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I @ K G
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@itel: Umweltfreundliche, energiesparende Bauweise Il Enwendungsgebiet:
@auwesen Lweck: Umweltschutz und Rohstoffeinsparung durch Gewindung von Sonnenenergie
für Beizzwecke sowie zur armwassertereitun; und durch Verbeserung der W@@@@@@g zur
nnergieeinsparung.
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Stand der Technik: (Die weiteren Ausfünrangen sind jeweils gegliedert
nach ner in den Ansprüchen genannten @inzel-@nd Teil@ertiffen.
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Die K@@liekteren werden aus Einzelelemente gefertigt, zur Baustelle
gebracht und oberhalb der herkömmlichen Dachhaut montiert.
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Teilweise erfolgt die Montage der Kollektoren auch in der Ebene der
Außenhaut. Darin wird die herkömm-@lich Au@@verkleidung bis zur tragenden Unterkunstruktion
und damit bis zu einer regenempfindlichen Ebene ( z.Ü. bis auf die Sparren ) unter
brechen.
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Größere Kollektorflächen werden durch die Aneinanderreihung einzelner
Kollektoren, bei denen jeweils die äußere Abdeckung und die Absorberfläche sowie
die Wirmedäsmurg und die tialterahmen usw.
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im @ängen- sowie Breitenmaß aufeinander abgestimmt sind, gebildet.
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Die Kollektoren arbeiten entweder als Flüssigkeits-oder als Loftkollektoren.
Sie nahen als Flüssigkeitskollektoren ein Leitungssystem, das entweder frostabhängig
mit Wasser gefüllt wird, oder mit einer frostbeständigen Flüssigkeit gefüllt ist
und die Wärme über einen Wärmetauscher abgibt.
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Die Fassadenflächen werden durch Fenster- und geschlossene Wandflächen
gebildet. Die Fenster übernehmen dabei die Aufgabe der tielichtung, der Ausblickflächen
und meist auch der Be- und Entlüftung.
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Die Balkonkenstruktionen werden überwiegend als Kragbalkone in Verbindung
mit den Geschoßdecken ausgefunrt.
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In den anderen Fällen wird das freie Ende auf Stützen aufgelegt.
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Kritik des Standes der Technik: Die Kollektoren sind nicht konsequent
in die Dachflächen integriert. Dadurch müssen manche Teile ( z. Es. Wärmedämmung
und wasserableitende Schicht ) am Kollektor und am Dach ausgeführt werden. Oder
es entstehen Wärmebrücken an der Stoßstelle der einzelnen Kollektorrahmen. Bei Undichtigkeiten
der follektorabdeckung oder des Absorbers dringt feuchtigkeit in das Gebäude ein.
Soweit die Kollektoren nicht gesondert oberhalb der Dachhaut eingebaut sind, ist
eine Erweiterung der Kollektorfläche nicht ohne Gefährdung des Gebäudeinnern möglich
weil die Dacheindeckung bis auf die Unterkonstruktion ( z.B.
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Sparren ) abgenommen werden muß. Die gleichen Probleme bestehen sinngemäß
an Wandflächen.
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I"'jiribrit-An den Stoßflächen nebeneinanderliegender Kollektoren
entstehen durch die den Wirkungsgrad mindern elemente Schmittenkanten, die den Wirkungsgad
mindern Die Flüssigkeit wird entweder bei Frostgefahr abgelasserl oder gibt ihre
Wärme nur über Wänsetauscher mit Temperaturgefälle ab.
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Die Wärmedämmung wird in voller Dicke nach der Beständigkeit gegenüber
der Temperatur der Absorberflächen ausgewählt.
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Der erforderliche Flächenanteil der Fenster für die an die Fassadenflächen
gestellten Aufgaben ist zu groß weil die Fenster durch ihre Höhenanordnung das Licht
nicht weit genug in den Raum fallen lassen und außerdem als Sonnen- und Blickschutz
sowie zur Dekoration mit Gardinen verhangen werden. Die daraus folgende Vergrößerung
der Fensterflächen führt zu grö@erer Abkühlungsfläche, mehr Fugenundichtigkeit und
aucn zu größerer zu putzender Fensterfläche. Im Sommer auch zu zusätzlicher ungewollter
Sonnen- und Wärmeeinstrahlung.
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Die auskragenden Balkonkonstruktionen bilden durch die biegesteife
Verbindung mit der Geschoßdecke Wärmebrücken, die kaum abzudämmen sind und zu Wärmeverlusten
und Hautschäden führen. Die Abstützung des freien Endes wird dagegen bei der Gebäudegestaltung
als nachteilig empfunden.
