DE2721467C2

DE2721467C2 - Vorfabriziertes Fassadenelement mit einem auf der Innenseite angeordneten Heizkörper

Info

Publication number: DE2721467C2
Application number: DE2721467A
Authority: DE
Inventors: Werner Zollikofen Staudacher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-12
Publication date: 1982-11-18
Also published as: FR2352261A1; US4183350A; DE2721467A1; CH600264A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein vorfabrizieries Fassadenelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch i>

Ein bekanntes Fassadenelement dieser Art (US-PS 35 63 305) ist als Absorber für einfallende Sonnenstrahlen ausgebildet. Die von diesem Absorber aufgenommene Energie wird an einen Wasserstrom abgegeben, der mit dem auf dem Dach eines Hauses befindlichen Wasserreservoir in Verbindung steht und nach dem Schwerkraftumlauf-Prinzip zirkuliert An dem Wasserreservoir ist ein Rohrbündel angeschlossen, dessen darin befindliches Wasser in Wärmeaustausch mit dir durch einen Ventilator bewegten Raumluft des Gebäudes steht. Für die Zirkulation kann hierbei aber auf eine Förderpumpe nicht verzichtet werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fassadenelement zu schaffen, welches gestattet, den vom Fassadenelement teilweise begrenzten Raum hilfsweise unter Ausnutzung der Sonnenstrahlung zu beheizen, wobei unter Ausnutzung des Dichteunterschiedes zwischen dem kalten Teil des Wärmeträgers und dem erwärmten Teil des Wärmeträgers eine Zirkulation des Wärmeträgers erfolgt, so daß auf eine Förderpumpe verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben sind.

Aufgrund der unterschiedlichen Höhenausbildung des Sonnenkollektors, des Heizkörpers und des Wärmespeichers sowie deren Anordnung gegenüber einander kann die Zirkulation des Wärmeträgers in den beiden Kreisläufen des Fassadenelements durch den Gewichtsunterschied zwischen dem kalten Teil des Wärmeträgers und dem erwärmten Teil des Wärmeträgers allein erfolgen, so daß aufgrund dieser Anordnung auf eine Förderpumpe verzichtet werden kann. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung sowie die Installation eines derartigen Fassadenelements wesentlich.

In Zusammenhang mit den Unteransprüchen 4 bis 6 ist zu bemerken, daß prinzipiell die Regelung zwischen zwei Kreisläufen mittels Regelventilcn bekannt ist (US-PS 38 50 200).

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 den unteren Teil eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Fassadenelementes in der Ansicht von der Innenseite her, wobei Teile zur Sichtbarmachung des inneren Aufbaues weggeschnitten sind.

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-II1 der Fig. 1. In der F i g. 1 ist der untere Teil eines Fassadenelementes in der Ansicht von der Innenseite her. in der Fig. 2 ein Horizontalschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1 und in der Fig.3 ein Vertikalschnitt längs der Linie IH-III der F i g. 1 dargestellt. Der in den F i g. 1 und 3 nur teilweise sichtbare Fensterbereich besitzt einen Fensterrahmen 1, in den vorzugsweise ein nicht dargestelltes Doppelglasfenster eingesetzt ist. Der Fensterbereich und der Brüstungsbereich sind durch ein Brüstungsbrett 2 voneinander getrennt. Auf der Innenseite des Brüstungsbereiches des Fassadenelements ist ein Heizkörper 3 angeordnet und auf der Außenseite des Fassadenelementes befindet sich ein Sonnenkollektor 4, der vorzugsweise ähnlich ausgebildet ist wie der Heizkörper 3. Der ganze Sonnenkollektor 4 ist mit einer durchsichtigen Platte 5, z. B. aus Glas,

abgedeckt, so daß von der vom Sonnenkollektor 4 aufgenommenen Wärme möglichst wenig nach außen abgegeben wird. Die Platte 5 wird durch einen den Sonnenkollektor 4 umgebenden Rahmen 7 gehalten.

Zwischen dem Sonnenkollektor 4 und dem Heizkörper 3 ist ein Wärmespeicher 8 angeordnet, der in einem Wärmeisoliermatenal 9 eingebettet ist, welches dem Fassadenelement die notwendige Wärmedämmzahl verleiht und den Wärmespeicher 8 sowohl gegenüber dem Sonnenkollektor 4 als auch gegenüber dem Heizkörper 3 isoliert. Beidseitig des Fassadenelementes erstreckt sich je ein Stützträger 10 über die gesamte Höhe des Fassadenelementes. In jedem Stützträger 10 sind eine Anzahl Bohrungen 11 zum Befestigen des Fassadenelementes an de: nicht dargestellten Gebäude- π konstruktion vorhanden.

