DE20305942U1 - Verbessertes Bauteil - Google Patents
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Description
Dr. jur. Alf-Olav Gleiss - Dipl.-Ing. - PA Rainer Große - Dipl.-Ing. - PA
Armin Eugen Stockinger - RA Georg Brisch ■ Dipl.-Ing. ■ PA Erik Graf v. Baudissin RA
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10 ADril 7003
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein thermisch verbessertes Bauteil, insbesondere Bauelement, welches sich zu Erstellung von Bauwerken, insbesondere deren Außenhüllen, eignet.
Die Erstellung von Gebäuden ist seit langem bekannt. Dazu werden in der Regel einzelne Bauteile zu einem Gebäude zusammengefügt, wobei derartige Bauteile zum Beispiel Bausteine, Platten, Verbundelemente, Betonfertigteile oder ähnliches darstellen können. Eine wesentliche Aufgabe dieser Bauteile ist es, im Gebäudeinneren ein den Nutzern beziehungsweise der Nutzung angemessenes und angenehmes sowie möglichst vom Außenklima abgekoppeltes Innenklima zu schaffen.
Die erstrebte Abkopplung vom Außenklima, dass heißt das Konstanthalten eines gewünschten Innenklimas, hängt unter anderem von der Beschaffenheit und Zusammensetzung des Bauteils ab. Üblicherweise ist es allerdings zusätzlich notwendig, das Innenklima durch weitere technische Vorrichtungen in einem angenehmen und konstanten Temperaturrahmen zu halten, insbesondere durch Zufuhr von Energie in Form von beispielsweise Wärme, Strom oder fossilen Energieträgem beziehungsweise durch Abfuhr von Wärme.
Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht insbesondere darin, bei einer angestrebten Minimierung des vorgenannten Energiebedarfs und der erforderlichen technischen Gebäudeausrüstung und gleichzeitig bei möglichst
hoher Ausfallsicherheit und Optimierung der Betriebskosten Bauteile bereit zu stellen, die ein möglichst konstantes Raumklima gewährleisten, dass heißt insbesondere eine besonders weitgehende thermische Abkopplung vom Außenklima ermöglichen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Bauteils umfassend mindestens ein Stützelement, wobei dieses mindestens eine Stützelement in mindestens einem Hohlraum mindestens ein Phasenwechselmaterial aufweist.
Die Erfindung stellt damit ein System mit großer Wärmeträgheit zur Verfügung, sodass Schwankungen des Außenklimas das Rauminnere in der Regel nicht erreichen. Das erfindungsgemäß bereitgestellte Bauteil, insbesondere Baustein, zeichnet sich durch eine hohe Speicherfähigkeit aus, dass heißt aufgenommene Energie wird zeitverzögert freigesetzt beziehungsweise kann zeitverzögert entzogen werden. Diese Vorteile werden insbesondere dadurch erreicht, dass in dem Bauteil ein Phasenwechselmaterial eingesetzt wird, welches aufgrund seiner Eigenschaft, beim Wechsel des Aggregatzustandes von flüssig zu fest und fest zu flüssig Energie der Umgebung zur Verfügung zu stellen beziehungsweise zu entziehen. Vorteilhafterweise liegt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Schmelzpunkt des erfindungsgemäß eingesetzten Phasenwechselmaterials (im folgenden auch als PCM bezeichnet) in etwa bei Raumtemperatur, zum Beispiel bei 10 bis 3O0C, insbesondere 18 bis 22°C. Wird dem Bauteil von außen Energie zugeführt, schmilzt das PCM beziehungsweise bei Entzug von Energie aus dem Bau-
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teil verfestigt sich das PCM wieder. Die Schwankungen der Außenbedingungen werden durch das PCM ausgeglichen und daher nicht im Innenraum wirksam. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass zum Beispiel eine Lage von etwa 8cm PCM dem thermischen Verhalten einer 80cm dicken Betonschicht gleicht. Darüber hinaus bewirkt die vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit einen reduzierten U-Wert des Bauteils, das heißt dieses wird als zusätzliche Dämmung wirksam.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Phasenwechselmaterial also ein Material verstanden, welches beim Wechsel des Aggregatzustandes, zum Beispiel beim Wechsel von fest zu flüssig oder flüssig zu fest der Umgebung Energie entzieht, beziehungsweise an diese abgibt, so dass ein Wärmespeicher-Effekt auftritt.