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Plattenförmiges Element zur Abdeckung von Dachern und/oder
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zur Aiibringung an Wänden von Gebäuden Die Erfindung betrifft ein
plattenförmiges Element zur Abdeckung von Dächern und/oder zur Anbringung an Wänden
von Gebäuden, welches der Gewinnung von Niedertemperaturwärme zu TTeizzwecken dienen
soll.
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An Gebäudeaußenflächen angeordnete Konstruktionen, die dem Ziel dienen,
vorsegend der Umgebungsluft und der Sonnenstrahlung Energie zu Heizzwecken zu entnehmen
sind seit langem bekannt und lassen sich im wesentlichen in zwei nach Art der Wärmeübertragung
unterschiedliche Gruppen einteilen.
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3. W'rmeiibertragung durch Konvektion.
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Hierbei handelt es sich dem physikalischen Prinzip nach vorwiegendum
wärmeaustauschende die Außenluft berührende Flächen, die im Falle der Wärmeaufnahme
stets kälter als die Außenluft sein müssen, wobei die Außenluft als Wärmequelle
dient.
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Diese Flächen sind im allgemeinen zwangsbelüftet, wie dieses zum Beispiel
beim Lamellenverdampfer der Fall ist. (5.
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Jahrbuch der Wärmerückgewinnung, Vulkanverlag Essen 1974)
2.
Wärmeübertragung durch Strahlung.
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Hierbei handelt es sich dem physikalischen Prinzip nach vorwiegend
um Strahlungsenergie absorbierende Flächen mit geringem Reflexionsvermögen. Die
Konstruktion dieser Flächen ist konvektionshemmend ausgeführt, zum Beispiel durch
strahlungsdurchlässige Glasabdeckungen und Folien wie dieses zum Beispiel beim Sonnenkollektor
der Fall ist, um über den sogenannten 'Treibhauseffekt" zu höheren Temperaturen
zu gelangen. (s. Daniels, Klaus "Somenenergie" Verlag CV-Müller, Karlsruhe Philipps
Presseinformation Versuchshaus Aachen) Die Wärmeübertragung durch Konvektion zieht
einige erhebliche Nachteile nach sich. Aufwendige und teure Konstruktionen sind
notwendig, die insbesondere bei niederen Temperaturen also besonders dann, wenn
Wärme zu Heizzwecken benötigt wird, zur Vereisung neigen, die den Wirkungsgrad erheblich
absenkt. Weiterhin muß bei diesen Konstruktionen ständig die Luft umgewälzt werden.
Daraus resultiert ein zusätzlicher Energieverbrauch und eine Belästigung durch Geräuschbildung.
Um die Vereisung rückgängIg machen zu können, ist eine komplizierte Regelung und
die Zufuhr von Energie für das Abtauen erforderlich.
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Auch bei der Wärmeübertragung durch Strahlung sind aufwendige teure
Konstruktionen erforderlich, die dar-über hinaus cinen Energiegewinn nur bei Strahlungsanfall
ermöglichen.
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Um die gewonnene Wärme auch an strahlungsarmen Tagen nutzbar machen
zu könnn, sind große und teure Speicher erforderlich. Die Verschmutzung der Glasscheiben
s etzt den Wirkungsgrad dieser Sonnenkollektoren herab, zudem macht eine Schneebedeckung
den Sonnenkollektor wirkungslos. Hagelschlag kann die äußere Glasabdeckung des Sonnenkollektors
zerstören. Soll durch zusätzliche Abkühlung der Wärmetauscher-
fläche
Energie aus der Umgebung aufgenommen werden, behindert die strahlungsdurchlässige
Schicht den Wärmeübergang erheblich. Bei starker Bewölkung (in den nördlichen Breitengraden
im Winter allgemein üblich) und nachts ist auch bei Unterkühlung des Wärmetauschers
eine nur sehr geringe Wärmeaufnahme möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement
zu schaffen, welches das Gebäude vor Witterungseinflüssen schützt und gleichzeitig
zur Gewinnung von Niedertemperaturwärme herangezogen werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem plattenförmigen Element der eingangs
erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Element aus einer Deckschicht und einer mit
dieser kraft- und formschlüssig verbundenen Wärmedämmschicht besteht, daß die Deckschicht
ein Kanalsystem zur Führung eines Wärmeträgers aufweist und daß in die Wärmedämmschicht
Mittel zum Befestigen des Elementes an Wänden oder Decken eingelassen sind.
