DE19621846A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung des Raumklimas - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Beeinflussung des Raumklimas mittels einer wärmespeichernden Deckplatte, insbesondere mit abgehängten Decken und beaufschlagten Fußböden und Wänden, die neben der wärmespeichernden Funktion auch akustische und optische Funktio­ nen sowie Feuerschutzfunktionen übernehmen.

Im Stand der Technik sind klimatisierende Kühldecken aus der DE 40 09 583 bekannt. Die bekannte raumabdeckende Decke ist als Zwischendecke oder als abgehängte Decke zu verwenden. Die dem Raum zugewandte Seite weist eine stark lichtreflektierende Putz­ schicht auf. Die raumabgrenzende Decke ist mehrschichtig ausge­ führt, wobei eine Schicht als Trägerschicht ausgebildet ist und eine andere Schicht derart ausgebildet ist, daß sie ein Rohrsy­ stem aufnehmen kann, durch das ein Kühl- oder Heizmedium strömt. Eine weitere Schicht weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um die aufgenommene Wärme aus dem Kühlsystem schnell wieder abgeben zu können.

Eine andere Druckschrift (DE 39 36 665) offenbart eine Decken­ verkleidung, die aus Paneelen zusammengesetzt ist und durch eine Trägerkonstruktion gehalten wird. Die Paneele sind aus Metall und weisen an der Oberfläche eines Vielzahl von feinen Löchern auf. Hierdurch soll einerseits eine gute akustische Wirkung und keine thermische Isolierwirkung erzielt werden. Gleichzeitig können die Paneele Kühlschlangen aufnehmen, die von einem Kühl- bzw. Heizmedium durchströmt werden. Durch die feine Lochung der Paneele wird der auftreffende Schall zwischen der Rohdecke und der abgehängten Decke eingeschlossen und dissipiert, wodurch eine gute akustische Absorption gewährleistet sein soll. Die dem Raum zugewandte Seite der abgehängten Decke kann mit einer De­ korschicht versehen werden, die das Aussehen und die optischen Eigenschaften der Decke beeinflussen.

Den oben beschriebenen Deckenkonstruktionen haftet allen gemein­ sam der Nachteil an, daß sie verhältnismäßig aufwendig in der Gesamtkonstruktion sind und dadurch die Kosten für einen klima­ tisierten Raum erheblich verteuern. Darüber hinaus ist die Be­ triebssicherheit infolge des Kreislaufs des Kühl- bzw. Heizmedi­ ums nicht 100% gewährleistet, da die Anschlüsse und die Rohrlei­ tungen letztlich nie absolut abgedichtet sind und Fehler in Form von Rohrbrüchen oder dergleichen auftreten können, deren Auswir­ kung auf einen hochwertigen Arbeitsplatz verheerend sind.

Ferner ist allgemein bekannt, daß in Büros, Läden und anderen Räumen, die überwiegend tagsüber genutzt werden, große Wärmemen­ gen in schweren Bauteilen gespeichert werden. Diese schweren Bauteile sind in der Regel aus Beton und massivem Ziegelmauer­ werk, wobei Beton und andere nicht natürlichen Bauteile ein verhältnismäßig geringes wärmewirksames Speichervermögen aufweisen.

Behördliche Verordnungen geben vor, daß beispielsweise für Beton die Aufheizung während einer Zeitperiode von 10 Stunden nicht größer als 1,5°C sein darf. Da dieser Wert häufig, insbesondere in Büroräumen überschritten wird, ist eine Kühlung notwendig. Diese Kühlung erfordert einen erheblichen technischen Aufwand infolge der komplizierten Luftleitsysteme und ebenfalls einen nicht zu vernachlässigenden Energiebedarf zum Antrieb der Kühl­ aggregate.

