DE202010011855U1 - Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden, umfassend eine aus einer flexiblen Membran (1a, 1b) gebildete kissenförmige Struktur mit einer zur Außenseite des Gebäudes weisenden ersten Membran (1a) und einer zur Innenseite des Gebäudes weisenden zweiten Membran (1b), wobei innerhalb der kissenförmigen Struktur ein gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck höherer Druck besteht, gekennzeichnet durch einen innerhalb der kissenförmigen Struktur zwischen den beiden Membranen (1a, 1b) angeordneten, aus transluzentem Material bestehenden Wärmeaustauscher (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die DE 101 04 651 A1 beschreibt ein Bauwerk mit einer als Membrantragwerk ausgebildeten Außenhaut. Die Druckschrift offenbart eine erste und eine zweite Deckschicht, welche in konstantem Abstand zur ersten Deckschicht angeordnet ist. Abstandshalter sind in regelmäßiger Struktur angeordnet und mit beiden Deckschichten verbunden. Durch die zwischen den Deckschichten angebrachten Abstandshalter werden zweidimensionale Kanäle zwischen den Schichten gebildet. Eine Verwendung der Kanäle zur Durchleitung eines Fluids zur solaren Wärmegewinnung wird ebenfalls offenbart.
  • Ferner beschreibt die DE 89 05 789 U1 eine Baukonstruktion mit einer durch ein Strömungsmittel beaufschlagbaren Kammer. Diese Baukonstruktion umfasst zwischen Bindern doppelschalige Luftkissen aus einer festen flexiblen Haut. Die Kissen sind zwischen einem Einlass und einem Auslass von einem Strömungsmedium durchströmbar, wobei sich ein Lufterwärmungssystem an der Kammer zum Zuführen des Strömungsmediums befindet.
  • Ausgehend von der letztgenannten Druckschrift besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden so auszubilden, dass eine möglichst hohe energetische Effizienz des damit ausgerüsteten Gebäudes erzielt wird, insbesondere was die Nutzung der Sonneneinstrahlung betrifft.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
  • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine Darstellung gemäß 1, in welcher zusätzlich der Zustand unter mechanischer Belastung verdeutlicht ist;
  • 3 eine Darstellung gemäß 1, in welcher die Einstrahlung der Sonne und die Wärmeeinstrahlung aus dem Gebäudeinneren verdeutlicht sind;
  • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden weist eine kissenförmige Struktur aus einer transluzenten, flexiblen Membran 1a und 1b auf, wobei die zur Außenseite des Gebäudes weisende erste Membran die Bezugszahl 1a und die zur Innenseite des Gebäudes weisende zweite Membran die Bezugszahl 1b trägt. Die Membranen 1a und 1b sind seitlich miteinander verbunden, so dass eine gasdicht abschließende kissenförmige Struktur entsteht, wie sie im Querschnitt in den Figuren, insbesondere 1, dargestellt ist. Innerhalb dieser kissenförmigen Struktur herrscht während des Betriebs der Vorrichtung ein gegenüber dem atmosphärischen Druck höherer Druck, so dass die kissenförmige Struktur quasi „aufgeblasen” ist.
  • Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung an Gebäuden erfolgt in gleicher oder ähnlicher Weise wie er in der eingangs genannten DE 89 05 789 U1 , z. B. in den dortigen 13, dargestellt ist.
  • Die Membranen können sowohl als Folien als auch als beschichtete Gewebe ausgebildet sein, welche vorzugsweise transluzent sind, jedoch auch lichtundurchlässig sein können, wenn die Verkleidung des Gebäudes an der betreffenden Stelle keine Lichtdurchlässigkeit voraussetzt.
  • Die Füllung der kissenförmigen Struktur erfolgt vorzugsweise mit Luft, kann jedoch auch mit einem anderen Gas oder Fluid mit für den jeweiligen Einsatzzweck günstigeren thermischen Eigenschaften erfolgen.
  • Die aus den beiden Membranen 1a und 1b gebildete kissenförmige Struktur bildet in Verbindung mit dem gegenüber dem atmosphärischen Druck höheren Innendruck das statische Tragsystem der Gesamtkonstruktion und ermöglicht weite Spannweiten bei geringstem Gewicht. Ferner bietet die Kissenstruktur Schutz des im Folgenden zu beschreibenden inneren Wärmeaustauschers vor äußeren mechanischen Beschädigungen, z. B. durch Witterungseinflüsse wie Hagel, Vögel etc.
