DE202010000519U1

DE202010000519U1 - Bauteil für ein Gebäude

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Publication number: DE202010000519U1
Application number: DE202010000519U
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2020-04-01

Abstract

Bauteil (2) für ein Gebäude, insbesondere Decke-, Boden- oder Wand, mit einem mindestens eine Ausnehmung (6) aufweisenden im Wesentlichen flächenhaften Gebäudeelement (4) und mit mindestens einem thermischen Speicherelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermische Speicherelement (10) zumindest teilweise in der Ausnehmung (6) des Gebäudeelements (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil für ein Gebäude, insbesondere für dessen Decke, Boden oder Wand, mit einem mindestens eine Ausnehmung aufweisenden im Wesentlichen flächenhaften Gebäudeelement und mit mindestens einem thermischen Speicherelement.
Es sind Bauteile für Gebäude bekannt, bei denen durch ein Gebäudeelement mit thermischem Speicherelement, das auf, an oder neben dem Gebäudeelement zusätzlich angebracht wird, die Speicherkapazität im Bereich der Behaglichkeitstemperaturen erhöht wird. Eine solche Konstruktion ist jedoch in ästhetischer Hinsicht oftmals unvorteilhaft und bei einer vollständig verblendeten Anordnung des thermischen Speicherelements wenig effektiv und nur aufwendig zu regulieren. Zudem wird der nutzbare Raum des Gebäudes reduziert.
Darüber hinaus sind Bauteile für Gebäude verfügbar, die auf Wasserbasis und einem außenliegenden Rückkühlelement Wärmeenergie aus dem Innenraum an den Außenraum abgeben oder aus diesem aufnehmen. Diese Systeme haben ein grundsätzliches Problem der Gebäudeintegration bei Leichtbauten, da sie grundsätzlich über ein System der Energieübergabe an den Raum gebunden sind, bei dem große Mengen an Wasser transportiert bzw. umgewälzt werden müssen. Sie erzwingen einen erhöhten Wartungsaufwand, da hier zusätzlich das wassergebundene System gewartet werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Bauteil für ein Gebäude vorzuschlagen, das einfach zu handhaben ist und bei dem der nutzbare Platz im Gebäude nicht eingeschränkt, bzw. möglichst erhöht wird.
Die Erfindung wird durch ein erfindungsgemäßes Bauteil für ein Gebäude gelöst, bei dem das mindestens eine thermische Speicherelement zumindest teilweise in der Ausnehmung des Gebäudeelements angeordnet ist. Hierdurch wird bei gleicher technischer Leistungsfähigkeit eine kompakte Ausgestaltung des Bauteils erzielt. Insbesondere, wenn es sich bei dem Bauteil um eine Hohlraumdecke oder einen aufgeständerten Boden handelt, werden ohnehin vorhandene Freiräume durch das Einbringen des thermischen Speicherelements genutzt und eine effektive Raumnutzung erzielt.
Es erweist sich darüber hinaus als vorteilhaft, wenn das mindestens eine thermische Speicherelement ein PCM-Element (Phase Change Materials) umfasst. Durch das PCM-Element wird die thermische Speicherfähigkeit des Gebäudes erhöht, sodass im Sommer, bzw. an warmen Tagen der Übergangszeit die Temperaturschwankungen im Gebäude zwischen Tag und Nacht wesentlich verringert werden können.
Ferner erweist es sich es sich als vorteilhaft, wenn das thermische Speicherelement im Gebäudeelement integriert ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung des Bauteils erzielt.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gebäudeelement einen Belüftungskanal aufweist, durch den ein Fluid, insbesondere Luft, am thermischen Speicherelement vorbeiführbar ist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, Wasser als Fluid zu verwenden. Durch das Vorbeiführen des Fluids am thermischen Speicherelement wird Energie ausgetauscht. Weist das vorbeiströmende Fluid eine geringere Temperatur auf als das thermische Speicherelement, wird Energie vom thermischen Speicherelement auf das Fluid übertragen, wodurch sich die Temperatur des Fluid erhöht. Weist das vorbeiströmende Fluid eine höhere Temperatur auf als das thermische Speicherelement, wird Energie vom Fluid auf das thermische Speicherelement übertragen, wodurch sich die Temperatur des Fluid reduziert.