Die Gesamtwärmeaufnahme eines Raumes wird in Watt pro Quadratme­ ter pro K (W/m²·K) gemessen, deren Funktion eine Addition mehre­ rer Komponenten, wie beispielsweise der Wärmeaufnahme durch Kon­ vektion bzw. durch Strahlung ist. Allgemein tragen sämtliche wärmewirksamen Speichermassen in einem Raum zur Klimabildung bei. Wenn in einem Raume Wärmequellen entstehen, die die Raum­ temperatur erhöhen, so treten dabei Wärmeströmungen durch die jeweiligen Oberflächen der wärmewirksamen Speichermassen auf, d. h. die wärmewirksamen Speichermassen nehmen bis zu einer be­ stimmten Kapazität Wärme auf. Wenn aus irgendeinem Grunde die Raumtempratur sinkt, so bewirkt dies einen Rückstrom von Wärme aus der wärmewirksamen Speichermasse in den Raum. Bei großen, schweren Massen in den Räumen eines Gebäudes treten somit be­ reits bei geringen Temperaturschwankungen große Wärmeströmungen mit wechselnden Vorzeichen an der Massenoberfläche auf. In mo­ dernen Büros beispielsweise sind jedoch nicht allzuviel wärme­ wirksame Speichermassen vorhanden, so daß verhältnismäßig große Temperaturschwankungen innerhalb kürzester Zeiten auftreten.

Ziel moderner bauphysikalischer Maßnahmen sollte es daher sein, die Defizite in bezug auf eine ausgleichende Wärmespeicherung mit Hilfe moderner wärmespeichernder Baustoffe auszugleichen.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine ko­ stengünstige und betriebssichere Klimatisierung eines Raumes vorzunehmen ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Haupt­ ansprüche in überraschend einfacher Weise gelöst.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur energiesparenden Beein­ flussung des Raumklimas in Gebäuden dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum begrenzenden Bauteile wie beispielsweise Decken, Fußböden und Wände mit wärmewirksamer Speichermasse versehen werden, wobei die wärmewirksame Speichermasse an/auf den Bau­ teiloberflächen angeordnet wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft, die wär­ mewirksame Speichermasse in Form von Platten bzw. Paneelen her­ zustellen und weiterzuverarbeiten. Dabei können die Platten/Pa­ neelen mehrschichtig ausgeführt sein, müssen jedoch eine Schicht wärmewirksamer Speichermasse aufweisen. In manchen Anwendungs­ fällen kann es vorteilhaft sein, eine Schicht mit der wärmewirk­ samen Speichermasse zu versehen und die dem Raum zugewandte Sei­ te mit einer wärmeaktiven, d. h. wärmerreflektierenden Schicht zu gestalten.

Da bei Auftreten eines Temperaturgradienten im Raume stets eine Konvektion der Luftmassen stattfindet, ist es vorteilhaft, die Platten/Paneelen bzw. die abgehängte Decke luftdurchlässig zu gestalten. Die Luftdurchlässigkeit kann in vorteilhafter Weise mit Hilfe einzelner Durchbrüche in den Platten bewirkt werden. Eine andere vorteilhafte Methode zur Erreichung der Luftdurch­ lässigkeit der gesamten Beschichtung ist es, zwischen den ein­ zelnen Platten bzw. Paneelen einen gewissen Abstand vorzusehen, durch den die Konvektion der Luftmassen stattfinden kann.

Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn bereits vorhandene Platten, die den Raum in irgendeiner Weise begrenzen, durch die erfindungsgemäßen wärmewirksamen Speicherplatten ersetzt bzw. ausgetauscht werden. Insbesondere ist dieses Verfahren vorteilhaft, wenn bereits abgehängte Decken einen Hohlraum zwischen der Abhängung und der Rohdecke bzw. dem Fußboden bilden. Infolge der Luftdurchlässigkeit der erfindungs­ gemäßen Beschichtung kann somit eine Luftströmung in jeder be­ liebigen Richtung in dem Hohlraum zwischen Rohdecke und Abhän­ gung stattfinden, wobei dieser Hohlraum als Luftleitsystem dient.

Bei dieser Anwendungsart wirkt es sich vorteilhaft aus, wenn sowohl die dem Raum zugewandte als auch die dem Raum abgewandte Seite mit einer wärmewirksamen Speicherschicht versehen ist. Die von den wärmewirksamen Speichermassen tagsüber aufgenommene Wär­ memenge kann dann nachts wieder abgegeben werden, womit eine zu­ sätzliche, durch Aggregate erzeugte Kühlung im Sommer und Hei­ zung im Winter des Raumes teilweise oder ganz entfällt.