  • Im Inneren der kissenförmigen Struktur, und zwar im Wesentlichen genau in deren Symmetrieebene, befindet sich ein aus transluzentem Material bestehender Wärmeaustausche, welcher in den Figuren die Bezugszahl 2 trägt. Der Wärmeaustauscher 2 besteht seinerseits aus zwei übereinander angeordneten Folien, wobei die obere, der Gebäudeaußenseite zugewandte Folie die Bezugszahl 3a und die untere, der Gebäudeinnenseite zugewandte Folie die Bezugszahl 3b trägt. Beide Folien 3a und 3b sind unter Bildung parallel verlaufender Kanäle 4 in regelmäßigen Abständen linear miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schweißverbindungen. Möglich sind jedoch auch Klebeverbindungen oder andere geeignete Fügetechniken.
  • Der Wärmeaustauscher 2 weißt in seinen Randbereichen Öffnungen 6 zur Verbindung der Hohlräume zwischen der ersten Folie 3a und der ersten Membran 1a sowie der zweiten Folie 3b und der zweiten Membran 1b auf, was in 2 dargestellt ist. Diese Öffnungen, welche vorzugsweise mit einem Ventil ausgestattet sein können, dienen dazu, dass bei der in 2 mit gestrichelten Linien dargestellten äußeren Belastung der ersten Membran 1a, z. B. durch Wind oder Schneelasten, ein Druckausgleich zwischen den beiden beschriebenen Hohlräumen oberhalb des Wärmeaustauschers 2 und unterhalb des Wärmeaustauschers 2 stattfinden kann, so dass die Lage und Orientierung des Wärmeaustauschers 2 bezüglich des Gebäudes unverändert bleiben. Hierbei nimmt das Volumen des gebäudeaußenseitigen Hohlraums ab und das Volumen des gebäudeinnenseitigen Hohlraums zu, was in 2 durch die gestrichelten Linien, welche für die Membranen 1a und 1b stehen, verdeutlicht wird.
  • Falls die Öffnungen 6 mit Ventilen ausgestattet werden, können größere und impulsartige Deformationen ausgeglichen werden, wobei ein kurzzeitiger Druckausgleich bei den Kammern ermöglicht wird. Damit bleibt der Wärmeaustauscher 2 selbst dann ortsfest bezüglich des Gebäudes wenn äußere Deformationen der kissenförmigen Struktur mit den Membranen 1a und 1b auftreten sollten.
  • 3 zeigt schematisch den Strahlengang der Sonneneinstrahlung 7 und der Infrarotreflektion 8 aus dem Gebäudeinneren, und zwar für den Fall einer zusätzlichen Beschichtung der Membranen 1a und 1b mit einer reflektierenden Schicht, insbesondere für den infraroten Strahlungsbereich. Ist, wie in 3 auf der linken Seite dargestellt, die Innenseite der zum Gebäude weisenden Membran 1b mit einer solchen Reflektionsschicht beschichtet, so durchtritt die Sonneneinstrahlung 7 zwar die äußere Membran 1a und den Wärmeaustauscher 2, wird jedoch an der Innenseite der inneren Membran 1b reflektiert und trifft wiederum auf den Wärmeaustauscher 2. Hierdurch wird einerseits vermieten, dass sich das Gebäude zu sehr aufheizt, da nur noch wenig Infrarotstrahlung in das Gebäude eindringt. Zum anderen wird eine gewünschte Erhitzung des Wärmeleitmediums innerhalb des Wärmeaustauschers 2 erzielt.
  • Die rechte Seite von 2 zeigt die Infrarotreflektion 8 aus dem Inneren des Gebäudes bei einer innenseitigen Beschichtung der gebäudeäußeren Membran 1a mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht. Die Infrarotstrahlung tritt aus dem Gebäude aus, durchtritt die innere Membran 1b und den Wärmeaustauscher 2 und wird von der Innenseite der äußeren Membran 1a reflektiert, so dass sie erneut auf den Wärmeaustauscher 2 trifft.
  • Auf diese Weise wird mit entsprechenden infrarotreflektierenden Beschichtungen der kissenförmigen Struktur eine möglichst hohe Beaufschlagung des Wärmeaustauschers 2 mit Infrarotstrahlung bei gleichzeitiger Verminderung des Eintritts von Wärme in das Gebäude erzielt.
  • Bei dem in den 13 dargestellten Ausführungsbeispiel kann als Wärme transportierendes Medium innerhalb des Wärmeaustauschers 2 vorzugsweise eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, Verwendung finden. Zur höheren Ausbeute der Sonneneinstrahlung können jedoch auch die beiden Hohlräume zwischen der äußeren Membran 1a und dem Wärmeaustauscher 2 und zwischen der inneren Membran 1b und dem Wärmeaustauscher 2 in Sinne eines zweiten Wärmeaustauschers genutzt werden, indem das sich in diesen Hohlräumen befindliche Fluid umgepumpt wird.
