DE19900518A1 - Profilelemente, Profilmodule und Kombinationen von Profilelementen und -modulen mit pastösen, verfestigungsfähigen Beschichtungsmassen zum gerichteten Führen von strömungsfähigen Medien sowie deren Anwendung - Google Patents

Abstract

Zum Wärmeenergieaustausch zwischen strömungsfähigen Medien und der Umgebung werden diese Medien u. a. in Profilstrukturen gerichtet geführt. Die Erfindung betrifft Profilelemente und Profilmodule, die in Verbindung mit pastösen, verfestigungsfähigen Beschichtungsmassen zum Einsatz kommen. Die Beschichtungsmasse tritt durch die perforierten Strömungsführungswandungen der Elemente bzw. Module und bewirkt u. a. durch Oberflächenvergrößerung eine Intensivierung der Wechselwirkung zwischen Strömungsgut und Umgebung. In erfindungsgemäßer Anwendung werden u. a. Gebäudeaußenwände zum Zwecke einer wirtschaftlichen Gebäudeklimatisierung von der Kellersohle bis zum Dach mit einem Flächenverbund aus erfindungsgemäßen Profilelementen und -modulen in Verbindung mit Beschichtungsmassen versehen.

Description

Die Erfindung betrifft die Konstruktion und geometrische Form von Profilele­ menten und Profilmodulen, die Kombination dieser Elemente und Module mit Be­ schichtungsmassen und Funktionsschichten und/oder Funktionselementen und Anwendungen derartiger Elemente, Module und Kombinationen.

Die erfindungsgemäßen Profilelemente, Profilmodule und Kombinationen dieser Elemente und Module mit Beschichtungsmassen und Funktionsschichten und/oder Funktionselementen werden insbesondere zum gerichteten Führen strömungsfähi­ ger Medien mit einhergehendem Energie- und/oder Stoffaustausch von Strö­ mungsgut zu Strömungsgut und/oder zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien eingesetzt. Bei derartigen An­ wendungen kommen erfindungsgemäße Profilelemente und Profilmodule in der Regel im Verbund mit mehreren gleichen Profilelementen bzw. Profilmodulen oder in Mischkombinationen derartiger Elemente und/oder Module zum Einsatz. In erfindungsgemäßer Anwendung von entsprechenden Profilelementen und Pro­ filmodulen lassen sich u. a. Gebäudeaußenwände im Bereich oberhalb Geländeo­ berkante zwischen Trag- und Wetterschutzschale und im Bereich unterhalb Ge­ ländeoberkante zwischen Tragschale und angrenzendem Erdreich mit einer mit der Außenluft in Verbindung stehenden Harmonisierungsströmung derart ausrü­ sten, daß sowohl eine behagliche, nutzerfreundliche als auch kostengünstige, sich den unterschiedlichen Tages- und Jahreswetterlagen anpassende Gebäudeklimati­ sierung bewirkt wird. Die Harmonisierungsströmung führt darüber hinaus zu einer Entlastung der Baustruktur des Gebäudes infolge Vergleichmäßigung der Struk­ turtemperatur und Regulierung des Feuchtehaushaltes.

Bekannt ist, strömungsfähige Medien mittels kanalförmig ausgeformter, profilier­ ter Elemente und Module gerichtet, mehr oder weniger leckfrei zu führen. Bekannt ist auch, daß beim Durchfluß von Medien durch entsprechende Elemente oder Module ein Energieaustausch, insbesondere ein Wärmeenergieaustausch von Strömungsgut zu Strömungsgut und/oder zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien erfolgt (Wärmetauscherprinzip). Bekannt ist ferner, derartige Elemente oder Module insgesamt oder in Teilberei­ chen mit Funktionsschichten, z. B. mit Wärmedämmschichten zu versehen, die den oben beschriebenen Energieaustausch eindämmen und ggf. sogar weitgehend un­ terbinden. Bekannt ist darüberhinaus, entsprechende Elemente und Module mit Beschichtungen, z. B. zum Zwecke des Korrosions- und/oder Verschleißschutzes zu versehen. Verschleißschutzschichten, insbesondere dann, wenn sie als erneuer­ bar konzipiert sind, sind ein bekanntes Beispiel dafür, daß zwischen Strömungsgut und umgebender Masse neben dem gewollten oder ungewollten Energieaustausch auch ein gewollter oder ungewollter Stoffaustausch erfolgen kann. Ein Stoffaus­ tausch zwischen Strömungs- und Umgebungsgut kann bekanntermaßen auch auf dem Diffusionsweg über die Begrenzungswandungen der Strömungskanäle erfol­ gen. Die Ausrüstung der beschriebenen, bekannten Elemente und Module mit Ein- und Durchdringungen z. B. zum Zwecke der Zu- und Abführung von Strömungs­ gut, für Einspeisungs-, Entnahme-, Meß- oder Regelzwecke ist ebenfalls bekannt. Im Hochbau sind Großflächenanwendungen von Profilelementen mit eingebunde­ ner Funktions-/Dämmschicht und integrierten Strömungsführungskanälen zum Zwecke der Fassadenhinterlüftung bekannt. Zwischen dem aus der Umgebungsluft gespeisten Hinterlüftungsstrom und der umgebenden Masse kommt es dabei, ent­ sprechende Wetterlagen vorausgesetzt, sowohl zu einem Wärmeenergie- als auch in Form von Wasserdampf zu einem Stoffaustausch.