Ein Hohlraum zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und der wär­ mewirksamen Speichermasse ist jedoch nicht zwingend erforder­ lich, so daß die erfindungsgemäße Platte/Paneele auch direkt auf das Bauteil montiert werden kann.

Vorteilhaft ist es auch, die erfindungsgemäße Platte mehrschich­ tig auszuführen, wobei eine Schicht die Funktion eines Trägers ausübt, eine andere Schicht optische und/oder akustische Funk­ tionen übernimmt und eine weitere Schicht eine Feuerschutzwir­ kung ausübt.

Die Geometrie der Platten/Paneelen richtet sich im allgemeinen nach den designerischen Vorstellungen des Architekten und des Bauherrn, so daß der geometrischen Form der erfindungsgemäßen Platte keine Grenzen gesetzt sind. Wichtig ist jedoch, daß die wärmewirksame Speichermasse homogen ist, wobei die Wärmekapazi­ tät größer als die Wärmekapazität des Bauteils ist, auf das die Platte/Paneele aufgebracht wird.

Weitere erfindungsgemäße vorteilhafte Ausbildungen sind den Merkmalen der Unteransprüche zu entnehmen.

Im nun folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Platte/Paneele (1) in perspektivi­ scher Darstellung;

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Querschnitts durch ein Bau­ teil (6) (Rohdecke) mit darüber befindlichen Zusatz­ schichten (9, 10, 11), wobei mindestens eine Schicht eine wärmewirksame Speichermasse (2, 2′) beinhaltet;

Fig. 3a einen Querschnitt durch ein Bauteil (6) (Rohdecke), auf das über einem Hohlraum (5) eine erfindungsgeinäße Platte/Paneele (1) montiert ist;

Fig. 3b einen Querschnitt durch ein Bauteil (6) (Rohdecke), auf das beidseitig eine Platte/Paneele (1) mit einem Hohl­ raum montiert ist;

Fig. 4a einen Querschnitt durch eine Rohdecke (6), an die unter Bildung eines Hohlraums (5) eine erfindungsgemäße Plat­ te/Paneele (1) angeordnet ist, bei der die dem Raum zu­ gewandte Schicht eine wärmewirksame Speichermasse bein­ haltet;

Fig. 4b einen Querschnitt durch eine Rohdecke (6), an die unter Bildung eines Hohlraums (5) eine erfindungsgemäße Plat­ te/Paneele (1) angeordnet ist, bei der die dem Hohlraum (5) zugewandte Schicht die wärmewirksame Speichermasse beinhaltet;

Fig. 4c einen Querschnitt durch eine Rohdecke (6), an die unter Bildung eines Hohlraums (5) eine erfindungsgemäße Plat­ te/Paneele (1) angeordnet ist, bei der die wärmewirksame Speicherschicht sowohl dem Raum als auch dem Hohlraum (5) zugewandt ist;

Fig. 4d bis Fig. 4g zeigen weitere Varianten, bei denen Möglichkeiten der Beschichtung einer erfindungsgemäßen Platte/Paneele (1) dargestellt sind;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Büroraum, dessen Rohdecke (6) mit einer abgehängten Decke (8) unter Bildung eines Hohlraums (5) versehen ist, wobei die einzelnen Plat­ ten/Paneele (1) erfindungsgemäß beschichtet sind.

Fig. 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Platte/Paneele 1, die aus mehreren Schichten 2, 2′ und 3 zusammengesetzt ist. In der erfindungsgemäßen Platte können beispielsweise Durchbrüche 7 angeordnet sein, die der Luftdurchlässigkeit der Platte/Paneele 1 dienen. Im hier vorlie­ genden Ausführungsbeispiel der Platte sind lediglich drei Schichten beispielhaft gezeigt, wobei die Schicht 2 und 2′ je­ weils Schichten darstellen, die eine wärmewirksame Speichermasse enthalten. Eine der Schichten 2 oder 2′ kann im Bedarfsfall insofern wärmeaktiv ausgeführt sein, als daß sie wärmereflektie­ rend wirkt. Die Schicht 3 stellt eine Trägerschicht dar, die verschiedenen Anforderungen wie Festigkeit und/oder Feuerschutz darstellt. Die Schichten 2, 2′ können auch so ausgestaltet sein, daß sie akustische und optische Eigenschaften aufweisen, z. B. sowohl Schall als auch Licht absorbieren. Dabei ist es vorteil­ haft, wenn die Oberfläche der erfindungsgemäßen Platte/Paneele 1 mit einer feuerfesten zusätzlichen Schicht überzogen ist, die den baubehördlichen Anforderungen entspricht.