In Weiterbildung letztgenannten Erfindungsgedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Belüftungskanal einerseits mit einem Innenraum des Gebäudes und andererseits ebenfalls mit dem Innenraum oder mit der Umgebung außerhalb des Gebäudes verbindbar ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Belüftungskanal sowohl für einen Umluftbetrieb als auch für einen Betrieb mit Frischluft von außerhalb des Gebäudes verwendet werden kann.
Grundsätzlich kann der Belüftungskanal unabhängig von der Ausnehmung gebildet sein. Allerdings erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Belüftungskanal durch einen Abschnitt der Ausnehmung gebildet ist.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Belüftungskanal im Wesentlichen quer zur Bodenebene des Gebäudes angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Bauteil eine Wand umfasst. Hierdurch ist ermöglicht, dass warme Luft nach oben aufsteigen kann und kühlere Luft dadurch in den Kanal eingesaugt wird. Dieses ermöglicht grundsätzlich einen Betrieb des Belüftungskanals ohne ein zusätzliches Belüftungssystem.
Eine alternative Ausführungsform zur letztgenannten Weiterbildung sieht vor, dass der Belüftungskanal im Wesentlichen parallel zur Bodenebene des Gebäudes angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn das Bauteil einen Boden oder eine Decke umfasst.
Unabhängig von der Anordnung des Belüftungskanals erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Steuereinrichtung und eine Belüftungseinrichtung, insbesondere Ventilator und/oder Klappe, vorgesehen sind, mit der eine Luftströmung im Belüftungskanal einstellbar ist. Dieses ermöglicht einen Umluftbetrieb oder einen Betrieb mit Frischluftzufuhr von außen zu steuern.
In Weiterbildung letztgenannten Erfindungsgedankens erweist es sich von Vorteil, wenn die Steuereinrichtung in Abhängigkeit einer Gebäudeinnentemperatur und einer Gebäudeaußentemperatur einstellbar ist.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Belüftungseinrichtung reinen Innenluftbetrieb und reinen Außenluftbetrieb sowie einen Betrieb sowohl mit Innenluft als auch mit Außenluft aufweist.
Allerdings ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem Innenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft aus dem Innenraum des Gebäudes in den Belüftungskanal eingesaugt, am thermischen Speicherelement vorbeigeführt und wieder in den Innenraum geblasen wird, insbesondere dann, wenn die Gebäudeinnentemperatur kleiner als die Gebäudeaußentemperatur ist.
Eine Alternative zu letztgenannter Weiterbildung der Erfindung, sieht vor, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem ersten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft aus dem Innenraum des Gebäudes in den Belüftungskanal eingesaugt, am thermischen Speicherelement vorbeigeführt und nach außerhalb des Gebäudes geblasen wird, insbesondere dann, wenn die Gebäudeinnentemperatur größer als die Gebäudeaußentemperatur ist.
Ferner sieht eine weitere Alternative zu letztgenannten Weiterbildungen der Erfindung vor, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem zweiten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft von außerhalb des Gebäudes in den Belüftungskanal eingesaugt, am thermischen Speicherelement vorbeigeführt und in den Innenraum des Gebäudes geblasen wird, insbesondere dann, wenn die Gebäudeinnentemperatur größer als die Gebäudeaußentemperatur ist.