Die erfindungsgemäßen Profilelemente und Profilmodule unterscheiden sich von den bekannten Profilelementen und Modulen insbesondere durch die konstruktive Ausgestaltung der Strömungsführungs- und Begrenzungswandungen der Strö­ mungskanäle. Während die bekannten Elemente und Profile ein- oder mehrschich­ tig aufgebaute Kanalwandungen derart aufweisen, daß jede Wandschicht ein weit­ gehend einheitliches Werkstoffgefüge aufweist, sind die Strömungsführungswan­ dungen der erfindungsgemäßen Profilelemente und Profilmodule ganzflächig oder in Teilbereichen durchbrochen, z. B. maschenartig oder perforiert, ausgebildet. Werden die erfindungsgemäßen Profilelemente und Profilmodule abgestimmt auf die Einsatzbedingungen mit einer pastösen, verfestigungsfähigen Beschichtungs­ masse erfindungsgemäß kombiniert, so quillt die Beschichtungsmasse in den der Beschichtungsseite gegenüberliegenden Raum unter Ausbildung von Noppen, Zapfen, Stegen u. dgl. hinein. Über die so erfolgte Vergrößerung der Oberfläche der Wandungen kann dann ein mehr oder weniger intensiver Energie- und/oder Stoffaustausch bzw. eine andersgeartete Wechselwirkung zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu angrenzenden Medien, Massen und/oder Baustrukturen erfolgen. So kann beispielsweise durch die Geometrie und/oder An­ ordnung der in den Strömungsraum hineinragenden Stege aus verfestigter Be­ schichtungsmasse eine Richtungsänderung im Strömungsfluß, z. B. eine Drallströ­ mung, bewirkt werden.

Erfindungsgemäße Profilelemente und Profilmodule können anwendungsbedingt z. B. mit Funktionsschichten wie Wärme- und Schalldämm-, Strahlungsabsorpti­ ons- und/oder Strahlungsreflexionsschichten bestückt sein. Bei einem erfindungs­ gemäßen Beschichten derartiger Profilelemente und Profilmodule mit einer pastö­ sen, verfestigungsfähigen Masse, kann zwischen dieser Masse, den angrenzenden Funktionsschichten und den Profilelementen und Modulen ein Verbund bewirkt werden. Dabei können die Funktionsschichten konstruktiv so ausgestaltet sein, daß sie nicht nur aufgrund ihrer Materialeigenschaften sondern auch aufgrund ihrer geometrischen Form, z. B. durch eine vergleichsweise große Oberfläche, die ge­ wollte Wechselwirkung zwischen Strömungsgut und umgebender Masse intensi­ vieren.

Zur erfindungsgemäßen Beschichtung von erfindungsgemäßen Profilelementen und Profilmodulen können anwendungsbedingt auch Beschichtungsmassen zum Einsatz kommen, die sich nach dem Durchdringen der Profil-/Modulwandungen und nach dem Eindringen in den Strömungsraum nicht oberflächenvergrößernd verfestigen, sondern eine pastöse bzw. eine abriebfreundliche Konsistenz derart beibehalten, daß sie vom Strömungsgut abgebaut bzw. abgetragen werden und auf diese Weise ein gewollter Stoffaustausch von der Beschichtungsmasse zum Strö­ mungsgut hin erfolgt. Mit dem Abbauvorgang der Masse kann dabei ein entspre­ chender Nachschubvorgang einhergehen.

Erfindungsgemäße Profilelemente und Profilmodule der beschriebenen Art können nach Schichtung und/oder Bündelung mit weiteren Elementen/Modulen gleicher oder unterschiedlicher konstruktiver Auslegung wiederum erfindungsgemäße Pro­ filelemente oder Profilmodule ausbilden. Die pastöse, ggf. mehr oder weniger ver­ festigungsfähige Beschichtungsmasse kann bei derartigen Elementen und Modulen zugleich Wandungen von benachbart angeordneten Profilelementen oberflächen­ vergrößernd und/oder verbundbildend durchdringen. In die Beschichtungsmasse können dabei anwendungsbedingt Funktionsschichten wie z. B. Heizmatten oder Funktionskomponenten eingelagert sein.

Die Strömungsführungs- und Begrenzungswandungen und ggf die Funktions- und Bestückungskomponenten in den Strömungskanälen können bei allen beschriebe­ nen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Profilelementen und Profilmo­ dulen konstruktiv u. a. durch Berücksichtigung von Über- und/oder Umströmungs­ zonen so ausgebildet sein, daß sich innerhalb der Profilelemente und/oder in Ar­ rangements aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Elementen und/oder Modulen in seiten- und/oder höhenbenachbarten Strömungskanälen oder ka­ nalüberspringend richtungsgleiche oder richtungsunterschiedliche Strömungen einstellen. Die Strömungsführung kann erfindungsgemäß auch derart erfolgen, daß das Strömungsgut insgesamt oder in Teilen eine Richtungsänderung, Bündelung und/oder Auffächerung erfährt. Über diese Merkmale hinaus können entsprechen­ de erfindungsgemäße Profilelemente und Profilmodule mit die Strömungsfüh­ rungswandungen der Elemente/Module ein- und/oder mehrseitig durchdringende Ein- bzw. Ausströmöffnungen oder mit Öffnungen z. B. für Einspeisungs-, Ent­ nahme-, Meß- oder Regelzwecke versehen sein.