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Aufgabe Es soll der Kollektor so in die fläche integriert werden,
daß keine Funktionen doppelt erfüllt werden, Wärmebrücken vermieden, durch bruch
der Abdeckung oder Schaden am Absorber eindrigende Feuchtigkeit abgeleitet wird
und eine schrittweise Erweiterung der Kollektorfläche vorbereitet werden kann ohne
daß bei jeder Erweitereung das Gebäudeinnere wettergefährdet wird.
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Die Kollektorflächen sollen wahlweise - je nach zeitlichen Gegebenheiten
- als Flüssigkeits- oder Luftkoilektor genutzt werden können.
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Die Flüssigkeitskollektoren sollen alternativ entweder direkt ohne
Temperaturgefälle infolge eines Wärmetauschers und/cder über Wärmetauscher in frostungefährderter
Betriebsweise genutzt werden können.
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Die Wärmedämmung soll abgestuft nach ihren Eigenschaften - z.B. Uemperaturbeständigkeit
und Wirtschaftlichkeit - eingebaut werden.
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Bei denFassadenflächen sollen die Funktionen Wetterschutz, Energieeinsparung,
Belichtung, belüftung und Ausblick sowie Blickschutz und Sonnenschutz verbessert
werden.
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Es soll eine Balkonkonstruktion vorgeschlagen werden, die ohne freistehende
Stützen und mit verringerten oder beseitigten Wärmebrücken wirtschaftlich und gestalterisch
zufriedenstellend ausführbar ist.
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Alle Ausführungen sollen möglichst bei Alt- und Neubauten anwendbar
sein.
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Deschreibung Lösung Es werden die ebäudeaußenflachen in den entsprechen
den Himmelsrichtungen großflächig mit einer über der Unterkonstruktion durchgehend
verlegten Wärmedämmung versehen, die gleichzeitig die Wärmedämmfunktlon des kollektors
bilden kann.
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Die nicht unter den Konterlatten liegenden Fugen der Wärmedämmung
werden wasserableitend ausgeführt. Die Verbindung erfolgt zur Vermeidung von Undichtigkeiten
infolge von Schrumpfungen, Verwerfungen usw. so, daß die Platten nicht winkeirecht
zur Fläche an den Fugen gegeneinander bewegt werden können.
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Die Wärmedämmung kann abgestuft nach ihren Eienschaften z.S.aus verschiedenen
Schichten zusammengesetzt sein.
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Die oberen Schichten müssen nicht vollflächig ausgeführt werden und
können auch zur Abstützung der Absorberflächen zwischen den Konterlatten angeordnet
sein.
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Zumindest auf der Gebäudeseite der Wärmedämmung wird eine die Dampfdiffussion
hemmende oder sperrende Schicht eingebaut, die als gesonderte Sperrschicht oder
in Verbindung mit dem Dämmelement eingebaut wird.
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Die Absorberfläche wird aus einem oder mehreren Teilen zwischen der
Konterlatte und der Stützleiste der Außenabdeckung angeordnet.
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Die absorberflächen können verschiedene Leitungssysteme zur alternativen
Aufnahme von frostgefährdetem und frostungefährdetem Wärmeträger erhalten.
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Außerdem können die Hohlräume unterhalb der Absoroberfläche als Kanäle
zur Luftführung ( Lufterwärmung ) genutzt werden. Solange die Kollektorfläche nicht
die ganze vorbereitete Fläche bedeckt, kann zwischenzeitlich eine herkömmliche Außenhaut
auf die Konterlatten aufgebracht werden. Beispielsweise Dach ziegeln oder Wandverplattung.
Entsprechend der Zunahme der Verbrauchs- und Speichermöglichkeit der über die Kollektorfläche
gewonnenen Energie kann der Kollektor bei bestehenden Gebäuden ohne Wettergefährdung
zum Großflächenkollektor erweitert werden.
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In der Fassadenfläche werden die Flächen für die Belichtung von den
Ausblickflächen getrennt. Die Belichtungsflächen werden hoch im Raum - möglichst
oberhalb der Kopfhöhe - angeordnet. Es werden Spiegel zur Lichtumlenkung gegen die
Raumdecke und zur Belichtung der hinteren Raumteile zwischen der äußeren und inneren
Verglasung der Belichtungsfläche angeordnet.
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Die verglasung wird teilweise struturiert um Blendungen, den Durchblick
und das Erkennen von leichten Verschmutzungen zu mindern. Die Spiegel können verstellbar
sein. Außerdem könhen selbständig oder in Verbindung mit den Spiegeln wärmedämmende
Klappen angeordnet werden, die eine weitere Minderung des Wärmeverl UB tes zeitweise
ermöglichen.
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@eschreitung Die Belichtungsflächen und Sonnenkollektarer oberhalb
der Ausblickflächen werden s@@@@ ord et, daß die sommerlichen Sommens @ahler abgeschattet
und die winterlichen @onnenstr@hlen durch die Ausblickflächen einfallen konnen.
