DE2622542A1

DE2622542A1 - Fassadenbauelement

Info

Publication number: DE2622542A1
Application number: DE19762622542
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Fillios; Joseph Kergueno
Original assignee: MULTIFLUID EN
Current assignee: MULTIFLUID EN
Priority date: 1975-05-22
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1976-12-09
Also published as: FR2311899B1; BE841989A; US4072141A; FR2311899A1; GB1525076A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

DRESDNER BANK AG

TELEFON: (O711) 242761/Ä STUTTGART NR. 192O534

TELEGRAMME: MENTOR 7 STUTTGART 1, P I S C H E K ST R. 19 POSTSCHECK STGT. S52OO-7O9

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i-dra

18. Mai 1976

MULTIFLUID-ENERGIE 40, rue des Perclairs, F-78130 Les Mureaux

Fassadenbauelement

Die Erfindung betrifft ein vorgefertigtes, der Wärmegewinnung für die Raumheizung dienendes Fassadenbauelement mit einer isolierenden Mittelschicht und einer eine Außenhaut bildenden wärmeleitenden Verkleidung, wie sie insbesondere bei Gebäuden mit mechanisch gesteuerter Lüftung der einzelnen Räume verwendet werden.

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Es ist bekannt, daß die Wärmeverluste eines beheizten Wohnraums einerseits auf den Wärmeabfluß durch die Wände und
andererseits auf den Luftaustausch zurückzuführen sind. Man ist bestrebt, diese Wärmeverluste dadurch in Grenzen zu halten, daß man für die Wände ein Material mit verhältnismäßig geringer Wärmedurchlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit verwendet und daß man die Lufterneuerung auf ein mit dem Frischluftbedarf verträgliches Maß vermindert.

Hierzu können die Wände beispielsweise aus Tafeln bestehen, die eine verhältnismäßig dicke wärmeisolierende Innenschicht, eine Außenverkleidung und eine innere Abdeckung aufweisen.
Die Außenverkleidung wird häufig mittels Blechen vorgenommen, um den mechanischen Erfordernissen und den Erfordernissen einer einfachen Anbringung der Außenverkleidung zu genügen,
aber auch um eine dauerhafte witterungsbeständige, ein zusätzliches Verputzen ersparende Fassaden-Verkleidung zu erhalten.

Die Lufterneuerung wird meist mittels in den Fassadenwänden angeordneter kalibrierter Luftkanäle geregelt, wobei die
Luft in diese mit Belüftungsöffnungen versehenen Kanäle bei speziellen Räumen, wie z.B. Küchen, Badezimmern und WCs mittels Ventilatoren angesaugt wird.

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Die den Räumen zugeführte Frischluft erwärmt sich hierbei durch Wärmekonvektion in den Luftkanälen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wärmemenge zu verringern, die notwendig ist, um während der Heizperiode die Temperatur im Inneren eines Raumes auf einer gewünschten Höhe zu halten.

Diese Aufgabe wird bei Verwendung vorgefertigter, der Wärmegewinnung für die Raumheizung dienender Fassadenbauelemente der vorgenannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in diesen Bauelementen zwischen der die Außenhaut bildenden Verkleidung und der isolierenden Mittelschicht eine Mehrzahl von im wesentlichen senkrechten, Luftleitungen bildenden Durchlässen ausgespart sind, die an ihrem einen, unteren Ende mit der freien Atmosphäre und an ihrem anderen, oberen Ende über einen Frischluftkanal mit einem Innenraum in Verbindung stehen.

Ein so ausgebildetes Bauelement weist nicht nur die seinem Verwendungszweck entsprechende Wärmeisolation auf, sondern es bewirkt auch eine Erwärmung der dem betreffenden Innenraum zugeführten Frischluft auf eine im folgenden beschriebene Weise.

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Es wurde festgestellt, daß die bekannten Bauelemente der vorgenannten Art bezüglich des Wärmedurchgangs gewisse spezielle Eigenschaften aufweisen. Der Durchgang einer bestimm ten Wärmemenge Q durch eine Wand errechnet sich in bekannter V/eise nach der Formel

KS
Q=- (T - t)

in v/elcher S die Oberfläche, e die Dicke der Wand, T und t die Temperaturen zu beiden Seiten der Wand und K den Wärmedurchgangskoeffizienten bedeuten.