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Neben den sich aus der Aufgabenstellung direkt ergebenden Vorteilen
dient das Element aufgrund seiner Wärmedämms-chicht der Wärmeisolation des Gebäudes.
Eine Wärmeenergieaufnahme ist sowohl durch Strahlung als auch durch Konvektion gleichzeitig
möglich. Das plattenförmige Element läßt sich leicht installieren, wobei die Kanalsysteme
der einzelnen Elemente untereinander verbunden werden und gemeinsam einengroßflächigen
Wärmetauscher zur Aufnahme von Energie bilden. Als Wärmeträger eignen sich beispielsweise
Wasser,'Sole, Kältemittel u.a.
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Die dem Wärmeträger zugeführte Wärmeenergie kann auf zwei Arten nutzbar
gemacht werden.
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1. Auf direktem Wege, wenn die Temperatur der Wärmetauscher fläche
über der Temperatur der Heizwärme liegt.
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2. Auf indirektem Wege über einen thermodynamischen Kreisprozeß, wenn
die Temperatur der Wärmetauscherfläche unter der Temperatur der Heizwärme liegt.
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Bei der Verwendung eines Kältemittels muß das Kanalsystem durch ein
oder mehrere in die Deckschicht eingefügte Metallrohre gebildet sein. Alle plattenförmigen
Elemente werden in diesem Fall als Verdampfer der den thermodynamischen Kreispro-zeß
durchführenden Anlage, beispielsweise einer Wärmepumpenanlage zusammengeschaltet.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
das Kanalsystem eines Elements aus einem mäander-oder spiralförmig geformten Kupferrohr
zu bilden. Kupferrohre eignen sich insbesondere deshalb gut, weil sie sehr korrosionsbeständig
sind, eine hohe Wärmeleitzahl aufweisen und leicht zu installieren sind. Die Rohre
sind zweckmäßiger weise längsnahtgeschweißt und gewellt. Derartige Rohre lassen
sich kontinuierlich in nahezu unendlichen Längen herstellen und eignen sich aufgrund
der vergrößerten Oberfläche pro Längeneinheit in hervorragender Weise als Wärmetauscherrohre.
Die Deckschicht soll den architektonischen und technischen Anforderungen hinsichtlich
der Form- und Farbgebung Festigkeit, Dicke und Wärmeleitfähigkeit anpaßbar sein.
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Diesen Forderungen entsprechend besteht die Deckschicht vorteilhafterweise
aus einer vergießbaren aushärtbaren Masse, deren Wärmeleitzahl und Festigkeit durch
Auswahl und Menge eines Füllstoffs einstellbar ist. Als Material für die Deckschicht
hat sich ein Gießharz, vorzugsweise auf der Basis von Polyester als voriilhaft erwiesen.
Als Füllstoffe eignen sich grober Kies, Graphit, Pigmente, Faserstoffe, zum Beispiel
Asbest, Metallspäne u.ä,. Die dem Gebäude zu-
gekehrte Wärmedämmschicht
besteht zweckmäßigerweise aus einem Schaumkunststoff, vorzugsweise Polyurethan.
Dieser Schaumkunststoff weist neben hervorriender tle)llli FChf T-oli : enschaften
eine genügende mechanische Festigkeit auf. Die Deckschicht weist zweckmäßigerweise
an ihren in Richtung der Dachneigung bzw. in rrertikaler Richtung verlaufenden Kanten
Führungn zum Aneinanderfügen der Elemente auf, die gleichzeitig wasserabführend
sind. Diese Fiihrungen sind vorteilhafterweise so ausgebildet, daß sie einander
überlappend ineinandergreifen.
