DE20311209U1 - Building with solar temperature control has tubular air channels in wooden box elements - Google Patents

Building with solar temperature control has tubular air channels in wooden box elements Download PDF

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    • Y02B30/13—Hot air central heating systems using heat pumps

Abstract

A temperature-balanced building comprises air channels (2) which extend through at least part of the walls and ceiling and through which hot or cool air (7,8) is led. The channels are tubular in section and pass through chambers constructed of at least double layer wood elements.

Description

Stand der TechnikState of the art

Hypokausten sind altbekannte Heizsysteme aus der Antike, bei denen Hohlräume in Decke oder Wand durch Warmluft oder Dampf erwärmt wurden und über Wärmeabstrahlung der Oberflächen, angrenzende Räume erwärmt wurden.Hypocausts are well-known heating systems ancient times, where voids were heated in the ceiling or wall by warm air or steam and by means of heat radiation the surfaces, adjacent rooms heated were.

Hypokausten Heizungen sorgen für ein sehr angenehmes und mildes Raumklima, da sie großflächig Wärme mit relativ geringen Temperaturen abstrahlen. Da Hypokausten Flächenheizsysteme sind und deren Heizflächen gleichzeitig auch Hüllflächen (Boden/Wand) sind, kann die objektive Raumlufttemperatur um 1-2°C niedriger sein als bei unbehaglich kalten Hülloberflächen. Schon alleine dadurch ergeben sich Energieeinsparungen.Hypocauste heaters ensure a very pleasant and mild indoor climate, because they have large areas of heat with relatively low temperatures radiate. Because hypocausts panel heating systems are and their heating surfaces envelope surfaces (floor / wall) at the same time the objective room air temperature can be 1-2 ° C lower than with uncomfortably cold envelope surfaces. Simply because of that there are energy savings.

Durch das geringe Temperaturniveau bietet sich die Hypokaustenheizung an für die Nutzung regenerativer Energie in Form von Solar- oder Erdwärme (Wärmepumpe), da hier ein niedriges Energieniveau nur wenig bis mäßig angehoben werden muß.Due to the low temperature level Hypocauste heating is ideal for the use of regenerative ones Energy in the form of solar or geothermal heat (heat pump), since this is a low one Energy level increased only slightly to moderately must become.

Neuzeitliche Hypokausten beschränkten sich auf Wandbeheizung, wobei die über ein Wärmemedium, strömende Luft erwärmt wird und diese über natürliche Konvektion in einem gesonderten Luftraum aufsteigt und oben an der Wand, abgekühlt, wieder austritt.Modern hypocausts were limited on wall heating, the over a heating medium, flowing Air warmed and this is about natural convection rises in a separate airspace and cooled down on the wall again exit.

Problemstellungproblem

Diese neuzeitlichen Hypokausten haben den Nachteil, dass sie gegen den Wohnraum hin kein geschlossenes Luftsystem darstellen, somit in der Raumluft befindliche Bakterien und Staubpartikel aufnehmen und verteilen. Außerdem benötigen sie eine eigens für die Luftzirkulation geschaffene Ebene.Have these modern hypocausts the disadvantage that they are not closed towards the living room Represent air system, thus bacteria in the room air and pick up and distribute dust particles. They also need one specifically for air circulation created level.

Hypokausten als geschlossene Systeme sind träge, da meist sehr viel Masse erwärmt oder abgekühlt werden muß und der Heizeffekt über den Umluftanteil wegfällt.Hypocausts are as closed systems sluggish, because usually a lot of mass is heated or cooled must be and the heating effect over the proportion of recirculated air is eliminated.

Lösungsolution

Die hier als Erfindung angemeldete Solarhypokauste beruht auf dem Zusammenwirken dreier Faktoren:The one registered here as an invention Solar hypocausal is based on the interaction of three factors:

  • I. Solar erwärmte Luft aus vorgelagerten Glasvorbauten(1) oder verglasten Vorhangfassaden.I. Solar heated air from upstream glass stems ( 1 ) or glazed curtain walls.
  • II. Vorhandene, vorgefertigte Bausysteme, geeignet für Decken und Wandkonstruktionen mit in Längsrichtung durchgehenden Luftkanälen, nachfolgend Hypokaustenbauelemente (2) genannt.II. Existing, prefabricated building systems, suitable for ceilings and wall structures with longitudinal air ducts, hereinafter hypocauste building elements ( 2 ) called.
  • III. Marktgängige Anlagentechnik aus dem Bereich der Wärmerückgewinnung und Wärmetauscher- bzw. Wärmepumpentechnik.III. marketable Plant technology from the area of heat recovery and heat exchanger or Heat pump technology.