In erfindungsgemäßen Anwendungen lassen sich auch mehrere gleiche oder unter­ schiedliche erfindungsgemäße Profilelemente und/oder Profilmodule in senkrech­ ter, waagerechter, geneigter oder ein- oder mehrfach gekrümmter Flächenanord­ nung kombinieren. Die beschriebenen kennzeichnenden Merkmale der dabei ein­ gesetzten Profile und/oder Module bestimmen dann im Zusammenspiel die Wech­ selwirkung zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien, Massen, und/oder Baustrukturen.

In einer solchen erfindungsgemäßen Anwendung werden Gebäudeaußenwände mit erfindungsgemäßen und erfindungsgemäß mit einer pastösen, verfestigungsfähigen Beschichtungsmasse ausgestattete Profilelemente und Profilmodule im Bereich oberhalb Geländeoberkante zwischen Trag- und Wetterschale und im Bereich un­ terhalb Geländeoberkante zwischen Tragschale und angrenzendem Erdreich verse­ hen. Mit Außenluft als primäres Strömungsgut wird durch Konvektion und ggf. mit zusätzlichen Hilfsmitteln zur Strömungsförderung oder Strömungsdrosselung in dem Arrangement aus Profilelementen und Profilmodulen eine Harmonisie­ rungsströmung mit einer Einwirkung auf den Wärmeenergiestrom von oder zu den angrenzenden Gebäuderäumlichkeiten bewirkt. Auf diese Weise und u. U. in weite­ rer erfindungsgemäßer Ausgestaltung durch eine direkte Strömungsverbindung zwischen der Harmonisierungsströmung und der Luft im Inneren der Gebäude und/oder durch eine die Harmonisierungsströmung geführt wärmeenergietau­ schend kreuzende Strömung von Außenluft in das Innere der Gebäude oder umge­ kehrt aus dem Gebäude heraus nach außen, wird erreicht, daß sich sowohl eine behagliche, nutzerfreundliche als auch eine kostengünstige, sich den unterschiedli­ chen Tages- und Jahreswetterlagen anpassende Gebäudeklimatisierung mit einher­ gehender Entlastung der Baustruktur des Gebäudes infolge Vergleichmäßigung der Strukturtemperatur und Regulierung des Feuchtehaushaltes einstellt.

Die von den Strömungsführungs- und Begrenzungswandungen in erfindungsge­ mäßen Profilelementen und Profilmodulen ausgebildeten Strömungskanäle können runde, ovale, recht- oder mehreckige Querschnitte oder andersartige geometrische Formen aufweisen. Benachbarte Strömungskanäle können durch nur eine oder durch mehrere, z. B. stegverbundene Trennwände separiert sein. Die Strömungs­ führungskanäle können geradlinig oder ein- oder mehrfach gekrümmt ausgerichtet sein, wobei die Strömungsführungswandungen Krümmungen aufweisen können, die dem Kanalverlauf nochmals überlagert sind.

Erfindungsgemäße Profilelemente und Profilmodule können aus metallischen, mi­ neralischen, natürlichen tierischen oder pflanzlichen, aus synthetischen oder aus einem geeigneten Verbund dieser Werkstoffe bestehen. Bei erfindungsgemäßen Kombinationen von erfindungsgemäßen Profilelementen/-modulen mit Beschich­ tungsmassen gelten für die Beschichtungsmassen die gleichen Werkstoffalternati­ ven wie zuvor für die Elemente/Module aufgeführt, wobei in einer Kombination der Werkstoff der Profile/Module einerseits und der der Bettungsmasse anderer­ seits unterschiedlich sein kann, aber aufeinander abgestimmt sein muß.

Die für die erfindungsgemäßen Profilelemente/-module genannten Werkstoffalter­ nativen gelten auch für die Funktionsschichten und -komponenten entsprechend ausgerüsteter Elemente/Module und Kombinationen derselben mit Beschich­ tungsmassen. Auch diesbezüglich gilt, daß Werkstoffverträglichkeit der zum Ein­ satz gebrachten Funktionsschichten untereinander und zu dem jeweiligen Ele­ ment/Modul und zur Bettungsmasse gegeben sein muß.

Durchbrechungen, Perforationen oder dgl. in den Strömungsführungswandungen von erfindungsgemäßen Profilelementen und -modulen, können im Zuge der Her­ stellung der Vormaterialien für die Elemente/Module, bei der Herstellung dersel­ ben oder nachträglich durch die bekannten Lochungsverfahren wie z. B. Schneiden, Stanzen, Bohren eingebracht werden. Bei erfindungsgemäßen Profilelementen/-modulen z. B. aus Verbundwerkstoffen mit Geweben, Gewirken oder Gelegen als Verstärkungskomponente, kann diese Komponente auch schon von vornherein offenmaschig hergestellt sein und dadurch für die erfindungsgemäß gewünschte Wandungsperforation sorgen.

