DE19816177C1

DE19816177C1 - Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik

Info

Publication number: DE19816177C1
Application number: DE19816177A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Schroepf; Wolfgang Dotzler
Original assignee: GRAMMER SOLAR LUFT TECHNIK GMB
Current assignee: GRAMMER SOLAR GMBH, 92224 AMBERG, DE
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2018-04-15

Description

Die Erfindung betrifft einen Solar-Luft-Kollektor in Fenster systemtechnik zur dezentralen Belüftung von Räumen.

Modernes Bauwesen oder auch eine fachgerechte Sanierung von Gebäuden zeichnen sich dadurch aus, daß durch verstärkte Wärmeschutzmaßnahmen (um die Wärmeverluste des Gebäudes zu minimieren) auch eine hohe Dichtigkeit der Gebäudehüllen erreicht wird.

Diese Dichtigkeiten können durch mangelnde Frischluftversor gung zu enormen Problemen führen. Eine natürliche Infiltrati on durch Fugen oder andere Undichtigkeiten die zu einem hygienisch erforderlichen Mindestluftwechsel von ca. 0,5-0,8 1/h geführt haben sind kaum mehr vorhanden. Eine stoßweise Fensterlüftung, wie sie vielfach empfohlen wird, ist in Praxis kaum sinnvoll einzusetzen. Hohe Anstrengungen im Bereich der Wärmeschutzmaßnahmen werden somit zum Teil ad absurdum geführt, die mühsam eingedämmte Wärme wird jetzt nicht mehr als Transmissionswärmeverlust abgeführt sondern als Lüftungswärmeverlust.

Zu beachten ist auch die Schall-, Immissions- und Einbruchs problematik die mit der Fensterlüftung verbunden ist. Viele Nutzer können oder wollen sich aus diesen Gründen nicht der Fensterlüftung bedienen.

Einbauelemente in die Fensterrahmen zur Frischluftzuführung, meist mit Ventilatoren unterstützt, zum Teil auch schon mit Einrichtungen zur Wärmerückgewinnung versehen haben sich schon seit vielen Jahren auf dem Markt etabliert und können für die oben beschriebene Problematik teilweise Abhilfe schaffen. Einige ausgewählte Einrichtungen dieser Art sind in den Schriften DE 43 43 107 C1, DE 39 42 865 A1, DE 297 09 496 U1 und DE 28 13 008 A1 beschrieben.

All diesen Systemen ist gemein, daß sie zu einer mehr oder weniger kontrollierten Lüftung führen um die Problematik des erforderlichen Mindestluftwechsels zu lösen. Die aufwendige ren Systeme, die mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet sind, sind sogar in der Lage noch einen Teil der Lüftungswär meverluste zurückzugewinnen und damit Heizkosten einzusparen. Alle diese Einrichtungen können jedoch keine Energie gewinnen und somit dem Raum keine Energie zuführen.

Eine Möglichkeit der Heizenergiebereitstellung für Gebäude bietet die Solartechnik. Verschiedenste Verfahren mit den unterschiedlichsten Konzepten wurden schon errichtet und in einschlägiger Literatur beschrieben. Auch eine Reihe von Druckschriften berichten über Solarsysteme mit dem Wärmeträ germedium Luft.

So werden in den Druckschriften DE 42 18 709 C2, DE 27 57 193 A1, DE 443 66 693 A1, DE 28 49 643 A1, DE 28 19 962 A1, DE 195 00 807 A1, DE 92 05 758 U1 DE 94 07 150 U1 und WO 94/12832 Verfahren zur Erwärmung von Räumen, vorzugsweise durch Solar-Luft- Kollektoren, beschrieben.

In allen diesen Schriften und auch bei den Systemen mit Luftkollektoren die am Markt erhältlich sind, ist die System technik für Transport, Aufbereitung und Verteilung des Wärme trägermediums sowie für die Energieerzeugung - dem Kollektor - getrennt vom Fensterelement. So ist es bei Bauvorhaben, bei denen solche Anlagen zum Einsatz kommen sollen, notwendig, einen relativ hohen Planungs- und Montageaufwand für die Integration solcher Systeme zu betreiben. Die vielen gewerke übergreifenden Schnittstellen schrecken viele Bauherren und Investoren ab, da solche Schnittstellen (hier Fensterelement, Lüftung, Elektro- und Solartechnik) oft problematisch sind. Auch bei dem in der Druckschrift DE 297 00 936 U1 beschriebenen Außenwand-Solairkollektor ist die Systemtechnik für Trans port, Aufbereitung und Verteilung des Wärmeträgermediums Luft sowie der Luftkollektor getrennt vom Fensterelement. Zudem arbeitet dieser Luftkollektor nach dem Schwerkraftprinzip. Bei fehlender Thermik ist somit eine dezentrale Lüftung mit dem erforderlichen Luftwechsel nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der dezentralen Lüftung verbunden mit denen der Solartechnik und denen der Fenstersystemtechnik zu einem einfachen Kompaktbau teil mit sehr einfacher Montagetechnik zusammenzufügen. Diese Aufgabe wird von einem Solar-Luft-Kollektor in Fenster systemtechnik nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nicht nur der Frischluftversorgung eines Gebäudes dienen soll und durch seine solare Lufterwär mung dazu beitragen soll, einen Teil der konventionellen Heizenergie einzusparen, sondern daß der Luftkollektor auch alle für den Einsatz und den Betrieb erforderlichen Einzel komponenten, von der Systemtechnik für Transport, Aufberei tung und Verteilung des Wärmeträgermediums sowie für die Energieerzeugung bis zum Fensterelement in einem Kompaktbau teil mit sehr einfacher Montagetechnik enthält.