Das Verfahren funktioniert wie folgt: (siehe Zeichnung 1) Die Luft in den vorgelagerten Glasvorbauten(1) erwärmt sich, je nach solarer Einstrahlung, unterschiedlich stark. Wärmegewinne sind schon bei bedecktem Himmel tagsüber zu erzielen. Die so gewonnene Energie in Form von Warmluft ist weder gleichmäßig über den Tag, noch über das Jahr verteilt. Außerdem wird sie als Heizenergie nicht über den gesamten Jahresverlauf benötigt.The procedure works as follows: (see drawing 1 ) The air in the upstream glass stems ( 1 ) heats up to different degrees depending on the solar radiation. Heat gains can be achieved during the day when the sky is overcast. The energy obtained in the form of warm air is neither evenly distributed over the day nor over the year. In addition, it is not required as heating energy over the entire course of the year.

Ein einfacher Kiesspeicher(3) als Auffüllung der meist ohnehin vorhandenen Baugrube kann in jedem Falle für kurzzeitigen Temperaturausgleich durch Massenträgheit sorgen. Zudem ist der Kiesspeicher(3) ein weitaus besseres, weil konstanteres Medium, als Luft, zur ganzjährigen Energiegewinnung mittels Wärmepumpe zur Warmwasserversorgung oder Unterstützung der Heizung im Winter. Ein weiterer, ganz entscheidender Vorteil für das Zusammenwirken der Warmluft aus den Glasvorbauten(1) und dem Kiesspeicher(3) ist, speziell für die hier als Erfindung angemeldete Solarhypokauste, die problemlose Umkehrbarkeit der Luftströme und damit eine ideale Ergänzung für eine ganzjährige Nutzung. Im Winter heizen mit warmer Luft aus den Glasvorbauten(1) und im Sommer kühlen mit temperierter Luft aus dem Kiesspeicher(3).A simple gravel store ( 3 ) as a filling of the excavation pit, which is usually present anyway, can in any case provide brief temperature compensation due to inertia. In addition, the gravel storage ( 3 ) a much better, because more constant, medium than air, for year-round energy generation using a heat pump for hot water supply or heating support in winter. Another very decisive advantage for the interaction of the warm air from the glass stems ( 1 ) and the gravel storage ( 3 ), the problem-free reversibility of the air streams, especially for the solar hypocausal that is registered as an invention here, is an ideal addition for year-round use. In winter, heat with warm air from the glass stems ( 1 ) and cool in the summer with tempered air from the gravel storage ( 3 ).

Durch permanente Luftzirkulation und Steuerung der Lufttemperatur in einzelnen Regelkreisen wird eine konstante Raumtemperatur innerhalb eines gewünschten Temperaturkorridors erreicht (z.B. Nacht 15°C, Tag 20°C) Moderne hoch wärmegedämmte Bauweisen (Niedrigenergie- bzw. Passivhausstandard) tragen dazu bei, dass die Tansmissionswärmeverluste gering bleiben. Auch die Glasvorbauten(1) verringern die Transmissionswärmeverluste in erheblichem Maße und erhöhen die internen Wärmegewinne. Dadurch fällt die allgemeine Trägheit einer Hypokaustenheizung nicht mehr negativ ins Gewicht, da die Temperaturschwankungen gering sind.Through permanent air circulation and control of the air temperature in individual control loops, a constant room temperature is achieved within a desired temperature corridor (e.g. night 15 ° C, day 20 ° C). Modern, highly insulated construction methods (low-energy or passive house standard) help to keep the transmission heat losses low stay. The glass stems ( 1 ) significantly reduce the transmission heat losses and increase the internal heat gains. As a result, the general inertia of a hypocausal heating system is no longer a negative factor since the temperature fluctuations are small.

Das zum Raum hin geschlossene Luftsystem verbreitet auch keinerlei Bakterien oder Staub in den Wohnraum.The air system closed to the room does not spread any bacteria or dust into the living space.