Bei einem zusammengesetzten Wandelement errechnet sich der Koeffizient K nach der Formel

in der die Indizes sich auf die einzelnen Schichten der zusammengesetzten Platte beziehen. Aus der Formel ist ersichtlich, daß bei einer zusammengesetzten Platte, die nur eine dünne äußere Verkleidung aus gut wärmeleitendem Material und eine verhältnismäßig dicke Schicht aus wärmeisolierendem Ma-

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terial aufweist, - großer Wert für K. und sehr kleiner Wert für K₂ - der Koeffizient K nur sehr wenig von dem Koeffizient K für die isolierende Mittelschicht verschieden ist, da der Wert des Bruches e durch K für die gut wärmeleitende Verkleidung gegenüber dem entsprechenden Bruch für die isolierende Mittelschicht praktisch vernachlässigbar ist.

Trotzdem verhält sich ein solches zusammengesetzten Plattenelement gegenüber einem einen homogenen Querschnitt aufweisenden Element mit demselben Koeffizient K sehr verschieden. Man kann nämlich feststellen, daß bei Tag die Temperatur der Außenverkleidung wesentlich höher ist als die Temperatur der Außenluft, während bei Nacht das Gegenteil der Fall ist. Bei einer Lufttemperatur von etwa 0 C bei Tag kann die Außenverkleidung eine Temperatur von etwa 7°C oder mehr erreichen, während bei einer Temperatur der Außenluft von 0⁰C bei Nacht die Außenverkleidung eine Temperatur aufweisen kann, die wesentlich unter 0⁰C liegt.

Dies ist eine Folge der Strahlungsabsorption während der Tagstunden und einer Wärmeabstrahlung während der Nachtstunden, wobei diese Erscheinungen dadurch noch verstärkt werden, daß sich hinter der leitenden Außenverkleidung eine hoch isolierende Schicht befindet.

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In Auswertung dieser Erscheinungen wird bei einem erfindungsgemäßen plattenförmigen Bauelement zwischen der Außenverkleidung und der isolierenden Innenschicht eine Vielzahl von Luftleitungen bildenden Durchlässen ausgespart, wodurch bewirkt wird, daß die in einen beheizten Innenraum einströmende Frischluft bei Tag infolge des Kontaktes mit der Außenverkleidung aufgeheizt und so ein Teil der sonst durch Wärmekonvektion verlorengehenden Kalorien wiedergewonnen wird. Die Erscheinung der Erv/ärmung der Außenverkleidung wird durch die an sie angrenzenden, von Frischluft durchströmten Leitungen bzw. Durchlässe nicht wesentlich beeinflußt, da die Luft ebenfalls ein hoch isolierendes Medium darstellt.

Infolge der umgekehrten Erscheinung bei der Nacht würde in den Innenraum verhältnismäßig kalte, durch Berührung mit der Außenverkleidung zusätzlich abgekühlte Frischluft einströmen. Aus diesem Grund wird das erfindungsgemäße Bauelement vorteilhafterweise so ausgebildet, daß die Frischluft dem Innenraum während der Nachtstunden unmittelbar zugeführt werden kann. Die Umschaltung von Tag- auf Nachtbetrieb kann hierbei von Hand vorgenommen werden oder auch mittels einer automatisch gesteuerten Klappe erfolgen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bauelementes in schematischer Weise dargestellt.

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Es zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Bauelement;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem senkrechten Schnitt durch ein gegenüber Fig. 1 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel im Tagbetrieb in größerem Maßstab;

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel im Nachtbetrieb.

Das in Fig. 1 dargestellte Bauelement weist eine verhältnismäßig breite innere Schicht 1 aus isolierendem Werkstoff, beispielsweise Polyurethanschaum oder Phenolharzschaum, eine aus Aluminiumblech bestehende Außenverkleidung 2 und eine innere, beispielsweise aus Gips bestehende Abdeckung 3 auf. Zwischen der metallischen Außenverkleidung und der isolierenden Innenschicht sind mehrere, in Längsrichtung sich über die ganze Länge des Bauelements erstreckende Durchlässe 4 ausgespart, die im unteren Bereich des Bauelements über eine durch eine Auswölbung 5 der Außenverkleidung gebildete Öffnung mit der Außenluft in Verbindung stehen und in ihrem oberen Bereich in einen Sammler 6 münden, der einen einen

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Frischluftkanal bildenden Rohrstutzen 7 aufweist, der das Bauelement durchsetzt und mit einem Lufteinlaß 8 in Verbindung steht. Die Durchlässe 4 könnten auch durch eine poröse Masse mit sich ineinander öffnenden Zellen bestehen.