Mit diesem Konzept können somit gleichzeitig drei Ziele parallel verfolgt werden: Das Einbringen von Nutzwärme zur Heizenergieeinsparung durch solare Lufterwärmung, die kon trollierte Lüftung zur Heizenergieeinsparung durch Minimie rung der auftretenden Lüftungsverluste und die Montage eines Fensterelementes mit Heizungs- und Lüftungselement in einem Arbeitsgang verbunden mit einer Minimierung des Planungs- und Montageaufwandes für derartige Bauelemente.

Durch die Verbindung der Faktoren ansprechende Optik und leichte Integration kann den heutigen Planern ein neues Werkzeug an die Hand gegeben werden.

Es wird sowohl Rücksicht auf die einfache Integration von Bauelementen in Fassaden, als auch auf eine ansprechende optische Gestaltung genommen. Durch die gewählte Fenstersy stemtechnik wird die Verschmelzung von Fenster und Kollektor zu einem einzigen Fassadenelement, mit einfacher Handhabung erreicht.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Solar-Luft- Kollektors in Fenstersystemtechnik 1. Kollektor 2, Fenster 3 und Einschubvorrichtung 4 sind in einem Rahmen 5 unterge bracht. Fenster 3 und damit verbundener Kollektor 2 entspre chen der üblichen Gliederung einer Fensterfassade. Fenster 3 und Kollektor 2 bilden eine bauliche Einheit.

Fig. 2 zeigt den Horizontalschnitt B-B durch den Kollektor 2 Fig. 1, der durch den folgenden Aufbau von innen nach außen gekennzeichnet ist: raumseitige Abdeckung 6, beispielsweise eine Holzplatte, Wärmedämmung 7, Absorberkanal 8, Absorber 9, Luftschicht 10, transparente Abdeckung 11, z. B. eisenarmes Einscheibensicherheitglas (ESG).

Äußerer Rahmen 12 und Innerer Rahmen 13 werden der Material wahl der Fassade angepaßt.

Fig. 3 zeigt den Vertikalschnitt durch den Solar-Luft- Kollektor in Fenstersystemtechnik 1 mit seinen Bauteilen: Kollektor 2, Fenster 3, Einschubvorrichtung 4 und Rahmen 5. Die raumseitige Abdeckung 6 kann den gestalterischen Anforde rungen angepaßt werden, sie bildet den Abschluß der Wärmedäm mung 7, die Transmissionswärmeverluste verhindert. Die vom Absorber 9 erwärmte Luft durchströmt den Absorberkanal 8. Die Luftschicht 10 zwischen Absorber 9 und der transparenten Abdeckung 11, z. B. eisenarmes Einscheibensicherheitsglas, verringert Wärmestrahlungsverluste.

Fig. 4 stellt den Solar-Luft-Kollektor 2 mit der Einschubvor richtung 4 dar. Sie ermöglicht leichte Zugänglichkeit im Falle von Wartungs- und Reparaturarbeiten. Die Einschubvor richtung besteht aus folgenden Bauteilen: Luftfördereinrich tung 16, Umschalteinrichtung 17, Staubfilter 18, Korpus 19, Lüftungsgitter 21. Das Wetterschutzgitter 20, über das die Außenluft 14 eintritt, ist im Rahmen 5 integriert.

Da eine konvektive Luftströmung nicht kontrolliert werden kann, diese darüber hinaus nicht auf die hier geforderten Mengen kommt und sie ohnehin nur bei ausreichender Einstrah lung funktioniert, sollte ein Gebläse für den erforderlichen Luftstrom sorgen.

Um eine gute Verteilung der angesaugten Luft auf alle Absor berkanäle zu gewährleisten, kann als Luftfördereinrichtung 16 z. B. ein Querstromgebläse eingesetzt werden.

