-
"Wandelement oder Fenster mit veränderlichem Wärmedurchgang"
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wandelement oder Fenster mit veränderlichem
Wärmedurchgang und im Abstand voneinander angeordneter äußerer und innerer Schale
bzw. äußerer und innerer Scheibe.
-
Der Langzeitaufenthalt von Personen in Räumen erfordert abhängig von
dem jahreszeitlichen Verlauf der Außentemperaturen die Aufrechterhaltung bestimmter
Raumtemperaturen, die als behaglich angesehen werden. Je nach der Jahreszeit und
den in ihr auftretenden Außentemperaturen findet durch die Gebäudewand, Fensterflächen
und das Gebäudedach ein Wärmeverlust - insbesondere in der kalten Jahreszeit und
in der Übergangszeit - an die Umgebung oder aber eine Wärmezufuhr - vor allem in
der warmen Jahreszeit - aus der Umgebung statt. Diese Transmissionsverluste sind
von den bauphysikalischen Ausführungen der Bauteile abhängig. Die Raumtemperatur
wird jedoch auch beeinflußt durch Wärmequellen innerhalb des Raumes, beispielsweise
die im Raum anwesenden Personen mit einer Wärmezufuhr je nach Zahl und Beschäftigungsart,
ferner die Beleuchtung sowie Maschinen und Geräte. Von der Zahl anwesender Personen
ist auch die Menge der Frischluftzufuhr abhängig, die gleichfalls auf Raumtemperatur
aufzuheizen oder abzukühlen ist. Für die Reduzierung des Lüftungswärmebedarfs sind
bereits zahlreiche Vorschläge bekannt, bei denen Abluftwärme oder -kälte zur Aufwärmung
oder Abkühlung an die dem Raum zugeführte Frischluft übertragen wird.
-
Hinsichtlich der Minderung der Transmissionsverluste gehen die Bestrebungen
dahin, Gebäude außenwände und Dachflächen durch Einsatz billiger Isolierwerkstoffe
mit einer hohen Wärmedämmung zu versehen, während Einfachfenster durch Verbund-,
Isolier-oder Mehrfachfenster isoliert und auch bei Neubauten kleinere Fensterflächen
gewählt werden.
-
Gebäudewände werden vielfach auch als Leichtbauwände ausgeführt, indem
eine äußere Schale den Anforderungen der Witterungsbeständigkeit und eine innere
Schale der Raumbegrenzung entsprechend ausgeführt sind. Im Hohlraum zwischen beiden
Schalen sind gegen Wärme und Kälte isolierende Werkstoffe, vor allem Glas- und Steinwolle
in Form von Matten gehaltert. Derartige Leichtbauwände weisen einen geringen Wärmedurchgang
und ein geringes Gewicht auf und werden wegen der geringen Transportkosten und leichten
Handhabung bevorzugt für die Fertigteilbauweise eingesetzt.
-
Es ist ein Vorschlag für derartige Leichtbauwände bekannt geworden,
demzufolge im Raum zwischen beiden Schalen, der äußeren und der inneren, anstelle
der Wärmeisolationsschicht eine Wärmespeicherschicht im Kontakt mit einer der beiden
Schalen sowie sogenannte Reflektorbleche mit einer Vielzahl von Perforationen vorgesehen
sind. Die Reflektorbleche sollten hierbei bedarfsweise in Schwingungen versetzt
und Wirbelströme im allseits geschlossenen Raum zwischen beiden Schalen erzeugt
werden, die die Wärmeübertragung von einer Schale zur anderen verstärken, in Sommernächten
beispielsweise einen Wärmeübergang von der inneren zur äußeren Schale zum Zwecke
der Kühlung und an Wintertagen mit hoher Sonneneinstrahlung einen Wärmeübergang
von der Außen- zur Innenschale zum Zwecke der Erwärmung.
-
Die Speicherschicht sollte hierbei Wärme während des Tages aus dem
Raum aufnehmen und nachts nach außen an die Umgebung abführen. Derartige Einrichtungen
konnten sich offenbar deshalb nicht durchsetzen, da die erhöhten Anlagekosten und
der
Energie aufwand für die Schwingungserzeugung mit den erzielbaren
Kostenminderungen für Heizung und Kühlung nicht in einem angemessenen Verhältnis
stehen und darüber hinaus die Schwingungen der Reflektorbleche mit einer Geräuschbelästigung
verbunden sind.