Die Oberflächen können eben, gefaltet, geknickt oder gewölbt ausgeführt sein.

Weitere materialtypische Eigenschaften wie Farbbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, chemische Beständigkeit und Wasserfe­ stigkeit sind selbstverständlich bei der Konstruktion der erfin­ dungsgemäßen Platten/Paneelen mit in Betracht zu ziehen. Ent­ scheidend für die Wirksamkeit der Platten/Paneelen ist die Zu­ sammensetzung der wärmewirksamen Speichermasse, die einerseits kostengünstig herzustellen ist und andererseits stoffliche feste Zusätze enthalten muß, die bei Raumtemperatur (20°C) eine hohe spezifische Wärmekapazität, wie z. B. Magnesium (1,2 kJ/kg·K) und Holz (2,5 kJ/kg·K).

In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung ein Bauteil 6 (Roh­ decke) dargestellt, auf die bestimmte erfindungsgemäße Zusatz­ schichten aufgebracht sind, wobei die obere Schicht 9 die wärme­ wirksame Speichermasse beinhaltet. Die zweite Schicht 10 stellt eine Schall dissipierende Schicht dar, und die direkt mit der Rohdecke in Verbindung stehende Schicht 11 sorgt für die Festig­ keit zwischen der Rohdecke 6 und der erfindungsgemäßen Platte 1.

Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch eine Rohdecke 6, die im vorliegenden Fall als Fußboden ausbildet ist. Über der Rohdecke befindet sich ein Hohlraum 5, der von der erfindungsgemäßen Platte 1 mit Hilfe einer Trägerkonstruktion 4 gebildet wird.

In Fig. 3b ist der Querschnitt einer Rohdecke 6 dargestellt, die beidseitig mit einer erfindungsgemäßen Platte/Paneele 1 unter Bildung jeweils eines Hohlraums 5, 5′ versehen ist. Mit diesen Darstellungen in Fig. 3a, b soll gezeigt werden, daß die erfin­ dungsgemäßen Platten/Paneelen 1 sowohl für Abhängungen von Decken als auch für bestimmte Arten von Fußböden geeignet sind. Insbe­ sondere wird hierdurch verdeutlicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Hohlraum 5 zwischen Bauteil 6 und Platte 1 verwirklicht wird.

Fig. 4a zeigt den Querschnitt einer Rohdecke 6 mit einer abge­ hängten Decke 8, wobei die dem Raum zugewandte Seite der abge­ hängten Decke mit der erfindungsgemäßen wärmewirksamen Speicher­ masse 2′ beschichtet ist, was mit dem Pfeil C symbolisiert ist. In Fig. 4b ist lediglich die dem Hohlraum 5 zugewandte Seite mit der wärmewirksamen Speichermasse 2 beschichtet, wobei in Fig. 4c beide Seiten der Platte 1 mit einer wärmewirksamen Speichermasse 2, 2′ versehen ist. In den Fig. 4d bis 4g sind Querschnitte durch ein Bauteil 6 dargestellt, das beidseitig mit einer erfin­ dungsgemäßen Platte/Paneele 1 unter Zuhilfenahme einer Hilfskon­ struktion 4 versehen ist. Die Pfeile C deuten wiederum bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen die Seiten der Schichten mit wärmewirksamer Speichermasse 2, 2′ an. Die Fig. 4a bis 4g zeigen ferner, daß das erfindungsgemäße Verfahren vielseitige Anwen­ dungsmöglichkeiten bietet, die die wärmekapazitiven Defizite einzelner Bauteile der im Raum befindlichen Gegenstände wie Decken, Wände und Fußböden, aber auch Wände anderer Gegenstände mit einer erfindungsgemäßen Platte versehen werden können.