Die Fig. 1 bis 11 zeigen beispielhaft unterschiedliche erfindungsgemäße Kom­ binationen erfindungsgemäßer Profilelemente mit Beschichtungsmassen und ent­ sprechende erfindungsgemäße Anwendungen. In den Anwendungsdarstellungen sind beispielhafte erfindungsgemäße Profilmodule abgegrenzt dargestellt. In den Fig. 1 bis 11 werden zum besseren Hervorheben von kennzeichnenden Merk­ malen stets beispielhafte Profilelemente/-module gezeigt, die Strömungskanäle mit rechteckigem Querschnitt aufweisen. Die Strömungsführungs- und Begrenzungs­ wandungen sind jeweils nur in einfacher Strichführung dargestellt. Mit dieser Dar­ stellungsart wird auch verdeutlicht, daß bei erfindungsgemäßen Profilelementen und -modulen in Leichtbaukonstruktion, z. B. aus Faserverbundwerkstoff auf der Basis von Geweben, Gewirken oder Gelegen, die Dicke der Elementwandungen vergleichsweise dünn zur Kombination mit der Beschichtungsmasse sein kann.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen in perspektivischer Darstellung Querschnitte von erfin­ dungsgemäßen Profilelementen in Kombination mit Beschichtungsmassen. Die Fig. 6 und 7 zeigen erfindungsgemäße Profilelemente ebenfalls in perspektivi­ scher Darstellung unter Verdeutlichung der Durchströmungsverhältnisse. Die Fig. 5, 8, 9 und 11 zeigen insbesondere in Draufsichtdarstellung die Strömungs­ verhältnisse in erfindungsgemäßen Profilelementen bzw. in Arrangements aus Pro­ filelementen und Profilmodulen. Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Anwendung entsprechend ausgerüsteter Elemente und Module in Verbindung mit einer Gebäudeaußenwand.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Profilelement 1.1, das auf einer Seite die Be­ schichtungsmasse 1.2 und auf der anderen Seite eine materialgleiche oder eine gegenüber 1.2 materialunterschiedliche Beschichtungsmasse 1.3 aufweist. Die Strömungskanäle sind mit 1A, 1B, 1C und 1D bezeichnet. Jeder Strömungskanal wird von den Strömungsführungswänden a, b, c und d begrenzt. In den Strö­ mungskanal 1A dringt die jeweilige Beschichtungsmasse oberflächenvergrößernd in Form von Noppen 1.4 ein. Im Strömungskanal 1B haben die Eindringungen die Form von Quadern 1.5, in 1C und 1D die Form von mehr oder weniger großen Stegen 1.6 bzw. 1.7. Die Öffnungen in den Begrenzungswandungen bei 1.6.1 und 1.7.1 geben den Querschnitt am Fuß der jeweiligen Massendurchdringung vor. Die Beschichtungsmasse kann, wie in dieser Figur primär aus Erläuterungsgründen gezeigt, in unterschiedliche Strömungsführungskanäle eines Profilelementes auch unterschiedlich eindringen. Die Regel ist aber, daß innerhalb ein und desselben Profilelementes die Wandperforation und damit auch die Massendurchdringung einheitlich für alle Strömungskanäle ist. Dies gilt auch für die in den nachfolgen­ den Figuren gezeigten Ausführungen.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Profilelement 2.1, das dem Profilelement 1.1 in Fig. 1 entspricht. Die Beschichtungsmasse 2.2 in Kanal 2A, 2.3 in Kanal 2B und gleichermaßen die Kanäle 2C und 2D betreffend, ist in dieser beispielhaften Aus­ führung jedoch innenseitig auf die Strömungsführungswände a, b, c und d aufge­ tragen worden und dringt demnach aus den Strömungskanälen in Form von Nop­ pen 2.4, Quadern 2.5 und Stegen 2.6 bzw. 2.7 nach außen heraus.

Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Profilelement 3.1 mit Strömungskanälen 3A, 3B, 3C und 3D, das wie in Fig. 1 mit Beschichtungsmassen 3.2 und 3.3 versehen ist, die in die Strömungskanäle über die Perforation in den Strömungsführungs­ wandungen a und b hineinpenetriert. Strömungskanal 3A ist mit U-förmigen Funktionsschichten 3.4 und 3.5 derart ausgerüstet, daß dieselben bei Eindringen der Beschichtungsmasse durch teleskopartiges Ineinanderschieben Ablagerungs­ räume für die Beschichtungsmassen 3.2 bzw. 3.3 freigeben. Strömungsführungs­ kanal 3B ist mit einer geschlossenen, wellenförmigen und dadurch oberflächen­ vergrößernd wirkenden Funktionsschicht 3.6 ausgekleidet. Strömungsführungska­ nal 3C ist auf einer Seite mit einer Funktionsschicht 3.7 ausgerüstet, die Öffnun­ gen aufweist, in die die Beschichtungsmasse 3.2 verbundbildend mit der Masse 3.8 hineinquillt. Dieser Strömungskanal weist auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Funktionsschicht 3.9 auf, in deren poröse Struktur die Beschichtungsmasse 3.3 mit dem Masseanteil 3.10 durch die Maschenöffnungen 3.10.1 in der Begren­ zungswand verbundbildend hineindringt. Strömungskanal 3 D weist in Form eines Trennsteges die Funktionsschicht 3.11 auf, die durch die Massestege 3.12 positio­ niert und fixiert wird. Der Fußquerschnitt dieser Massestege wird durch den Quer­ schnitt der Durchdringungsöffnungen 3.12.1 in den Strömungsführungs-/Begren­ zungswänden a und b vorgegeben.