Winterbetrieb (siehe Zeichnung 2)Winter operation (see drawing 2 )

Die Luft in den vorgelagerten Glasvorbauten(1) erwärmt sich je nach solarer Einstrahlung und wird mittels Wärmetauscher(4) und/oder Wärmepumpe(5) auf das gewünschte Temperaturniveau gebracht und durch die Hohlräume der Hypokaustenelemente(2) strömen lassen. Ergänzt wird die Luftzirkulation durch die Abluft(7) aus den Räumen und auch aus anderen Systemen z.B. Gerätekühlsysteme. Die warme Fortluft(9) erwärmt wiederum mittels Wärmetauscher(4) die aus dem Kiesspeicher(3) bereits vorgewärmte Frischluft(8) auf Raumtemperatur. Die so erwärmte Frischluft(8) wird nach Bedarf den Räumen gesondert zugeführt.The air in the upstream glass stems ( 1 ) heats up depending on the solar radiation and is heated using a heat exchanger ( 4 ) and / or heat pump ( 5 ) to the desired temperature level and through the cavities of the hypocauste elements ( 2 ) flow. The air circulation is supplemented by the exhaust air ( 7 ) from the rooms and also from other systems, e.g. device cooling systems. The warm exhaust air ( 9 ) warms again by means of a heat exchanger ( 4 ) from the gravel storage ( 3 ) preheated fresh air ( 8th ) to room temperature. The fresh air heated in this way ( 8th ) is supplied to the rooms separately as required.

Damit verbindet sich das Heizsystem ohne Umwege direkt mit der für Niedrigenergie- oder Passivhäuser notwendigen Wärmerückgewinnung der Raumluft.This means that the heating system connects directly to that for low-energy or pas sivhaus necessary heat recovery of the room air.

Überschüssige Energie geht in den Pufferspeicher(6),somit in die Warmwasserbereitung oder in den Kiesspeicher(3) und. erwärmt die Frischluft(8) oder erhöht das allgemeine Temperaturniveau in den Glasvorbauten.Excess energy goes into the buffer storage ( 6 ), thus in the hot water preparation or in the gravel storage ( 3 ) and. heats the fresh air ( 8th ) or increases the general temperature level in the glass stems.

Sommerbetrieb (siehe Zeichnung 3)Summer operation (see drawing 3 )

Der Luftstrom findet entgegengesetzt zum Winterbetrieb statt.The airflow takes place in the opposite direction for winter operation instead.

Die relativ kühle Luft aus dem Kiesspeicher(3) strömt, über einen Wärmetauscher(4),wird dabei temperiert auf 12 – 15°C, damit kein Kondenswasser ausfällt, und sorgt somit auch im Hochsommer für angenehme Raumtemperaturen.The relatively cool air from the gravel storage ( 3 ) flows through a heat exchanger ( 4 ), is tempered to 12 - 15 ° C, so that no condensation water fails, and thus ensures pleasant room temperatures even in midsummer.

Die Energie der Warmluft aus den Glasvorbauten(1) wird mittels Wärmepumpe(5), über den Pufferspeicher(6), der Warmwasserversorgung zugeführt. Das im Sommer meist recht hohe Temperaturniveau der Luft macht den Einsatz einer Wärmepumpe sehr effizient.The energy of the warm air from the glass stems ( 1 ) is by means of a heat pump ( 5 ), via the buffer tank ( 6 ), the hot water supply. The mostly high air temperature in summer makes the use of a heat pump very efficient.

Die Glasvorbauten (1)The glass stems ( 1 )

Im Gegensatz zu bekannten Fällen, in denen die Warmluft aus Solar-Luft-Kollektoren oder eigens ausgebildeten Fassaden als Wärmequelle bezogen wird, wird hier die Warmluft aus nutzbaren, begehbaren Vorbauten bezogen, die keinerlei Spezialanfertigung bedürfen.Contrary to known cases, in which the warm air from solar air collectors or specially trained Facades as a source of heat The warm air is obtained from usable, accessible stems related that do not require any special production.

Die Hypokaustenbauelemente (2)The hypocaust components ( 2 )