Die Verbindung zwischen den Durchlässen 4 und dem Rohrstutzen 7 kann mittels einer Klappe 9 wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden, die an dem Sammler 6 angeordnet ist. Der Sammler 6 steht über eine durch eine Auswölbung der Verkleidung 2 gebildete Öffnung 10 mit der Außenluft in Verbindung. Die Klappe 9 ist so angeordnet, daß der Rohrstutzen 7 wahlweise mit den Durchlässen 4 oder dem Lufteinlaß 10 verbunden v/erden kann, wobei jeweils die andere Zuleitung verschlossen ist.

Die Klappe 9 ist um die Achse 10a schwenkbar gelagert und weist an ihrem freien Ende ein Gelenk 13 auf, mit dem ein Arm 14· eines elektrischen Stellgliedes 15 verbunden ist, aac .nerseits an einem Halter 16 angelenkt ist. Das Stellglied 15 ist über einen Unterbrecher 17 an das Netz angeschlossen. »Venn der Unterbrecher geschlossen ist, so wird das Stellglied derart betätigt, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, die Klappe 9 den Sammler verschließt, so daß die Außenluft unmittelbar über den Einlaß 10 in den den Frisch-

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luftkanal bildenden Stutzen 7 und damit in den Innenraum strömen kann. Ist der Unterbrecher 17 offen, so befindet sich das Stellglied in Ruhe und wirkt über eine in Fig. nicht eingezeichnete Feder in der Weise auf die Klappe 9, daß diese den Einlaß 10 verschließt. In dieser Stellung der Klappe 9 kann die Frischluft nur über den unteren Einlaß 5 einströmen, wobei sie längs der Außenverkleidung 2 durch., die Durchlässe 4 strömt und über den Stutzen 7 in den Innenraum gelangt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Unterbrecher 17 aus einem photoelektrischen Schalter 18. Die photoelektrische Zelle 19 des Schalters spricht auf das Tageslicht an und betätigt den Unterbrecher 17 beispielsweise bei einer Lichtintensität von etwa 4 Lux. Ist die Lichtintensität größer als 4 Lux, so ist der Unterbrecher 17 geöffnet, bei einer geringeren Lichtintensität geschlossen. Auf diese Weise kann das Verschwenken der Klappe 9 unmittelbar durch das Tageslicht gesteuert werden. Die Klappe 9 könnte in gleicher Weise auch so gesteuert werden, daß sie bei ausreichender Tageslichtintensität den Einlaß 10 und während der Nachtstunden die Durchlässe 4 verschließt. Während der Sommerzeit konnte die Steuerung der Klappe 9 mittels eines zusätzlichen, nicht dargestell-

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ten Sommer-Winter-Schalters in entgegengesetzter Weise bewirkt werden, um auf diese V/eise die Aufheizung der bei Tag einströmenden Frischluft zu vermeiden und eine Kühlung der bei Nacht einströmenden Luft zu bewirken_y wodurch die Betriebskosten einer Klimaanlage verringert werden können.

Die Kosten der für ein Bauelement vorgesehenen Steueror— gane können dadurch verringert werden, daß für eine Mehrzahl von Unterbrechern 17 nur eine einzige photoelektrische Zelle vorgesehen wird, die die einzelnen Unterbrecher über Relais steuert.

In den Fig. 2 und 3 sind zwei weitere, in funktioneller Hinsicht im Prinzip mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 übereinstimmende Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Klappe 9 um eine Achse 11 geschwenkt wird, um die eine Metallbandspirale 12 angeordnet ist, die an ihrem einen Ende mit der Klappe 9 und an ihrem anderen Ende mit der Außenverkleidung 2 verbunden ist.