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Die Erfindung ist anhand eines in der Figur schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Das Element besteht aus einer wärmeaufnehmenden Deckschicht 1 aus
einer forzaren, färbbaren und aushärtbaren Masse, beispielsweise Polyester. Die
Deckschicht l ist in ihrer äußeren Formgebung, wie bei 4 dargestellt, wie auch in
der Färbung handelsüblichen Dachpfannen nachgebildet. In die Deckschicht 1 sind
Rohre 3 eingebettet, die zur Führung eines Wäreträgers dienen. Die Deckschicht l
ist form- und kraftschlüssig mit einer Wärmeisolationsschicht 2 verbunden, in welche
zum Zwecke der Befestigung des gesamten Bauelementes Halterungsschienen 5 eingelassen
sind. In diesen Halterungsschienen 5 sind Befestigungslachen 6 verschiebbar angeordnet,
so daß eire einfache Fixierung an den Dachsparren 8 mit Nägeln oder Schrauben möglich
ist. Das gesamte Element ruht auf einer herkömmlichen Dachstuhlkonstruktion, die
aus Dachsparren 8 und Dachlatten 7 besteht. Die Rohre 3, die in Form einer Spirale
oder eines Mäanders in der Deckschicht 1 eingebettet sind, werden über geeignete
Anschlußleitungen 9 und 10 versorgt.
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Eine zusätzliche, nicht dargestellte Geflechtsbewehrung
unmittelbar
unter der Oberfläche der Deckshicht 1 und/ oder über der Unterseite der Wärmeisolationsschicht
2 kann aus statischen Gründen sinnvoll sein.
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Die einzelnen Elemente stoßen an geeignet ausgebildeten Überlappungsstellen
11 wasserabführend zusammen. Zu diesem Zweck ist die Deckschicht 1 eines jeden Elements
an ihren einem Ende über die Wärmeisolationsschicht 2 herausgezogen.
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Die seitlichen Überlappungsstellen der Elemente sind ähnlich der Überlappungsstellen
bei Dachpfannen ausgeführt.
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Die Kontur der Deckschicht 1 kann architektonisch weitgehend frei
gestaltet werden. Die Elemente gemäß der Lehre der Erfindung können auch an senkrechten
Außenwänden mit einer ähnlichen Befestigungstechnik angebracht werden. Aus architektonischen
Gründen wird hier die Deckschicht l im allgemeinen eine andere Formgebung erhalten.
Gerade in diesem Fall ist der zusätzliche Wärmeisolationseffekt der Wärmed-ämmschicht
2 besonders hervorzuheben.
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Das in der Deckschicht 1 verlaufende Rohrsystem besteht zweckmäßigerweise
aus einer Rohrmatte, aus glatten oder gewellten, längsnahtgeschweißten Metallrohren
und wäre damit geeignet als Wämeträgermedium handesübliche Kältemittel zu führen.
Gewellte Rohre erscheinen wegen ihres günstigen Dehnungsverhaltens bei Temperaturwechsel
und der besseren Wärmeübengszahl gegenüber den glatten Rohren besonders vorteilhaft.
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Die thermische Leitfähigkeit der äußeren Deckschicht l kann schlechter
sein als die von Metallen und hängt in der Auslegung ab vom Rohrabstand, der Schichtdicke
und vom Material. Die Rohre 3 mit geringem Querschnitt verlaufen in einem geringen
Abstand zueinander, so daß nur kurze Wärme-
leitbrücken entstehen.
Die Deckschicht l, die Wärmeisolatmsschicht 2 und die Rohre 3 bilden ein statisch
tragfähiges Bauteil, welches in Farbe, Formgebung und Verlegetechnik sehr gut den
üblichen Dacheindeckungen angepaßt werden kann. Die Anschlüsse 9 und 10 werden zweckmäßigerweise
auf Sammelleitungen geführt, die mit einem Zentralgerät zusammengeschlossen werden.
Dieses Zentralgerät ist zweckmäßigerweise eine Wärmepumpe, die dem in den Rohren
3 strömenden Wärmeträgermedium niedertemperierte Wärme entzieht und diese auf ein
höheres zu Heizzwecken nutzbares Temperaturniveau anhebt.