Der untere horizontale Teil des Fensterrahmens 1 trägt einen Wetterschenkel 12 und am unteren Ende des Fassadeiielementes ist ein größerer Wetterschenkel 13 vorgesehen.

Der Heizkörper 3 umfaßt eine Grundplatte 14, vorzueoweise aus Metall, die beispielsweise den ganzen inneren Briistungsbereich des Fassadenelerrentes abdeckt. Auf diese Grundplatte 14 ist ein gewölbtes Abdeckblech 15 aufgeschweißt. In der Fig. I ist der Querschnitt des Abdeckbleches 15 deutlich sichtbar. Das Abdeckblech 15 bildet zusammen m t nW Grundplatte 14 eine Anzahl vertikal verlaufende Kanäle 16. deren obere Enden in ein horizontal verlaufendes Sammlergefäß 17 und deren untere Enden in ein horizontal jn verlaufendes Verteilergefäß 18 münden. Ähnlich ist der Sonnenkollektor 4 aufgebaut; er umfaßt eine Grundplatte 19 auf die ein wellenförmiges Abdeckblech 20 aufgeschweißt ist. so daß vertikal verlaufende Kanäle 21 gebildet werden. Die oberen F.nden der Kanäle 21 » münden in ein horizontal verlaufendes Sammlergefäß 22 und die unteren Enden in ein horizontal verlaufendes Verteilergefäß23.

Anstelle des oben beschriebenen Heizkörpers 3 bzw. Sonnenkollektors 4 können auch andere Ausführungen verwendet »erden, bei denen die vertikal verlaufenden Kanäle und die horizontalen Gefäße durch auf die Grundplatte 14 bzw. 19 aufgeschweißte Rohrstücke gebildet werden. Als Ersatz für die Kanäle kann auch ein einziges schlangenlinienförmiges auf der Grundplatte aufgeschweißtes Rohr benützt werden, wobei dann auf die GefäPe verzichtet werden 'ann. Die beiden Grundplatten 14 und 19 dienen vorzugsweise als Tragelemente für den Brüstungsbereich des Fassadenelementes.

Der Wärmespeicher S besteht im wesentlichen aus einem Behälter 24 zur Aufnahme eines Wärmeträgers, d. h. vorzugsweise Wassc, dem ein Frostschutzmittel beigegeben worden ist. Das Sammelgefäß 22 des Sonnenkollektors 4 ist über ein Verbindungsrohr 25 mit dem oberen Teil des Behälters 24 verbunden. Das Sammelgefäß 17 des Heizkörpers 3 ist über ein Regelventil 26 an den oberen Teil des Behälters 24 anschließbar. Das in der Fi g. 3 dargestellte Regelventil

26 ist von Hand regelbar und weist einen Einfüllstutzen

27 zum teilweisen Füllen des Behälters 24 und zum vollständigen Füllen des Sonnenkollektors 4 und des Heizkörpers 3 mit dem Wärmeträger auf.

Die Höhe des Behälters 24 ist kleiner als die Höhe des Sonnenkollektors 4 und die Höhe des Heizkörpers 3 ist geringer als jene des Behälters 24. Der Sonnenkollektor 4 und der Heizkörpur 3 sind so angeordnet, daß sich die durch kleine Kreise dargestellten Massenmittelpunkte 28, 28', 29 der darin befindlichen Wärmeirögermengen in unterschiedlicher Höhe befinden, wobei der Massenmittelpunkt 28 der im Heizkörper befindlichen Wärmemenge hoher liegt als der Massenmittelpunkt 28' der Wärmemenge die sich im Sonnenkollektor 4 befindet. Der Massenmittelpunkt 29 der Wärmeträgermenge, die sich im Behälter 24 befindet, liegt höhenmäßig vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden anderen Massenmittelpunkten 28,28', so daß die Höhendifferenzen h\ bzw. hi betragen, wobei h\ = Λ2 ist. Der Behälter

24 ist einerseits über ein Verbindungsrohr 30 mit dem Verteilergefäß 23 des Sonnenkollektors 4 und andererseits über ein Verbindungsrohr 31 mit dem Verteilergefäß 18 des Heizkörpers 3 verbunden.