Fig. 4 zeigt in geschichteter Anordnung erfindungsgemäße Profilelemente 4.1 und 4.2, die über eine Zwischenlage aus Beschichtungsmasse 4.3 miteinander verbun­ den sind. Das Profilelement 4.1 weist Strömungskanäle 4A auf, die jeweils mit Funktionsschichten 4.4 und 4.5, vergleichbar mit den Funktionsschichten 3.4 und 3.5 in Strömungskanal 3A in Fig. 3 und einer zusätzlichen Funktionsschicht 4.6, vergleichbar mit Funktionsschicht 3.9 in Strömungskanal 3C der Fig. 3, ausgerü­ stet sind. Das erfindungsgemäße Profilelement 4.2 weist Strömungskanäle 4B auf, die vergleichbar mit den Kanälen 1A in Fig. 1 mit noppenartiger Eindringung der Beschichtungsmasse 4.7 ausgelegt sind. Der Strömungskanal 4C des Profilele­ mentes 4.2 wird von der Beschichtungsmasse vollständig durchdrungen. Dabei dringt die Beschichtungsmasse über die Begrenzungswände c und d zusätzlich oberflächenvergrößernd noppenartig in die Strömungskanäle 4B ein. In die Be­ schichtungsmasse 4.3 sind zusätzliche Funktionselemente 4.8 und 4.9 (z. B. Heiz­ elemente) eingelagert. In abgewandelter Ausführung der in Fig. 4 dargestellten Kombination aus Profilelementen und Beschichtungsmasse können die Strö­ mungskanäle 4B im Profilelement 4.2 auch ausschließlich über die Begrenzungs­ wand a oder alternativ b verbunden sein. Das Profilelement 4.2 würde dann im Ausgangszustand im Bereich 4C keinen Kanal sondern eine abstandüberbrücken­ de Stegverbindung aufweisen.

Fig. 5 zeigt schematisch die Strömungsverhältnisse in einem erfindungsgemäßen Profilelement 5.1 mit den Abmessungen 1₁ × 1₂. Das Element weist Strömungszo­ nen 5A, 5B und 5C auf. In der Strömungszone 5A erfolgt die Strömung in be­ nachbarten Strömungskanälen gleichgerichtet. In Strömungszone 5B ist die Strö­ mungsrichtung in benachbarten Strömungskanälen richtungswechselnd. In Strö­ mungszone 5C erfolgt die Strömung kanalüberspringend und richtungswechselnd. Zur Erzielung des Richtungswechsels sind die Strömungsbereiche 5B und 5C bei 5.2 mit Überströmbereichen und bei 5.3 mit Kanalverschlußelementen ausgerüstet.

Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung ein Profilelement 6.1, das mit einer Funktionsschicht 6.2, Überströmbereichen 6.3 und einem Verschlußelement 6.4 so ausgerüstet ist, daß die Strömung in jedem Strömungskanal des Elementes rich­ tungswechselnd in einer Ober- und Unterströmung erfolgt.

Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung in geschichteter Form erfindungsgemäße Profilelemente 7.1, 7.2 und 7.3, wobei die Profilelemente 7.1 und 7.2 in einer Ebe­ ne, aber bezüglich der Ausrichtung der Strömungskanäle um 90° versetzt angeord­ net sind. Die Profilelemente 7.1 und 7.2 sind mit dem Profilelement 7.3 über die Beschichtungsmasse 7.4 verbunden, in die über die Höhe h eine Funktionsschicht 7.5, z. B. eine Wärmedämmschicht eingelagert ist. Der Strömungseintritt erfolgt über alle Kanäle des Profilelementes 7.1. Das Profilelement 7.2 weist am Strö­ mungseintritt und am Strömungsaustritt jeweils einen Sammel- bzw. einen Vertei­ lerkanal S auf. In den Kanälen Q erfolgt eine Querströmung mit wechselnder Strömungsrichtung in benachbarten Kanälen. Der Kanal E im Profilelement 7.2 wird als Endkanal nicht durchströmt. Bei 7.6 tritt die Strömung aus dem unteren Sammelkanal S in alle Strömungskanäle des Profilelementes 7.3 ein. Die Be­ schichtungsmasse 7.5 ist hier über die volle Breite der gezeigten Einheit unterbro­ chen. Aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit wurde in Fig. 7 auf die Darstellung der notwendigen Kanalverschlußelemente beim Profilelement 7.2 und 7.3 (unterer Abschluß) verzichtet.