Schließlich sieht eine weitere Alternative zu letztgenannten Weiterbildungen der Erfindung vor, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem dritten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft von außerhalb des Gebäudes in den Belüftungskanal eingesaugt, am thermischen Speicherelement vorbeigeführt und wieder nach außerhalb des Gebäudes geblasen wird, insbesondere dann, wenn die Gebäudeinnentemperatur größer als die Gebäudeaußentemperatur ist. Hierdurch ist ein Entladen der thermischen Speicherelemente ermöglicht.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das thermische Speicherelement gegenüber dem Innenraum des Gebäudes thermisch isoliert ist. Hierdurch wird es ermöglicht, dass der Energietransfer nahezu ausschließlich zwischen dem thermischen Speicherelement und dem Belüftungskanal stattfindet.
Darüber ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das thermische Speicherelement einen PCM-Stack oder einen PCM Behälter umfasst.
Schließlich erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gebäudeelement aus Holz gebildet ist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils;
2 eine weitere perspektivische Darstellung des Bauteils gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung eines Gebäuderaums mit erfindungsgemäßen Bauteil im Umluftbetrieb;
4 eine schematische Darstellung eines Gebäuderaums mit erfindungsgemäßen Bauteil im Außenluftbetrieb.
Die 1 und 2 zeigen ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehenes Bauteil für ein Gebäude, wobei das Bauteil beispielsweise an einer Decke, auf dem oder in einem Boden oder an einer Wand des Gebäudes angeordnet sein kann. Das Bauteil umfasst ein flächenhaftes Gebäudeelement 4, das mehrere Ausnehmungen 6 aufweist. In jeder Ausnehmung 6 sind mehrere als PCM-Elemente 8 ausgebildete thermische Speicherelemente 10 angeordnet.
Die mehreren PCM-Elemente 8 sind dabei in Gänze in einer Ausnehmung 6 angeordnet und bilden einen PCM-Stack 12. Die 1 und 2 zeigen, dass innerhalb eines PCM-Stacks 12 die einzelnen PCM-Elemente 8 zueinander beabstandet sind, so dass ein durch die Ausnehmung 6 strömendes Fluid ein PCM-Element 8 von beiden Seiten umströmt. Die Ausnehmungen 6 bilden dabei jeweils einen Belüftungskanal 14, durch den Luft einem Innenraum des Gebäudes zuführbar oder abführbar ist.
Die PCM-Elemente 8 sind gegenüber einem Innenraum des Gebäudes thermisch isoliert. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine Energieübertragung nahezu ausschließlich nur zwischen dem Fluid und dem PCM-Element 8 stattfindet.
Anhand der 3 und 4 werden zwei Betriebsarten des erfindungsgemäßen Bauteils 2 erläutert. Bei beiden Betriebsarten ist eine nicht dargestellte Belüftungseinrichtung vorgesehen, bei der durch mindestens einen Ventilator eine Strömung im Belüftungskanal eingestellt wird und über mindestens eine Klappe eine Verbindung nach außerhalb des Gebäudes hergestellt wird.
3 zeigt das Bauteil 2 ausgestaltet als Decke für einen Innenraum eines Gebäudes. In der dargestellten Betriebsweise wird Luft aus dem Innenraum des Gebäudes in den Belüftungskanal 14 eingesaugt und an den PCM-Elementen 8 vorbeigeführt und wieder an den Innenraum abgegeben (sogenannter Umluftbetrieb). Hierbei wird Energie zwischen der Luft und dem PCM-Element 8 ausgetauscht. Ist die Luft beispielsweise warmer als das PCM-Element 8, wird Energie von dem Fluid an das PCM-Element 8 übertragen. Die Luft kühlt hierbei ab. Durch das anschließende Einblasen der Luft in den Innenraum des Gebäudes kühlt dieser hierdurch ab.
Die in 3 dargestellte Betriebsweise wird bevorzugt immer dann angewendet, wenn die Außentemperatur höher als die Innentemperatur des Gebäudes ist und die Innenraumtemperatur reduziert werden soll.
4 zeigt drei Betriebsweisen des Bauteils 2 bei dem Luft vom Innenraum des Gebäudes nach außen abgegeben werden kann (II), bzw. bei dem Luft von außen angesaugt werden kann und dem Innenraum des Gebäudes zugeführt werden kann (I) oder wieder nach außen abgegeben werden kann (III).