Ein erster Kreislauf für den Wärmeträger wird durch den Sonnenkollektor 4 das Verbindungsrohr 25, den Behälter 24 und das Verbindungsrohr 30 und ein zweiter Kreislauf wird durch den Heizkörper 3, das Verbindungsrohr 31, den Behälter 24 und ein Verbindungsrohr 31' mit dem Ventil 26 gebildet. Wenn durch die Pfeile 32 der F i g. 3 dargestellte Sonnenstrahlen durch die Glasplatte 5 auf den Sonnenkollektor! auftreffen, dessen Außenfläche möglichst dunkel gefärbt .st, so wird der darin befindliche Wärmeträger erwärmt und strömt in die vertikalen Kanäle 21 wie durch den gesi-ichelt gezeichneten Pfeil 33 angedeutet nach oben in das Sammtigefäß 22 und gelangt durch das Verbindungsrohr 25 in den oberen Teil des Behälters 24. während der noch kalte Teil des Wärmeträgers am unteren Ende des Behälters 24 durch das Verbindungsrohr 30 in das Verteilergefäß 23 des Sonnenkollektors 4 sirömt.

Wenn die Sonne scheint, so gelangt auch ein Teil der Sonnenstrahlen durch das nur teilweise dargestellte Fenster in den Raum, wodurch dieser ohne weitere Maßnahmen direkt zusätzlich beheizt wird. Es ist daher zweckmäßig, während der Sonneneinstrahlung das Ventil 26 zu schließen, so daß der zweite Kreislauf durch den Heizkörper 3 unterbrochen ist. Aus diesem Grunde wird der in dem Behälie^r 24 befindliche Wärmeträger allmählich erwärmt und die aufgenommene Wärme gespeichert, weil der Behälter 24 durch das Wärmeisoliermaterial 9 umgeben ist. Wenn am Abend die Sonneneinstrahlung ausbleibt und die direkte zusätzliche Beheizung des Raumes durch das Fenster ausfällt, so wird das Ventil 26 geöffnet, so daß der erwärmte Wärmeträger durch das Ventil 26 in da^c Verteikrgefäß 17 des Heizkörpers 3 gelangt, durch die vertikal verlaufenden Kanäle 16 nach unten strömen kann, wie dies mit dem Pfeil 34 in der F 1 g. 3 angedeutet ist. Dabei gibt der Heizkörper 3 die im Wärmespeicher 8 gespeicherte Wärme in den Raum ab und der sich dabei abkühlende Wärmt träger wird im Sammelgefäß 18 aus allen kanälen 16 gesammelt und über das Verbindungirohr 31 in den unteren Teil des Behälters 24 geleitet.

Uiii zu vermeiden, daß während des Ausfallens von Sonnenstrahlen von der im Wärmespeicher 8 gespeicherten Wärme üoer den Sonnenkollektoi 4 wieder Wärme nach außen abgegeben wird, wird anstelle des Ventils 26 ein Doppelventil verwendet, dessen Ventilstange sich in dpm Behälter 24 erstreckt und zwei Ventilteller 26a. 266 aufweist, wie dies in der F i g. 3 gestrichelt angedeutet ist. Der eine Ventilteller 26a dient zum Verschließen der Mündung des Verbindungsrohres

25 in den Behälter 24 und der andere Ventilteller 266 zum Verschließen der Eintrittsöffnung des Ventils 26. In den beiden Endstel'ungen des Ventils 26 ist entweder die Mündung oder die genannte Eintrittsöffnung offen bzw. geschlossen.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann im Vefbindungsrohr 25 ein nicht gezeichnetes Ventil angeordnet sein, welches automatisch schließt, wenn die Temperatur des Wärmeträgers im oberen Teil des Sohhenkollektors 4 z. B. unter 18°C sinkt. Auch das Ventil 26 kann ein Ihermostatgesteuertes Ventil sein, das öffnet, wenn die Raumtemperatur unter einen einstellbaren Sollwert sinkt.

Das Fassadenelement kann anstelle des Fensters in dem oberen Teil auch nur eine wärmeisolierende Wand aufweisen.

Der Aufbau des oben beschriebenen Fassadenelementes ist relativ einfach und daher billig in der Herstellung. Es sind keine weiteren Installationen, wie Zu- und Abführleitungen für den Wärmeträger notwendig. Außer dem Ventil bzw. den Ventilen sind keine Elemente mit mechanisch bewegten Teilen vorhanden. Der Umlauf des Wärmeträgers in den beiden Kreisläufen erfolgt durch den Gewichtsunterschied zwischen dem kalten Teil des Wärmeträgers und dem erwärmten Teil des Wärmeträgers. Dank der Anordnung des Sonnenkollektors 4, des Wärmespeichers 8 und des Heizkörpers 3 auf einem relativ beschränkten Raum

kann auf eine Förderpumpe verzichtet werden, Jedes Fassadenelement stellt eine komplette Zusatzheizung dar.