-
Bekannt sind auch Lüftungsfenster mit einer äußeren und im Abstand
von dieser einer inneren Scheibe. Der Raum zwischen den Scheiben steht mit einer
unteren und einer oberen Öffnung in Verbindung, um beispielsweise Frischluft aus
der Umgebung (unterer Eintritt außen, oberer Austritt innen) unmittelbar oder über
Induktionsgeräte aufgewärmt unter Zwischenschaltung des Fensterzwischenraums dem
Inneren des Raumes im Deckenbereich zuzuführen, Abluft aus dem Raum (unterer Eintritt
innen) über den Fensterzwischenraum an die Umgebung (oberer Austritt außen) abzuführen
oder Umluft aus dem Raum ab- und in den Zwischenraum ein- und in den Innenraum wieder
zurückzuführen (innerer, unterer und innerer oberer Luftein- bzw. -austritt. Alle
diese Maßnahmen verfolgen allein das Ziel, innerhalb der Gebäudeklimatisierung die
Oberflächentemperatur des Innenfensters denjenigen der übrigen Raumbegrenzungsflächen
anzupassen, die Wärmeverluste des Raumes an das Fenster zu vermindern und die Behaglichkeit
innerhalb des Raumes durch hohe Scheibenoberflächentemperaturen während der Heizperiode
zu erhöhen.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß die für den Heizbetrieb
so vorteilhafte Wirkung der hohen Dämmung, insbesondere der Gebäude außenflächen
zu vielen Zeiten des Jahres erhebliche Nachteile für den Kühlbetrieb aufweist. Diese
Nachteile wirken sich umso stärker aus, als die durch die Raum -nutzung bedingte
Einschaltung elektrischer Beleuchtung, die Wärmeabgabe anwesender Personen sowie
vorhandener Maschinen und Geräte ein Wärme angebot ergeben, das die Transmissionswärmeverluste
übersteigt und dann zu einem Ansteigen der Innentemperatur führt. Eine derartige
Raumerwärmung kann bereits
in der Übergangszeit auftreten und hat
unbehagliche Raumzustände zur Folge oder erfordert teure Kühlleistung.
-
Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Wandelement oder Fenster mit
veränderlichem Wärmedurchgang einfach und mit geringen Kosten herzustellen, und
die Wärmeabgabe des Raumes über diese Bauteile an die Außenluft mit hohem Wirkungsgrad
und geringen Betriebskosten wahlweise zu verändern.
-
Das Wandelement oder Fenster mit veränderlichem Wärmedurchgang und
im Abstand voneinander angeordneter äußerer und innerer Schale bzw. äußerer und
innerer Scheibe ist gekennzeichnet durch eine oder mehrere Lufteintrittsöffnungen
im unteren Bereich und eine oder mehrere Luftaustrittsöffnungen im oberen Bereich
der äußeren Schale oder Scheibe und durch den Ein-und/oder den Austrittsöffnungen
zugeordnete Verschlußorgane.
-
Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit, bedarf 5-weise
einen Strom von Außenluft durch die Lufteintrittsöffnung in den Raum zwischen den
Schalen der Wand oder den Scheiben hinein, durch den thermischen Auftrieb im Zwischenraum
herauf und durch die Austrittsöffnung in die Umgebung wieder zurückzuführen. Durch
die Wärmezufuhr von der inneren oder äußeren Schale der Wand bzw. der inneren oder
der äußeren Scheibe des Fensters stellt sich hierbei ein Konvektionsluftstrom im
Zwischenraum ein, äessen Volumen je Zeiteinheit umso größer wird, åe höher das Wärmeangebot
des Raumes für eine Wärme abfuhr nach außen bzw. das Wärmeangebot von außen bei
einer Wärmezufuhr zum Innenraum wird. Im gewissen Umfang findet somit eine Selbstregelung
statt, um Uberschußwärme vom Inneren des Gebäudes oder aber unerwünschte Wärmezufuhr
von außentn die Außenluft zu übertragen.
-
Die den Luftein- und/oder den Luftaustrittsöffnungen zugeordneten
Verschlußorgane dienen dazu, die Wärmeabgabe an die Umgebung einzuschränken beziehungsweise
nur in den Zeiträumen zuzulassen, in denen im Rahmen der Kühlung, Heizung oder Klimatisierung
ein Energiegewinn, d.h. Kosteneinsparungen für die
Raumkühlung und
auch für die Raumheizung zu erzielen sind.
-
Die Verschlußorgane - Klappen oder Jalousien - lassen sich hierbei
manuell oder aber über Regler, abhängig von den Klimagrößen, insbesondere den Temperaturen
der Außenluft und des Raumes öffnen oder schließen. Hierbei kann die Absperrvorrichtung
in Stufen oder stufenlos von der Öffnungs- in die Schließstellung und umgekehrt
verstellt werden.
-
In Abkehr vorbekannter Lösungen, die Außenwände möglichst stark zu
isolieren oder aber bei Lüftungsfenstern die innere Scheibe möglichst auf Temperaturen
zu erwärmen, die den übrigen Raumbegrenzungsflächen entsprechen, wird die Fläche
der inneren Schale der Wand bzw. die innere Scheibe des Fensters bei der erfindungsgemäßen
Lösung als geregelte Kühlfläche verwendet und Außenluft nicht nur in den Fensterzwischenraum
hineingeführt, sondern auch aus diesem wieder in die äußere Umgebung zurückgeführt.