Fig. 8 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsverhältnisse in einem ein­ lagigen Flächenarrangement 8.1 aus erfindungsgemäßen Profilelementen. Dieses Arrangement zeigt bei E einen Strömungseintritts- und bei A einen Strömungsaus­ trittsbereich. Beide Bereiche erfassen jeweils mehrere Strömungskanäle. Im Be­ reich 8A des Arrangements ist die Strömung primär abwärts, in den Bereichen 8B aufwärts und im Bereich 8C horizontal gerichtet. Die Strömungsein- und -austrittsbereiche 8.2 bzw. 8.3 und die Strömungsumlenkungsbereiche 8.4 können als vorgefertigte Profilmodule ohne oder in Kombination mit Beschichtungsmas­ sen in das Flächenarrangement aus erfindungsgemäßen Profilelementen in der je­ weiligen Standardausführung eingefügt werden.

Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung wie in einem Flächenarrangement aus Profilelementen 9.1 eine Öffnung D, z. B. ein Fenster, umströmt werden kann. Über die komplette Breite b des Arrangements ist die Strömung primär aufwärts gerichtet. In den Bereichen 9A und 9B herrscht eine Querströmung. In der prakti­ schen Anwendung können die gezeigten Strömungsverhältnisse durch Erstellen und Kombinieren von Zuschnitten aus Standardprofilelementen erreicht werden (siehe Bereich 9A). Die Querströmungsbereiche lassen sich jedoch auch, wie un­ ter Fig. 8 beschrieben, als vorgefertigte Profilmodule 9.2 (siehe Bereich 9B) in das Flächenarrangement einfügen.

Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Gebäudeaußenwand im Kellerbe­ reich. G1 zeigt die Fundamentplatte, G2 die Kelleraußenwand, G3 die Keller­ decke und G4 das Außenmauerwerk des Erdgeschosses. Die Geländeoberkante ist mit GOK gekennzeichnet. Die Kellerwand trägt einen geschichteten Verbund aus erfindungsgemäßen Profilelementen, vergleichbar mit dem nach Fig. 7. Etwas über GOK beginnend sind im Bereich der Kellerwand unterhalb von GOK die Profile­ lemente 10.1, 10.2 und 10.3 angeordnet, die über die Beschichtungsmassen 10.4, 10.5 und 10.6 verbunden sind. Die Beschichtungsmasse 10.7 ist zugleich die Schutz- und Dichtungsschicht zum Erdreich. Das Profilelement 10.3 setzt sich im Flächenverbund mit weiteren geeigneten Profilelementen über die gesamte Gebäu­ deaußenwand im Bereich oberhalb von GOK fort. Die Beschichtungsmasse 10.8 bildet die Wetterschutzschale und Fassade des Gebäudes. Umgebungsluft tritt bei 10.9 als abwärtsgerichtete Strömung in das Profilelement 10.1 ein und geht im Profilelement 10.2 in eine Querströmung mit mehrfach wechselnder Strömungs­ richtung über. Bei 10.10 tritt die Strömung in das Profilelement 10.3 ein. Die Funktionsschichten 10.11 und 10.12 sind Wärmedämmschichten und behindern den Wärmeenergieaustausch von der aufwärtsgerichteten Harmonisierungsströ­ mung zur abwärts- und quergerichteten Strömung einerseits bzw. zur Raumluft im Gebäude andererseits. Unter Umständen kann bei 10.13, z. B. zur Raumentlüftung, eine direkte Einspeisungsverbindung aus dem Gebäude heraus zur aufwärtsge­ richteten Harmonisierungsströmung bestehen. Die Wärmedämmschicht 10.14 ver­ hindert im Bereich nahe GOK einen ungewollten Wärmeenergiefluß zwischen Erdreich und abwärtsgerichteter Strömung. Im Bereich der Fundamentplatte G1, etwa 3 m unter GOK, herrscht im Erdreich dauerhaft eine weitgehend konstante Temperatur T_E im Plus-Bereich. Die dargestellten Temperaturprofile verdeutlichen das Temperaturgefälle zwischen der Außenluft T_A und der Erdtemperatur T_E in der Ebene der Fundamentplatte G1 an kühlen und warmen Sommertagen einerseits und an kalten und warmen Wintertagen andererseits. Hieraus ergibt sich, daß die bei 10.9 in das erfindungsgemäße Arrangement aus Profilelementen und ggf. Pro­ filmodulen eingespeiste Außenluft im Winter Wärmeenergie aus dem Erdreich aufnimmt und an warmen Sommertagen Wärmeenergie an das Erdreich abgibt. Die so auf die Temperatur T_H im Winter angehobene bzw. im Sommer abgesenkte aufwärtsgerichtete Harmonisierungsströmung im Profilelement 10.3 leistet durch Abbau von ungewolltem Wärmeenergieaustausch zwischen der Außenluft mit der Temperatur T_A und der Raumluft mit der Temperatur T_I einen Beitrag zur wirt­ schaftlichen Gebäudeklimatisierung.