  • In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist zwischen der ersten Membran 1a und der ersten Folie 3a eine erste weitere Membran 5a sowie zwischen der zweiten Membran 1b und der zweiten Folie 3b eine zweite weitere Membran 5b angeordnet. Die beiden weiteren Membranen 5a und 5b können aus dem selben Material bestehen wie die ersten Membranen 1a und 1b und bilden ihrerseits selbst eine kissenförmige Struktur innerhalb der äußeren, durch die Membranen 1a und 1b gebildeten kissenförmigen Struktur mit einem gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck höheren Innendruck. Insgesamt entstehen also vier voneinander getrennte und ggf. durch Öffnungen oder Ventile miteinander verbundene Hohlräume.
  • In allen Ausführungsbeispielen können die Folien 3a, 3b und/oder Membranen 1a, 1b, 5a, 5b aus beliebigen flexiblen Materialien, insbesondere Kunststoff, bestehen, beispielsweise aus ETFE, PVC, PE, Glasfase-PTFE oder PCM. Die Folien bzw. Membranen sind vorzugsweise transluzent, können jedoch ggf. auch lichtundurchlässig sein und beliebige Beschichtungen zur Erhöhung der Reflektivität für bestimmte Strahlungskomponenten, insbesondere Infrarotstrahlung, aufweisen.
  • Die Befestigung der Folien und Membranen miteinander und mit einer Tragstruktur wurde nicht im einzelnen dargestellt. Sie kann beispielsweise mit Hilfe eines randseitig angeordneten Keders erfolgen, der innerhalb einer nicht dargestellten Kederschiene führbar ist, wie es an sich in Bezug auf die Halterung von Folien bekannt ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10104651 A1 [0002]
    • DE 8905789 U1 [0003, 0012]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur thermischen Konditionierung von Gebäuden, umfassend eine aus einer flexiblen Membran (1a, 1b) gebildete kissenförmige Struktur mit einer zur Außenseite des Gebäudes weisenden ersten Membran (1a) und einer zur Innenseite des Gebäudes weisenden zweiten Membran (1b), wobei innerhalb der kissenförmigen Struktur ein gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck höherer Druck besteht, gekennzeichnet durch einen innerhalb der kissenförmigen Struktur zwischen den beiden Membranen (1a, 1b) angeordneten, aus transluzentem Material bestehenden Wärmeaustauscher (2).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (2) zwei übereinander angeordnete Folien (3a, 3b) aufweist, welche unter Bildung parallel verlaufender Kanäle (4) in regelmäßigen Abständen linear miteinander verbunden sind.
  3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (2) mindestens eine Öffnung (6) zur Verbindung der Hohlräume zwischen der ersten Folie (3a) und der ersten Membran (1a) sowie der zweiten Folie (3b) und der zweiten Membran (1b) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (6) mit einem Ventil ausgestattet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Membran (1a) und der ersten Folie (3a) sich eine erste weitere Membran (5a) sowie zwischen der zweiten Membran (1b) und der zweiten Folie (3b) sich eine zweite weitere Membran (5b) befindet, wobei in den hierdurch entstehenden insgesamt vier Hohlräumen oberhalb und unterhalb des Sonnenkollektors (2) jeweils ein gegenüber dem atmosphärischen Umgebungsdruck höherer Druck besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (3a, 3b) und/oder Membranen (1a, 1b; 5a, 5b) aus einem transparenten Kunststoff, beispielsweise ETFE, PVC, PE, Glasfaser-PTFE oder PCM bestehen.
  7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (3a, 3b) und/oder Membranen (1a, 1b; 5a, 5b) randseitig um einen Keder gewickelt sind, der innerhalb einer Kederschiene führbar ist.
  8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (3a, 3b) und/oder Membranen (1a, 1b; 5a, 5b) transluzent ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (1a) und/oder die zweite Membran (1b) für Infrarotstrahlung reflektierend ausgebildet sind.
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DE102011121355A1 (de) * 2011-12-19 2013-06-20 Wolfgang Stiefel aufblasbarer Kollektor
DE202014100751U1 (de) * 2014-02-20 2015-05-21 Hans-Jörg Häller Solarkollektor zum Erwärmen von Gasen

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DE8905789U1 (de) 1988-05-09 1990-06-21 Lechner, Rudolf, 7700 Singen Baukonstruktion mit durch ein Strömungsmittel beaufschlagbarer Kammer
DE10104651A1 (de) 2001-02-02 2002-08-22 Robert Off Bauwerk mit einer als Membrantragwerk ausgebildeten Außenhaut

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