Um die Temperaturabsenkung der inneren Scheibenoberfläche in Grenzen zu halten,
wird durch die Absperrvorrichtung die Regelbarkeit des Konvektionsluftstroms zur
Verfügung gestellt. Die Verwendung der Raumbegrenzungsfläche, innere Schale oder
innere Scheibe, als Kühlfläche läßt sich weiterhin bei Büro- und Fabrikationsräumen
vielfach in Zeiten, die außerhalb der Benutzung liegen, verlegen, also beispielsweise
die Nachtstunden. Die Kältemaschine kann während der Nachtstunden entlastet und
zu einem gewissen Teil sogar eine Vorleistung für die Tageskälteleistung erbracht
werden.
-
Zur Erfüllung der letztgenannten Forderung wird die Materialauswahl
für die innere Schale der Außenwand so getroffen, daß in gewissem Umfang auch eine
Wärme- bzw. kältespeichernde Eigenschaft vorhanden ist.
-
Aber auch während der Tagesstunden kann durch die erfindungsgemäße
Lösung Kälteleistung eingespart werden, insbesondere wenn zwischen innerer und äußerer
Scheibe eine die Sonnenstrahlen reflektierende Jalousie vorhanden ist. Der durch
den Fensterzwischenraum geführte Konvektionsluftstrom führt in diesem
Fall
von der Jalousie absorbierte Wärme an die Außenluft wieder ab, so daß die bisher
bei dieser Fensterkonstruktion aufgetretene unerwünschte Wärmeübertragung von der
Jalousie an die innere Scheibe und damit auch an den Innenraum weitgehend vermieden
wird. Auch in diesem Falle der Verwendung einer belüfteten Zwischenjalousie ist
also die Selbstregelung des Konvektionsluftstroms von Interesse. Eine bestrahlte
Jalousie erhöht die Konvektionsströmung und paßt die Wirksamkeit der Kühlung selbsttätig
an die Höhe der Sonnepeinstrahlung an.
-
Zur Erläuterung der Erfindungsgedanken ist in der Zeichnung ein Lüftungsfenster
mit Zwischenjalousie im Schnitt dargestellt.
-
Zwischen unterem Brüstungselement 1 mit Fensterbank 2 und dem Sturz
3 ist ein Fenster angeordnet, dessen Rahmen 4 U-förmig ausgebildet ist, so daß eine
innere Scheibe 5 im Abstand von einer Doppelverglasung 6a,6b gehaltert ist. Der
äußere Schenkel des U-förmigen Rahmens, der die Doppelverglasung trägt, ist mit
unteren Öffnungen 7 und oberen Öffnungen 8 versehen.
-
Vor der unteren Öffnung ist ein Verschlußschieber 9 angeordnet. Zwischen
Doppelverglasung und Innenscheibe ist im Fensterzwischenraum eine Sonnenschutzjalousie
10 angeordnet.
-
Abhängig von der Stellung des Verschlußschiebers kann ent -sprechend
der Pfeilrichtung Außenluft durch die unteren Öffnungen 7 eintreten, den Fensterzwischenraum
durchströmen, hierbei die Jalousie 10 auf der inneren und äußeren Seite beaufschlagen
und über die oberen Öffnungen 8 wieder austreten.
-
Bei tiefen Außentemperaturen, wenn eine hohe Isolierfähig -keit des
Fensters gewünscht wird, ist das Verschlußorgan in der Schließstellung, und der
Transmissionswärmeverlust durch die Fensterflächen wird auf den geringstmöglichen
Wert reduziert. Während der Jahreszeiten, in denen trotz Abschaltung der Beheizung,
verursacht durch Beleuchtung, Personen, Maschinen, Geräte und/oder Sonneneinstrahlung,
die Raumtemperaturen innerhalb des Raumes über den Behaglichkeitswert ansteigen,
wird
durch teilweises bzw. vollständiges Öffnen des Verschlußorgans der Wärmedurchgangswiderstand
des Fensters so weit herabgesetzt und kalte Außenluft durch den Fensterzwischenraum
in einer Menge geführt und die innere Scheibe 5 gekühlt, bis die innere Gleichgewichtstemperatur
des Raumes den geforderten Wert wieder erreicht.
-
Die Sonnenschutzjalousie im Raum zwischen den Scheiben ist im Verhältnis
zu wetter- und sturmfesten Außenjalousien preisgünstiger auszuführen. Die durch
die Jalousie absorbierte Wärme wird an die durch den Fensterzwischenraum strömende
Außenluft wieder abgegeben, erhöht den Auftrieb und verstärkt die Luftströmung,
so daß gerade für diese Fensterkonstruktion mit eingebauter Jalousie durch die gefundene
Lösung besondere Vorteile erzielt werden.