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden Phasenwechselmaterialien mit einem Schmelzpunkt im Bereich der Raumtemperatur. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt wird das Phasenwechselmaterial Paraffin, zum Beispiel Hexadecan oder auch Salze, zum Beispiel Salzgemische, insbesondere in Form von Lösungen oder Suspensionen eingesetzt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Stützelement das Element des Bauteils verstanden, welches dem Bauteil mechanische Stabilität und Masse verleiht, insbesondere Beton, zum Beispiel Betonfertigteile, Gips, Metalle oder Metallegierungen, zum Beispiel Stahl, Holz-Lehm-Gemische, Steine, zum Beispiel Kalk-Sandstein oder
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Ziegel. Ein derartiges Stützelement kann auch als Tragelement bezeichnet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in diesen Bauteilen Hohlräume vorhanden sind, in denen das PCM eingebracht ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Hohlraum ein in dem Stützelement vorhandener räumlich abgrenzbarer Raum, Kammer oder Aussparung verstanden, die entweder bei der Herstellung des Stützelements gebildet wurde und nach der Herstellung mit PCM ganz oder teilweise gefüllt und dann verschlossen wird oder die sich durch das vorzugsweise beim Herstellen des Stützelements erfolgende Einschließen eines Behältnisses oder mehrerer Behältnisse automatisch und zwangsläufig bildet. Ein Hohlraum kann auch durch mechanische Einwirkung, z.B. Bohren, nach Herstellung des Stützelements hergestellt werden, anschließend direkt mit PCM oder mit PCM im Behältnis gefüllt und anschließend nach außen verschlossen werden. In bevorzugter Ausführungsform steht das PCM in keinem Kontakt zur Umgebung, insbesondere Umgebungsluft, insbesondere durch luftdichten Abschluss des Behältnisses und/oder luftdichten Abschluss des Hohlraums. In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das PCM also in eigens dafür vorgesehenen Behältnissen oder einem einzigen Behältnis in dem Stützelement eingeschlossen sein, sodass das Behältnis oder die Behältnisse den Hohlraum beziehungsweise die Hohlräume ganz oder teilweise ausfüllt. Vorzugsweise befindet sich in jedem Hohlraum ein Behältnis. Es kann wie beschrieben auch vorgesehen sein, das PCM in einen in das Stützelement eingebrachten Hohlraum ohne Behältnis einzubringen, so dass es diesen ganz oder teilweise ausfüllt. In
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jedem Fall ist das PCM nicht als Zuschlagsstoff in dem Stützelement statistisch oder wahllos verteilt, sondern befindet sich entweder in einem oder mehreren distinkt in das Stützelement eingebrachten Hohlraum beziehungsweise -räumen oder ist in einem oder mehreren Behältnissen in dem Stützelement eingeschlossen. Ein derartiges Behältnis kann zum Beispiel ein Schlauch oder mehrere Schläuche sein, wie ein Kunststoffschlauch oder mehrere Kunststoffschlauche, oder ein oder mehrere Röhren sein, zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Bauteil eine Bauteilaktivierungsvorrichtung, insbesondere eine Bauteilskühlungsvorrichtung oder eine Bauteilserwärmungsvorrichtung aufweist. Eine derartige Bauteilsaktivierungsvorrichtung kann in dem Bauteil als Röhrensystem ausgeführt sein und dient dazu, dem Bauteil bei Bedarf Energie zuzuführen beziehungsweise abzuführen. Die Bauteilaktivierungsvorrichtung kann in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Röhrensystem oder Schlauchsystem ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Bauteil eine Kerndämmung oder Wärmedämmung auf, wobei die Kerndämmung beispielsweise aus Zellulosefasern, Polyurethan, oder sonstigen Stoffen, insbesondere Polymeren und/oder sonstigen Kunststoffen, Glaswolle oder Wolle, insbesondere Schafwolle, oder Verbandmaterialien daraus hergestellt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Wärmedämmung in einer Lage, insbesondere in einer Ebene im Bauteil angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das in dem Stützelement vorhandene Phasenwechselmaterial in einer Ebene in dem Bauteil vorliegt, dass heisst beispielsweise das in dem Stützelement eingeschlossene Schlauchsystem oder den Schlauch in einer Ebene im Bauteil auszulegen.
