeckung 2, den Luftspalt A 3, den Absorber 4 und die Dämmung 5. Dabei schließt er direkt an die Gebäudedämmung 18 an.

Fig. 2: Ein Wandaufbau mit einer Massivwand 13 weist zum Innenraum 9 hin, im wesentlichen eine transparente ebene Abdeckung 2, einen ebenen Luftspalt A 3, einen ebenen mit Öffnungen versehenen Absorber 4, eine ebene luftdurchlässige Dämmschicht 5, einen ebenen Luftspalt 10, eine ebene luftdichte Speicherwand 11 und einen Wärmetauscher/-speicher 12 auf, letzterer ausgebildet z. B. als vorgemauerte durchströmbare Steinwand. Vom Wärmetauscher/-speicher 12 ist ein Lufttransport mittels eines Luftbeförderers 14 zum Luftspalt A 3 möglich. Diese Luftbewegung erzwingt eine gleichverteilte Luftströmung vom Luftspalt A 3, durch den Absorber 4 und die Dämmung 5 zum Luftspalt C 10. Von dort gelang die Luft durch Kanäle 15 wieder zum Wärmetauscher/-speicher. Auf ihrem Weg gibt die Luft die am Absorber 4 aufgenommene Wärme an die Speicherwand 11 sowie an den Wärmetauscher/-speicher 12 ab. Eine Rahmen­ konstruktion 16 ist mit der Massivwand 11 kraftschlüssig verbunden. Der Dämmstoffrahmen 17 ist durch die Rahmenkonstruktion 16 mit der Massivwand 11 fest verbunden und umrahmt im wesentlichen die transparente Abdeckung 2, den Luftspalt A 3, den Absorber 4 die Dämmung 5 und den Luftspalt C 10. Dabei schließt er direkt an die Gebäudedämmschicht 18 an. Der Wärmetauscher/-spei­ cher 12 steht auf dem Gebäudefußboden 20.

Claims (11)

1. Aufbau und Funktion von Teilen der Außenwand (1, 13) eines Gebäudes, insbesondere eines bewohnten Hauses, zur Nutzung von Sonnenenergie, von außen nach innen schichtweise bestehend aus: transparenter Abdeckung (2), insbesondere einer Doppelverglasung, Luftspalt A (3), mit Öffnungen versehener Absorber (4), luftdurchlässiger Dämmung (5) dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf am Absorber erwärmte Luft vom Luftspalt A (3) durch den Absorber (4) und durch die Dämmung (5) in Richtung zum Innenraum (9) bewegt werden kann.

2. Außenwand (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schicht­ weise Aufbau (1) zum Innenraum (9) durch eine luftdurchlässige Speicherwand (6), insbesondere aus quergelochten Mauersteinen, einen Luftspalt B (7) und eine luftdichte Innenwand (8) fortgesetzt wird.

3. Außenwand (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftbe­ förderer (14) bei Bedarf abgekühlte Luft vom Luftspalt B (7) zum Luftspalt A (3), durch den Absorber (4), durch die Dämmung (5), durch die Speicherwand (6) und zurück zum Luftspalt B (7) transportiert.

4. Außenwand (13) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schichtweise Aufbau (13) zum Innenraum (9) durch einen Luftspalt C (10), und eine luftdichte Speicherwand (11), insbesondere eine Altbauwand, fortgesetzt ist.

5. Außenwand (13) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme­ tauscher/-speicher (12), insbesondere durchströmbare Speicherwände im Innen­ raum (9) eingesetzt werden.

6. Außenwand (13) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftbe­ förderer (15) bei Bedarf abgekühlte Luft vom Wärmetauscher/-speicher (12), zum Luftspalt A (3), durch den Absorber (4), durch die Dämmung (5) zum Luftspalt C (10) und zurück zum Wärmetauscher/-speicher (12) transportiert.

7. Außenwand (1, 13) gemäß Anspruch 3 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der bewegten Luft umgekehrt wird.

8. Außenwand (1, 13) gemäß Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (1, 13) modulartig in einer Rahmenkonstruktion (16), zum Beispiel aus Beton (1) oder Metall (13), vorgefertigt wird.

9. Außenwand (1, 13) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmedämmstoff (17), zum Beispiel aus Schaumglas, die transparente Abdeckung (2), den Luftspalt A (3), den Absorber (4) und die Dämmschicht (5) umrahmt und mit der Rahmenkonstruktion (16) bzw. mit der Massivwand (11) kraftschlüssig verbunden ist.

10. Außenwand (1, 13) gemäß Anspruch 1 bis 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturregler den optimalen Volumenstrom der Luftströmungen regeln.

11. Außenwand (1, 13) gemäß Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die bewegte Luft in einem geschlossenen Luftkreislauf zirkuliert.