Entlang des Strömungsweges I wird Luft von außen angesaugt und in den Innenraum des Gebäudes eingeblasen. Diese Betriebsweise wird insbesondere dann bevorzugt, wenn der Innenraum abgekühlt werden soll und die Außentemperatur geringer als die Innentemperatur des Gebäudes ist.
Entlang des Strömungsweges II wird Luft vom Innenraum des Gebäudes nach außen ausgeblasen. Hierdurch wird ein Luftaustausch im Innenraum erzielt. Wenn die Temperatur der nach außen strömenden Luft geringer ist als die Temperatur der PCM-Elemente, findet hierbei gleichzeitig eine Entladung der PCM-Elemente stat.
Entlang des Strömungswegs III wird Luft von außen angesaugt und wieder nach außen abgegeben. Hierdurch wird ein Entladen der PCM-Elemente 8 erzielt, wenn die Außentemperatur der Luft geringer ist als die Temperatur der PCM-Elemente 8.

Claims

Bauteil (2) für ein Gebäude, insbesondere Decke-, Boden- oder Wand, mit einem mindestens eine Ausnehmung (6) aufweisenden im Wesentlichen flächenhaften Gebäudeelement (4) und mit mindestens einem thermischen Speicherelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermische Speicherelement (10) zumindest teilweise in der Ausnehmung (6) des Gebäudeelements (4) angeordnet ist.
Bauteil (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine thermische Speicherelement (10) ein PCM-Element (8) (Phase Change Materials) umfasst.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Speicherelement (10) im Gebäudeelement (4) integriert ist.
Bauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäudeelement (4) einen Belüftungskanal (14) aufweist, durch den ein Fluid, insbesondere Luft, am thermischen Speicherelement (10) vorbeiführbar ist.
Bauteil (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal (14) einerseits mit einem Innenraum des Gebäudes und andererseits ebenfalls mit dem Innenraum oder mit der Umgebung außerhalb des Gebäudes verbindbar ist.
Bauteil (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal (14) durch einen Abschnitt der Ausnehmung (6) gebildet ist.
Bauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal (14) im Wesentlichen quer zur Bodenebene des Gebäudes angeordnet ist.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Belüftungskanal (14) im Wesentlichen parallel zur Bodenebene des Gebäudes angeordnet ist.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung und eine Belüftungseinrichtung, insbesondere Ventilator und/oder Klappe, vorgesehen sind, mit der eine Luftströmung im Belüftungskanal (14) einstellbar ist.
Bauteil (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit einer Gebäudeinnentemperatur und einer Gebäudeaußentemperatur einstellbar ist.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem Innenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft aus dem Innenraum des Gebäudes in den Belüftungskanal (14) eingesaugt, am thermischen Speicherelement (10) vorbeigeführt und wieder in den Innenraum geblasen wird.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem ersten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft aus dem Innenraum des Gebäudes in den Belüftungskanal (14) eingesaugt, am thermischen Speicherelement (10) vorbeigeführt und nach außerhalb des Gebäudes geblasen wird.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung (14) in einem zweiten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft von außerhalb des Gebäudes in den Belüftungskanal eingesaugt, am thermischen Speicherelement (10) vorbeigeführt und in den Innenraum des Gebäudes geblasen wird.
Bauteil (2) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein Ansteuern der Belüftungseinrichtung in einem dritten Außenluftbetrieb ermöglicht, bei dem Luft von außerhalb des Gebäudes in den Belüftungskanal (14) eingesaugt, am thermischen Speicherelement (10) vorbeigeführt und wieder nach außerhalb des Gebäudes geblasen wird.
Bauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Speicherelement (10) gegenüber dem Innenraum des Gebäudes thermisch isoliert ist.
Bauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Speicherelement (10) einen PCM-Stack (12) oder einen PCM Behälter umfasst.
Bauteil (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebäudeelement (4) aus Holz gebildet ist.