Die Umschalteinrichtung 17 ermöglicht eine der Betriebssitua tion angepaßte Steuerung. Sie wird z. B. über einen Getriebe motor angetrieben und direkt über der Luftfördereinrich tung 16 montiert.

Die Außenluft 14 wird durch ein Wetterschutzgitter 20 und den Staubfilter 18 angesaugt und je nach Betriebsart, Warmluft oder Lüftung, durch den Kollektor 2 bzw. direkt über das Lüftungsgitter 21 in den Raum geleitet. Eine Stellung der Umschalteinrichtung 17, die Wärmeverluste durch unkontrol lierte Konvektion verhindert, ist ebenfalls vorgesehen. Mit dem Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik 1 werden prinzipiell vier Aufgaben erfüllt.

Funktion 1: Im Fall solarer Energiegewinne wird die kalte Außenluft 14 im Kollektor 2 durch die Einschubvorrichtung 4 angesaugt, im Absorberkanal 8 erwärmt und strömt dann in den Raum ein (Pfeil 15a).

Funktion 2: Im Fall des reinen Lüftungsbedarfs wird frische Außenluft 14 angesaugt und durch die Einschubvorrichtung 4 direkt in den Raum eingebracht (Pfeile 15b). Gleichzeitig regelt sich der Warmluftstrom im Absorberkanal 8 ab.

Funktion 3: Zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch unkon trollierte Konvektion wird die Umschaltvorrichtung 17 auf eine Stellung gefahren, die den Außenluftbereich 22 vom Innenluftbereich 23 absperrt.

Funktion 4: Kollektor 2, Fenster 3 und Einschubvorrichtung 4 mit allen für den Betrieb erforderlichen Einzelkomponenten werden als eine Einheit in einem Arbeitsgang in Fassaden integriert.

Bezugszeichenliste

1

Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik

2

Kollektor

3

Fenster

4

Einschubvorrichtung

5

Rahmen

6

raumseitige Abdeckung, z. B. Holzplatte

7

Wärmedämmung

8

Absorberkanal

9

Absorber

10

Luftschicht zwischen Absorber und Abdeckung

11

transparente Abdeckung

12

Äußerer Rahmen

13

Innerer Rahmen

14

Außenluft

15

aLufteintrag in Raum über Absorber

15

bLufteintrag in Raum direkt über Einschubvorrichtung

17

Umschalteinrichtung

18

Staubfilter

19

Korpus

20

Wetterschutzgitter

21

Lüftungsgitter

22

Außenluftbereich

23

Innenluftbereich

Claims

1. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche für den Einsatz und zum Betrieb notwendigen Komponenten, nämlich Fensterelement (3), Solar-Luft-Kollektor (2) und Lüftungseinrichtung als eine Einheit in einem Rahmen (5) untergebracht sind, wobei diese Einheit wie ein übliches Fenster in ein Gebäude integrierbar ist.

2. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungseinrichtung als eine Einheit in Form ei ner herausnehmbaren Einschubvorrichtung (4) gestaltet ist, welche alle für den Einsatz und Betrieb erforderlichen Komponenten enthält, nämlich mechanische Luftförderein richtung(en) (16), Umschaltsteuerung(en) (17), Zuluftleitungen und Lüftungsgitter (21) für die Belüftung, welches gleichzeitig die Abdeckung zur Rauminnenseite darstellt.

3. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kollektor (2) aus Sonnenenergie Wärmeenergie ge wonnen wird und dem Raum als Heizenergie zugeführt wird.

4. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der gezielten Luftführung über den Kollektor (2) Wär meverluste aus dem Raum zurückgewonnen werden und dem Raum als Heizenergie zurückgeführt wird.

5. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des reinen Lüftungsbedarfs frische Außenluft (14) angesaugt und durch die Einschubvorrichtung (4) direkt in den Raum eingebracht wird.

6. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Einschubvorrichtung (4) enthaltene Umschalt vorrichtung (17) auf eine Stellung gefahren werden kann, die den Außenluftbereich (22) vom Innenluftbereich (23) absperrt, wo durch sowohl Wärmeverluste als auch Zugerscheinungen im Innenraum durch unkontrollierte Konvektion vermieden wer den.

7. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die gezielte dezentrale Luftführung über die Einschubvorrichtung (4) einen hygienisch erforderlichen Min destluftwechsel gewährleistbar ist, wodurch eine stoßwei se Fensterlüftung nicht mehr erforderlich ist.

8. Solar-Luft-Kollektor in Fenstersystemtechnik nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungseinrichtung aufgrund ihrer Gestaltung als herausnehmbare Einschubvorrichtung (4) auch nachträglich um dimensioniert und somit an z. B. geänderte Zweckbestimmun gen der Räume anpaßbar ist.