Die Metallbandspirale 12 ist so beschaffen, daß ihre Ausdehnung, ausgehend von einer vorbestimmten Gleichgewichtstemperatur, ein Schließen des Einlasses 10 bewirkt, wobei die Klappe 9 als thermostatisch gesteuertes Schaltorgan

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wirkt. Die wirksame Gleichgewichtsteniperatur der Metallbandspirale 12 wird durch die Umgebungstemperatur und die Temperatur der metallischen Außenverkleidung 2 bestimmt. Ist diese wirksame Temperatur höher als die entsprechend dem Dehnungsverhalten des Metallbandes vorbestimmte Temperatur, so befindet sich die Klappe in senkrechter Lage. Diese Lage entspricht der Tagesstellung der Klappe während der Heizperiode. Während der entsprechenden Funktionsperioden strömt die am unteren Einlaß 5 einströmende Frischluft durch die Kanäle 4, den oberen Sammler 6, den Rohrstutzen 7 über den Einlaß 8 in den Innenraum.

Die entsprechend der spezifischen Wurme der metallischen Außenverkleidung 2 von dieser absorbierte Wärmemenge geht auf diese Weise zum Teil auf die der Belüftung des Innenraums dienende Frischluft über, wodurch der Wärmeaufwand für die Beheizung des Innenraums vermindert wird.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Klappe 9 befindet sich diese in ihrer wöhrend der Heizperiode vorgesehenen Nachtstellung. In diesem Fall ist die wirksame Gleichgewichtstemperatur der Metallbandspirale niedriger als die entsprechend dem Dehnungsverhalten des Metallbandes vorbestimmte Temperatur. Die Frischluft strömt hier-

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bei unmittelbar über den Einlaß 10, den Rohrstutzen 7 und den Auslaß 8 in den Innenraum bei einer Temperatur, die im wesentlichen der Außentemperatur entspricht.

Das erfindungsgemäße Fassadenbaueiement findet seine Verwendung, um den von einer Heizungsanlage zu deckenden Wärmebedarf unabhängig von der Art der Heizung zu decken bzw. zu begrenzen, soweit diese mit einer mechanischen, die Frischluftzufuhr regelnden Belüftungseinrichtung versehen sind, und insbesondere bei elektrischen Heizungsanlagen, wobei die Wärme mittels auf Konvektion beruhender Einrichtungen oder mittels elektrischer -Wärmestrahler oder Wärmepumpen erzeugt v/erden kann, mittels derer aus einem Raum abgesaugte verbrauchte Luft wieder gewonnen wird.

Diese Begrenzung des von bekannten Heizungsanlagen gedeckten Wärmebedarfs wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die einem Innenraum zuzuführende Frischluft gezwungen wird, hinter einer wärmeleitenden Außenverkleidung eines Fassadenbauteils entlang zu strömen, und mittels einer Umsteuerungsvorrichtung die Möglichkeit geschaffen wird, während bestimmter Zeiten die Frischluft unmittelbar aus der Außenatmosphäre in den Innenraum zu leiten, wobei die Umsteuerungsvorrichtung beliebig ausgebildet sein ^₀ g _{8 5} Q / 0 6 9 3

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Claims

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Patentansprüche

fl.)Vorgefertigtes, der Wärmegewinnung für die Raumheizung dienendes Fassadenbauelement mit einer isolierenden
Mittelschicht und einer wärmeleitenden Außenverkleidung , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenverkleidung (2) und der isolierenden Mittelschicht (1) eine Mehrzahl von im wesentlichen in Längsrichtung über die ganze Länge des Bauelements sich erstreckenden, Luftleitungen bildenden . Durchlässen (4) ausgespart ist, die an ihrem einen,
vorzugsweise unteren Ende mit der freien Atmosphäre
und an ihrem anderen, vorzugsweise oberen Ende über
einen Frischluftkanal (7) mit einem Innenraum in Verbindung stehen.
2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur unmittelbaren Zufuhr der Frischluft in den Innenraum eine das Bauelement durchsetzende Leitung (10, 7, 8) vorgesehen ist.

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3. Bauelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchlässe (4) über einen Sammler (6) mit dem Frischluftkanal (7) in Verbindung stehen und an der Einmündung des Sammlers (6) in den Frischluftkanal (7) ein Schaltorgan (9) angeordnet ist, das die Zufuhr der Frischluft in den Innenraum wahlweise über die Durchlässe (4) oder unmittelbar über einen mit dem Frischluftkanal (7) in Verbindung stehenden Einlaß (10) ermöglicht.
4. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Schaltorgan (9) eine Ventilklappe ist, deren Umschaltung mittels einer vom Tageslicht beaufschlagten photoelektrischen Zelle (19) betätigt wird.
5. Bauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine thermostatische Steuerung des Schaltorgans (9).

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