Lignatur Kasten- oder Schalenelemente sind tragende Elemente aus Holz. Diese in Traglamellen(2a) und Decklamellen(2b) aufgelösten Holzträger werden werkseitig zu Flächenelementen zusammengeleimt und in verschiedenen Dimensionierungen u. Ausführungen als Decken- Wand- oder Dachtragwerke eingesetzt.(siehe Zeichnung 4) Als Hypokaustenbauelemente(2) sind Lignatur Schalenelemente LSE-Silence der Fa Lignatur in der Schweiz vorgesehen (siehe Zeichnung 5) Für den Fall der Verwendung als Hypokaustenelement(2) wird in jedes 2. Feld ein Wickelfalzrohr(2c) Durchmesser 100-150 mm eingelegt.Lignature box or shell elements are load-bearing elements made of wood. These in support slats ( 2a ) and cover slats ( 2 B ) dissolved wooden beams are glued together in the factory to form surface elements and in various dimensions u. Versions used as ceiling, wall or roof structures (see drawing 4 ) As hypocauste components ( 2 ) Lignatur shell elements LSE-Silence from Lignatur in Switzerland are provided (see drawing 5 ) In case of use as a hypocaust element ( 2 ) a spiral duct is placed in every 2nd field ( 2c ) 100-150 mm diameter inserted.

Zur besseren Wärmeübertragung und zur Erhöhung der Speichermasse wird das Wickelfalzrohr(2c) in eine Kiesschüttung(2d) eingebettet.For better heat transfer and to increase the storage mass, the folded spiral tube ( 2c ) in a gravel fill ( 2d ) embedded.

Damit die Wärmeabstrahlung hauptsächlich nach oben in den Fußbodenbereich erfolgt, kann unten in das Element eine Weichfaserplatte(2e) eingelegt werden.To ensure that the heat is mainly radiated upwards into the floor area, a soft fibreboard ( 2e ) be inserted.

Die Wickelfalzrohre(2c) werden zu mehreren einzeln steuerbaren Regelkreisen zusammengefasst, indem die Einzelrohre im Auflagerbereich durch jede zweite Traglamelle(2a) miteinander verbunden werden und an eine Steuerleitung angeschlossen Die warme Abluft aus den Räumen kann an jeder Stelle des Raumes durch die Decklamelle dem Hypokaustensystem zugeführt werden. Die geregelte Frischluft erfolgt separat. (siehe Zeichnung 6)The spiral ducts ( 2c ) are combined to form several individually controllable control loops by the individual tubes in the support area through every second support plate ( 2a ) are connected to each other and connected to a control line. The warm exhaust air from the rooms can be supplied to the hypocaust system at any point in the room through the cover lamella. The regulated fresh air takes place separately. (see diagram 6 )

Für die Heizfläche ist keine eigene zusätzliche Ebene erforderlich. Die Installationen sind in der Konstruktion integriert. Heizkörper entfallen ganz.For the heating surface is not your own additional Level required. The installations are under construction integrated. radiator are completely eliminated.

Somit ist das Solarhypokaustensystem eine sehr kostengünstige und Solarenergie effiziente AnlagentechnikThus, the solar hypocaust system a very inexpensive and solar energy efficient plant technology

Die AnlagentechnikThe plant technology

Auch in der Anlagentechnik können ausnamslos Standartprodukte eingesetzt werden, die allerdings sorgfältig aufeinander abgestimmt werden müssen.Even in plant engineering, there can be no exceptions Standard products are used, but carefully on each other must be coordinated.

Somit ist auch in der Anlagentechnik mit kostengünstigen Lösungen zu rechnen.This also applies to plant engineering with inexpensive solutions to count.

Bezugszeichenliste

1
Glasvorbau
2
Hypokaustenelement
2a
Traglamelle
2b
Decklamelle
2c
Wickelfalzrohr
2d
Kiesschüttung
2e
Weichfaserplatte
3
Kiesspeicher
4
Wärmetauscher
5
Wärmepumpe
6
Pufferspeicher
7
Abluft
8
Frischluft
9
Fortluft
10
Umluft
11
Steuerluft
12
Konstantspeicher
13
Pelletofen
14
zentr. Frischwasservers.
15
Holzständerwand
16
Aufbau der Schallschutzkammer:
Kalksandsteine verklebt,
federnd gelagert
17
Fußbodenaufbau:
2.5 cm Weichfaserplatte
2 cm OSB-Platte
Oberbelag nach Wahl
18
Heizkreis
19
Zuluftkanal
20
Abluftkanal
LIST OF REFERENCE NUMBERS
1
glass porch
2
Hypokaustenelement
2a
supporting lamella
2 B
wear layer
2c
Spiral Ducts
2d
gravel
2e
Soft board
3
gravel storage
4
heat exchangers
5
heat pump
6
buffer memory
7
exhaust
8th
fresh air
9
Exhaust air
10
circulating air
11
control air
12
constant memory
13
pellet stove
14
centr. Fresh Wasservers.
15
Holzständerwand
16
Structure of the soundproofing chamber:
Lime sandstones glued,
spring loaded
17
Floor construction:
2.5 cm soft fibreboard
2 cm OSB board
Choice of top covering
18
heating circuit
19
supply air duct
20
exhaust duct