Das Bauteil, insbesondere der Baustein, kann beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein, es kann jedoch auch in jeder anderen beliebigen Form ausgebildet sein, zum Beispiel in Plattenform. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Bauteil nicht nur zur Herstellung einer Außenhülle eines Gebäudes zu verwenden, sondern dieses vielmehr auch in anderen Teilen eines Bauwerks, insbesondere Gebäudes, insbesondere solchen, die thermischer Stabilität bedürfen, einzusetzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figur und des dazugehörigen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil im Maßstab 1:5.
Die einzige Figur stellt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Bauteil 100 dar, welches als Betonfertigteil ausgeführt ist, wobei dieses ein Trag- beziehungsweise Stützelement 110 aus Beton und ein Phasenwechselmaterial 120 umfasst. Als Phasenwechselmaterial wurde Hexadecan verwendet.
Das Phasenwechselmaterial 120 ist in einem einen Hohlraum ausbildenden Kunststoffrohr 130 aus PoIyethylen-Recyclat eingeschlossen. Dem Schnitt des Bauteils ist anzusehen, dass die durch die Kunststoffrohre 130 ausgebildeten und mit PCM, nämlich Hexadecan, gefüllten Hohlräume vergleichsweise dicht nebeneinander und parallel zueinander in dem Beton-Stützelement 110 angeordnet sind. Die Figur zeigt ferner eine Bauteilkühlungsvorrichtung in Form von Wasserrohren 140, Querbewehrungen 150 und Längsbewehrungen 160 sowie eine Dämmung aus Polyurethan-Schaum 170 und eine Metalleindeckung 180.
Claims (12)
1. Bauteil umfassend mindestens ein Stützelement (110) und mindestens ein Phasenwechselmaterial (120), dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (120) in mindestens einem in dem Stützelement (110) vorhandenen Hohlraum angeordnet ist.
2. Bauteil nach Anspruch 1, wobei das Phasenwechselmaterial (120) in mindestens einem Behältnis (130) in dem mindestens einen Hohlraum des Stützelementes angeordnet ist.
3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Phasenwechselmaterial (120) in mehreren Behältnissen (130) in mehreren Hohlräumen des Stützelementes (110) angeordnet ist.
4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Behältnis (130) oder die mehreren Behältnisse (130) in einer Ebene im Stützelement (110) angeordnet ist.
5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Behältnis (130) ein Rohr oder Schlauch ist.
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohr oder der Schlauch aus einem Metall, insbesondere Stahl, oder Kunststoff hergestellt ist.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stützelement (110) aus Beton, Metall, insbesondere Stahl, Gips, Stein, insbesondere Kalksandstein oder Ziegel ist.
8. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Phasenwechselmaterial (120) mindestens ein Salz, vorzugsweise in Lösung oder Suspension, oder ein Paraffin, insbesondere Hexadecan ist.
9. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil eine Kerndämmung (170) aufweist.
10. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kerndämmung (170) aus Polyurethan, Glaswolle, Cellulose-Faser oder Wolle hergestellt ist.
11. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil eine Bauteilaktivierungsvorrichtung (140), insbesondere eine Bauteilkühlungs- oder Bauteilerwärmungsvorrichtung aufweist.
12. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei die Bauteilaktivierungsvorrichtung (140) als Röhren- oder Schlauchsystem ausgeführt ist.
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