Im Vergleich mit den bisher bekannten Sonnenköllektoren, die zur Montage auf dem Dach des Gebäudes bestimmt sind, sind relativ umfangreiche zusätzliche Installationen notwendig, welche hohe Investitionskosten verursachen, fallen diese zusätzlichen Kosten bei dem oben beschriebenen Fassadenelement vollkommen weg. Der große Vorteil dieser Fassadenelemente ist, daß die nutzbare Fläche mit der Anzahl der Stockwerke des Gebäudes zunimmt, während bei den bekannten Anlagen mit auf dem Dach montierten Sonnenkollektoren die ausnützbare Fläche unabhängig von der Anzahl der Stockwerke immer gleich bleibt.

Selbstverständlich kann bei Verwendung des oben beschriebenen Fassadeneleriientes auf die konventionelle Heizung nicht verziehet werden. Aber mit diesem Fassadenelement kann eine zusätzliche von der Sonnenscheindauer abhängige Zusalzheizung erreicht werden, wobei mit relativ geringen Investitionskosten eine spürbare Einsparung von Heizenergie möglich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorfabriziertes Fassadenelement mit einem auf der Innenseite angeordneten Heizkörper, einem auf der Außenseite angeordneten Sonnenkollektor, einem Wärmespeicher mit ersten Verbindungsrohren zum Bilden eines ersten Wärmeträgerkreislaufes zwischen dem Sonnenkollektor und dem Wärmespeicher und mit zweiten Verbindungsrohren zum Bilden eines zweiten Wärmeträgerkreislaufes zwisehen dem Wärmespeicher und dem Heizkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (8) zwischen dem Sonnenkollektor (4) und dem Heizkörper (3) angeordnet ist, daß ein Einfüllstutzen (27) zum Einfüllen des Wärmeträgers in den Heizkörper (3) den Wärmespeicher (8) und den Sonnenkollektor (4) vorhanden ist, daß ein oberer Teil des Wärmespeichers (8) zum Bilden eines Expansionsraumes nach oben über den Einfüllstutzen (27) vorsteht, und daß die Höhe des Heizkörpers (3) kleiner als die Höhe des Wärmespeichers (8) und die Höhe des Wärmespeichers (8) kleiner als die Höhe des Sonnenkollektors (4) ist.

2. Fassadenelement nach Anspruch 1, mit dem in den Heizkörper, den Wärmespeicher und den Sonnenkollektor eingefüllten Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (3) der Wärmespeicher (8) und der Sonnenkollektor (4) bezüglich zueinander so angeordnet sind, daß sich der Massenmittelpunkt (28) des in dem Heizkörper

(3) befindlichen Wärmeträgers oberhalb des Massenmittelpunktes (29) des in dem Wärmespeicher (8) befindlichen Wärmetr'igers ι ,d der Massenmittelpunkt (28') des in dem Sonnenkollektor (4) befindlichen Wärmeträgers uni fhalb des Massen- J5 mittelpunktes (29) des in dem Wärmespeicher (8) befindlichen Wärmeträgers befinden.

3. Fassadenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Massenmittelpunkt (29) im Wärmespeicher (8) höhenmäßig in der Mitte zwischen den beiden Massenmittelpunkten (28, 28') in dem Heizkörper (3) und in dem Sonnenkollektor

(4) befindet.

4. Fassadenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungsrohre (31, 3V) ein Regelventil (26) umfassen, daß das Regelventil (26) einen ersten Ventilteller (26b) zum Unterbinden bzw. Freigeben des zweiten Kreislaufes und einen zweiten Ventilteller (26a^zum Freigeben bzw. Unterbindendes ersten Kreislaufes aufweist.

5. Fassadenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (26) einen Thermostaten aufweist, der das Regelventil (26) in Abhängigkeit der Raumtemperatur steuert.

6 Fassadenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verbindungsrohre (25,30) ein Regelventil mit einem Thermostaten aufweisen, der das Regelventil in Abhängigkeit der Temperatur des Wärmeträgers im oberen Bereich des Sonnenkollektors (4) steuert.