Claims (17)

Gebäude mit einem Temperierungssystem, das Luftkanäle umfaßt, die sich durch zumindest einen Teil der Decken und/oder Wände des Gebäudes erstrecken, und durch die Luft zur Erwärmung oder zur Kühlung des Gebäudes geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkanäle zumindest abschnittsweise durch Rohre gebildet werden, die sich durch Kammern in wenigstens zweischichtig aufgebauten Holzelementen erstrecken.Buildings with a temperature control system that includes air ducts that extend through at least part of the ceilings and / or walls of the building extend, and can be passed through the air for heating or cooling the building, characterized in that the air channels are formed at least in sections by pipes which extend through chambers in at least two-layer wooden elements. Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzelemente im Gebäude als tragende Elemente eingesetzt sind.building according to claim 1, characterized in that the wooden elements in building are used as load-bearing elements. Gebäude nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzelemente aus Traglamellen und Decklamellen aufgebaut sind, wobei sich zwischen je zwei Traglamellen und zwei Decklamellen eine Kammer mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt befindet.building according to claim 1 or 2, characterized in that the wooden elements are made up of support slats and cover slats, with between two supporting lamellas and two cover lamellas essentially a chamber rectangular cross section. Gebäude nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzelemente in einem Rohzustand nur eine Schicht Decklamellen aufweisen, und die zweite Schicht Decklamellen nach Einlegen der Rohre montierbar ist.building according to claim 3, characterized in that the wooden elements in have only one layer of cover slats in a raw state, and the second layer of cover slats can be installed after inserting the pipes. Gebäude nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jede zweite Kammer ein Rohr eingelegt ist.building according to claim 3 or 4, characterized in that in every second Chamber a tube is inserted. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich durch die Kammern der Holzelemente erstreckenden Rohre Wickelfalzrohre sind.building according to one of the preceding claims, characterized in that that the pipes extending through the chambers of the wooden elements Spiral ducts are. Gebäude nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelfalzrohre zumindest abschnittsweise in eine Kiesschüttung eingebettet sind.building according to claim 6, characterized in that the spiral ducts are embedded at least in sections in a gravel fill. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre zumindest abschnittsweise derart teilweise von einem Wärmedämmungsmaterial umgeben sind, dass eine anisotrope Wärmeübertragung vom jeweiligen Rohr auf das jeweilige Holzelement erfolgt.building according to one of the preceding claims, characterized in that that the pipes at least in sections are partially so insulation materials are surrounded by anisotropic heat transfer from the respective pipe on the respective wooden element. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der durch die Rohre geleiteten Luft ein im wesentlichen aus Glas bestehender Vorbau des Gebäudes dient.building according to one of the preceding claims, characterized in that that for warming the air passed through the tubes is essentially glass existing porch of the building serves. Gebäude nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbau ein Wintergarten ist.building according to claim 8, characterized in that the porch is a winter garden is. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bedarfsweise Abluft vorhandener Geräte und/oder verbrauchte Raumluft durch die Rohre geleitetet wird.building according to one of the preceding claims, characterized in that that, if necessary, exhaust air from existing devices and / or used room air is passed through the pipes. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der durch die Rohre geleiteten Luft eine Wärmepumpe dient.building according to one of the preceding claims, characterized in that that for warming the air passed through the pipes is used by a heat pump. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung der durch die Rohre geleiteten Luft ein Wärmetauscher dient.building according to one of the preceding claims, characterized in that that for warming the air passed through the pipes is used for a heat exchanger. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Rohre geleitete Luft zunächst durch einen Wärme/Kälte-Speicher geführt wird.building according to one of the preceding claims, characterized in that that the air passed through the pipes is first through a heat / cold storage guided becomes. Gebäude nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme/Kälte-Speicher ein Kiesspeicher ist.building according to claim 14, characterized in that the heat / cold storage is a gravel storage is. Gebäude nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kiesspeicher eine Kiesaufschüttung der Baugrube ist.building according to claim 15, characterized in that the gravel storage a gravel fill the excavation pit. Gebäude nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Rohre geleitete Luft in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.building according to one of the preceding claims, characterized in that that the air passed through the pipes is in a closed loop guided becomes.
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