Fig. 11 zeigt in schematischer Darstellung die Strömungsverhältnisse in einem erfindungsgemäßen Flächenverbund 11.1 aus erfindungsgemäßen Profilelementen und Profilmodulen. Der Flächenverbund 11.1 ist integraler Bestandteil eines erfin­ dungsgemäßen größeren Flächenverbundes oberhalb der Geländeoberkante eines Gebäudes und dient der Nutzung der Wärmeenergie von Abluft aus dem Gebäu­ deinneren zur Vorwärmung von in das Gebäude hineingeführter Frisch-/Zuluft einerseits und zur Restwärmeabgabe an die Harmonisierungsströmung zwischen Außenmauerwerk und Wetterschutzschale andererseits. Die Abluft tritt in das Pro­ filelement 11.2 durch das Mauerwerk 11.5 und die Funktionsschicht 11.6 (Wärme­ dämmung) bei 11.7 ein. Die Frischluft tritt bei 11.8 in das Profilelement 11.2 ein. Die Abluft wird mit von abwärts in aufwärts wechselnder Strömungsrichtung durch die Strömungskanäle A so geführt, daß ein Wärmeenergieaustausch zur ab­ wärtsgerichteten Frischluftströmung in den Strömungskanälen F stattfindet. Bei 11.9 tritt die Frischluft dann durch die Funktionsschicht 11.6 und das Mauerwerk 11.5 in das Innere des Gebäudes. Die Abluft tritt bei 11.10 in einen Sammelkanal und vermischt sich dort mit der Harmonisierungsströmung, die aufwärtsgerichtet durch die Strömungskanäle H strömt. Strömungsfördernd können die Ab- und Zu­ führungsöffnungen 11.7 bzw. 11.9 mit Hilfsmitteln, wie z. B. Ventilatoren 11.11, ausgestattet sein. Darüberhinaus kann die Zuluftöffnung 11.9 für Luftreinigungs­ zwecke einen Filter 11.12 aufweisen. Die Zu- und Abluftbereiche 11.3 und 11.4 des erfindungsgemäßen Flächenverbundes können als Profilmodule wie unter Fig. 8 beschrieben konzipiert sein. Der erfindungsgemäße Flächenverbund 11.1 ist bei­ spielhaft neben einem Fenster D dargestellt, um zu verdeutlichen, daß Abluft­ austritt 11.7 und Zulufteintritt 11.9 in den gleichen Raum münden. Bei angepaßter Strömungsführung können entsprechende Flächenverbunde aber auch raumdecken- oder raumtrennwandübergreifend der vorteilhaften Klimatisierung voneinan­ der getrennter Räume dienen.

Claims (8)

1. Profilelemente, die aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung strömungsfähige Medien gerichtet führen und einen Energie- und/oder Stoffaustausch innerhalb der Profilelemente von Strömungsgut zu Strömungsgut und/oder zwischen Strö­ mungsgut und umgebender Masse sowie ggf zu daran angrenzenden Medien er­ möglichen oder unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsführungs- und Begrenzungswandungen dieser Profilelemente (Fig. 1 und Fig. 2) ganzflächig oder in Teilbereichen so durchbrochen, z. B. ma­ schenartig oder perforiert ausgebildet sind, daß diese Wandungen bei Ausrüstung mit einer pastösen, verfestigungsfähigen Beschichtungsmasse eine Oberflächen­ vergrößerung derart erfahren, daß die Beschichtungsmasse in den der Beschich­ tungsseite gegenüberliegenden Raum unter Ausbildung von Noppen, Zapfen, Ste­ gen oder dgl. hineinquillt, und über die so vergrößerte Oberfläche der Wandungen ein mehr oder weniger intensiver Energie- und/oder Stoffaustausch bzw. eine an­ dersgeartete Wechselwirkung zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien, Massen und/oder Baustrukturen erfol­ gen kann.

2. Profilelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den strömungsführenden Wänden ausgebildeten Strömungskanäle derartig mit Funktionsschichten ausgekleidet oder bestückt sind (Fig. 3), daß sich nach Ausrüstung der Profilelemente mit der pastösen, verfestigungsfähigen, die entsprechenden Wandungen der Profilelemente obenflächenvergrößernd durch­ dringenden Beschichtungsmasse ein Verbund zwischen der Beschichtungsmasse und den Auskleidungs- und/oder Bestückungskomponenten einstellt, der der funk­ tionstüchtigen Ausgestaltung der Strömungskanäle und/oder dem Energie- und Stoffaustausch bzw. einer andersgearteten Wechselwirkung zwischen Strömungs­ gut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien dient.

3. Profilelemente nach Anspruch 1 und Profilelemente nach Anspruch 1, die in Teil­ bereichen gemäß den Profilelementen nach Anspruch 2 ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die pastöse, die Wandungen der Profilelemente oberflächenvergrößernd durchdringende Masse eine derartige Konsistenz hat, daß sie vom Strömungsgut abgebaut/abgetragen wird und auf diese Weise ein Stoffaustausch von der umge­ benden Masse zum Strömungsgut vorgenommen wird, wobei mit dem Abbauvor­ gang der Masse ein entsprechender Nachschubvorgang einhergehen kann (in Fig. 1 die Kanäle 1A, 1B, 1C).