In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch ein Stockwerk eines Gebäudes schematisch mit einem Raum 12 dargestellt. In diesem Raum 12 wurden bereits vorhandene abgehängte Deckenplatten durch erfin­ dungsgemäße wärmewirksame Speicherplatten 1 ausgewechselt. Zwi­ schen der Rohdecke 6 und der abgehängten Decke wurde ein Hohl­ raum 5 gebildet, in dem sich ursprünglich das Luftleitsystem 14 der Klimaanlage des Raumes befand. Infolge der Luftdurchlässig­ keit der nunmehr abgehängten Decke erfolgt durch den Hohlraum 5 eine Luftströmung, die primär durch Konvektion bzw. durch Bil­ dung eines Temperaturgradienten im Raum entstanden ist. Die von der Luft mitgeführte Wärmemenge wird größtenteils an die wärme­ speichernden Schichten in den Platten 1 abgegeben und bei Tempe­ ratur-Gradientenbildung mit umgekehrten Vorzeichen wieder abge­ geben. Hierdurch entsteht mit einfachen Mitteln eine wirksame Beeinflussung des Raumklimas, wodurch einerseits aufwendige Be­ lüftungsaggregate 14 eingespart werden können und andererseits kein zusätzlicher Energieverbrauch erforderlich ist. In dieser Darstellung der Fig. 5 ist nicht gezeigt, daß ebenso andere Bau­ teile wie die Wände oder der Fußboden oder Gegenstände wie Leuchten, Schränke 13 und Regale mit den erfindungsgemäßen Plat­ ten/Paneelen 1 beschichtet werden können und somit den defizitä­ ren Ausgleich an Wärmekapazität der raumbegrenzenden Teile be­ wirken.

Die weiteren in der Fig. 5 dargestellten Gegenstände sind für die vorliegende Erfindung unwesentlich und werden daher an die­ ser Stelle nicht näher beschrieben.

Claims (16)

1. Verfahren zur energiesparenden Beeinflussung des Raumklimas in Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die den Raum begrenzenden Bauteile, insbesondere Decken, Fußböden und Wände mit wärmewirksamer Speichermasse ver­ sehen werden; wobei
• - die wärmewirksame Speichermasse an/auf den Bauteiloberflä­ chen im Raum angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der wärmewirksamen Speichermasse (2, 2′) und den Bauteilen ein Hohlraum (5) vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der wärmewirksamen Speichermasse (2, 2′) und den Bauteilen kein Hohlraum vorgesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmewirksame Speichermasse (2, 2′) in mindestens einer Schicht einer mindestens einschichtigten Platte/Pa­ neele (1) verarbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die dem Raum zugewandte Schicht und/oder die dem Raum abgewandte Schicht der Plat­ ten/Paneelen (1) eine wärmewirksame Speichermasse aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platten/Paneelen bereits vorhandener beschichteter raumbegrenzender Bauteile durch wärmewirksame Speicherplatten (1) ausgetauscht werden, wodurch der Be­ trieb der Klimaaggregate (14) entfällt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Bauteile des Raumes luftdurchläs­ sig gestaltet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftdurchlässigkeit mit Durchbrüchen (7) und/oder Abständen (A) zwischen den Platten/Paneelen (1) bewirkt wird.

9. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Platte/Paneele (1), die mindestens eine Schicht einer homogene wärmewirksamen Spei­ chermasse (2, 2′) aufweist, deren Wärmekapazität größer als die Wärmekapazität des zu beschichtenden Bauteils ist, auf das die Platte/Paneele (1) aufgebracht ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platte/Paneele (1) einschichtig ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platte/Paneele (1) mehrschichtig ist, wobei die wärmewirksame Speichermasse (2, 2′) auf der dem Raum zugewandten Seite und/oder der raumabgewandten Seite der Platte angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Beschichtung der Bauteile mit wärmewirksamen Speicherplatten/Paneelen (1) luftdurchlässig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftdurchlässigkeit mit Durchbrüchen (7) und/oder Abständen (A) zwischen den Platten/Paneelen (1) bewirkt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine Schicht eine elektrische und/oder magnetische Abschirmung bewirkt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Platten/Paneelen (1) jede beliebige geometri­ sche Form aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß eine äußere Schicht (2′) der Platte/Paneele (1) ein wärmereflektierendes Material enthält.