4. Profilelemente dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Schichtung oder Bündelung von Profilelementen gemäß des An­ spruchs 1, 2 oder 3 oder aus einer gemischten Schichtung oder Bündelung von Profilelementen (Fig. 4 und Fig. 7) der Ansprüche 1 bis 3 bestehen, wobei die pa­ stöse, ggf mehr oder weniger verfestigungsfähige Beschichtungsmasse zugleich Wandungen von benachbart angeordneten Profilelementen oberflächenvergrößernd und/oder verbundbildend durchdringen kann und in diese Masse selbst Funktions­ schichten und/oder Funktionskomponenten eingelagert sein können.

5. Profilelemente nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stömungsführungs- und Begrenzungswandungen der Profilelemente selbst und ggf. die Funktions-/Bestückungskomponenten in den Strömungskanälen kon­ struktiv u. a. durch Berücksichtigung von Über-/Umströmungszonen sowie ggf die Profilelemente ein- und/oder mehrseitig durchdringende Ein- bzw. Ausströmöff­ nungen so ausgebildet sind, daß sich innerhalb der Profilelemente (Fig. 5 und Fig. 6) und/oder in Arrangements aus aneinandergereihten, geschichteten oder gebün­ delten Profilelementen (Fig. 7) in seiten- und/oder höhenbenachbarten Strömungs­ kanälen oder kanalüberspringend richtungsgleiche oder richtungsunterschiedliche Strömungen einstellen.

6. Profilmodule, die aufgrund ihrer konstruktiven Ausgestaltung strömungsfähige Medien gerichtet führen und einen Energie- und/oder Stoffaustausch von Strö­ mungsgut zu Strömungsgut und/oder zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien ermöglichen oder unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Profilmodule in ihrer Grundstruktur den Profilelementen der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5 entsprechen und das jeweils erfaßte Strömungsgut insgesamt oder in Teilen richtungsändernd, bündelnd und/oder auffächernd führen, wobei diese Profilmodule (Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 11) darüber hinaus Ein- und/oder Durchdrin­ gungen z. B. zum Zwecke der Zu- und/oder Abführung von Strömungsgut, für Ein­ speisungs-, Entnahme-, Meß- oder Regelzwecke oder für eine andersgeartete Ein­ wirkung auf das Strömungsgut, auf Funktionsschichten des jeweiligen Moduls und/oder auf angrenzende Medien, Massen und/oder Baustrukturen aufweisen können.

7. Anwendungen von Profilelementen der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5 und Profilmo­ dulen des Anspruchs 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleiche Profilelemente bzw. Profilmodule oder eine Mischkombinati­ on derartiger Elemente und/oder Module im Verbund in senkrechter, waagerechter, geneigter, ein- oder mehrfach gekrümmter Flächenanordnung (Fig. 8 bis Fig. 11) aufgrund ihrer in den jeweiligen Ansprüchen beschriebenen kennzeichnenden Merkmale eine Wechselwirkung zwischen Strömungsgut und umgebender Masse sowie ggf. zu daran angrenzenden Medien, Massen und/oder Baustrukturen bewir­ ken.

8. Verbundanwendung von Profilelementen und/oder Profilmodulen gemäß An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich Gebäudeaußenwände damit im Bereich oberhalb Geländeoberkante zwi­ schen Trag- und Wetterschutzschale und im Bereich unterhalb Geländeoberkante zwischen Tragschale und angrenzendem Erdreich mit einer mit der Außenluft in Verbindung stehenden, konvektiven, ggf. mit Hilfsmitteln strömungsfördernd oder strömungsdrosselnd beeinflußten Harmonisierungsströmung derart ausrüsten las­ sen (Fig. 10 in Verbindung mit Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 11), daß durch einen ver­ mehrten, verminderten bzw. weitgehend unterbundenen Wärmeenergieaustausch der Harmonisierungsströmung

• - über die Wetterschutzschale mit der Umgebung,
• - über Abdichtungsschichten zum anstehenden Erdreich,
• - zur Baustruktur z. B. in Form der Gebäudetragschale und über diese zur Luft im Inneren des jeweiligen Gebäudes,
• - durch eine mögliche direkte Strömungsverbindung zwischen der Luft im Inne­ ren des Gebäudes und der Harmonisierungsströmung,
• - durch eine mögliche, die Harmonisierungsströmung geführt wärmeenergietau­ schend kreuzende Strömung von Außenluft in das Innere des Gebäudes oder umgekehrt aus dem Gebäude heraus nach außen, und/oder
• - zu anderen wärmeenergiereichen bzw. wärmeenergiearmen Zonen

sowohl eine behagliche, nutzerfreundliche als auch eine kostengünstige, sich den unterschiedlichen Tages- und Jahreswetterlagen anpassende Gebäudeklimatisie­ rung mit einhergehender Entlastung der Baustruktur des Gebäudes infolge Ver­ gleichmäßigung der Strukturtemperatur und Regulierung des Feuchtehaushaltes bewirkt werden.