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Die nicht zur Belichtung benötigten Fassadenflächen oberhalb der
Kopfhöne und unterhalt der Brüstungshöhe werden als Kollektorflächen vorgesehen.
Die nicht für die statische @onstr.
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tion, die Installationen usw. t-enu igten tF-Lddenteile oberhalb
der Brüstungs@öne und un@ernilb der Kopfhöhe werden als Nutzraum ( z. . Wanduchränke)
benutzt, soweit sie nient Ausplickflächer sind.
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Die Glasflächen der Kollektoren und der äuseren Teile der Belichtungsflächen
werden - soweit erforderlich - beweglich. insbesendere klappar ausgeführt, damit
eine äußere A Arbeitsfläche für die Fassade geschaffen wird.
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Die Biegemomente aus der Balkonkonstruktion werden durch außerhalb
der Wärmedämmung an der Gebäudeaußenfläche angebrachte Stützen aufgenommen.
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Dadurch müssen lediglich Aormalkraite @ zug und Druck) sowie Scherkräfte
in das Gebände bertragen werden. Dies ist ohne wesentlicne ä,rebrücken möglich.
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Vorteile Kollektoren Die Wärmedämmung der Cebaudeaußenfläche läuft
von Kollektor zu Kollektor und zu den nicht mit Kollektoren versehenen Teilflächen
ohne unter brechung durch.
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Störende Flüssigkeit aus Undichtigkeiten der Absorber oder der äußeren
Abdeckung werden auf der Wärmedämmun abgeleitet ohne in das Gebäudeinnere eindringen
zu können.
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Die Wärmedämmung kann in Abhängigkeit von den Anforderungen und Eigenschaften
z.B. Temperaturbeständigkeit, Dampfdiffussionsdichte und Wirtschaftlichkeit, aus
verschiedenen Schichten zusammengesetzt werden.
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Die Kollektorfläche kann wahlweise als Luft- und/ oder Flüssigkeitskollektor
genutzt werden.
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Die Absorberfläche kann wahlweise onne Wärmetauscher und somit ohne
den daraus folgenden Temperaturniveauunterschied genutzt werden oder mit einem frostunabhängigen
Wärmeträger über Wärmetauscher eingesetzt werden. Durch das doppelte Leitungssystem
entfällt die notwendigkeit den Absorber während des ganzen Jahres auf die gleiche
Art zu nutzen.
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Schrittweise Ausweitungsmöglichkeit des Kollektors auf der Gebäudeaußenfläche
ohne Gefährdung des Gebäudeinnern, wenn die wasserableitende Wärmedämmung ganzflächig
verlegt wurde.
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Weniger Schattenfläche auf den Absorbern durch größere zusammenhängende
Kollektorflächen ohne Einzelrahmen.
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beschrelbung Es besteht keine maßliche Abhängigkeit der Sinzelelemente
zueinander. Es können die Wärmedämmund, die Absorberfläche und die äußere Abdeckung
(Glas) jeweils völlig andere Elementabmessungen und Formate haben. Dies verbessert
die Vorfertigungsmöglichkeiten und die Anpassung und bessere Ausnutzung vorgegebener
Gebäudeanßenfläctien.
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Es besteht keine Abhängigkeit von den Abstandsmaßen der Unterkonstruktion
der Cebäudeaußenhaut z.U. von den Sparrenabständen bestehender gebäude.
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Keine Undichtigkeiten zwischen den Kollektorteilflächen.
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Zwischenzeitliche Nutzungsmöglichkeit der Wärmedämmung als Dachhaut
oder als Unterdach einer herkömmlichen Dachhaut.
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Sinnemä ebenso bei Wand- bzw. Fassadenflächen.
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Fassad enkonstruktion bessere naumbelichtung durch gesonderte Belichtungsflächen.
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Bessere belichtung durch Lichtlenkung über Spie: gel.
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Geringerer Energieverlust durch verstellbare Wärmedämmung ( Klappen
oder Schieber).
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Beine Beeinträchtigung der gesonderten Belichtungsflächen durch die
bei den Ausblickflächen Dekorationen (z.R. Gardinen als blickschutz ).
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WeniGer Fensterputzbedarf, da die Belichtungsflächen nicht für den
Ausblick geeignet sein müssen und somit strukturiert verglast sein können.
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Geringerer Energieverlust durch kleineren Flächenbedarf für die Summe
von Belichtungs- und Ausblickflächen.
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Weniger sommerliche Wärmebelastung durch Abschattung.
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Mehr gut erreichbare Nutzfläche an den Wänden, da die Ausblickflächen
kleiner sind.
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Bessere Wartungsmöglichkeit der Fassadenaußenflächen - auch bei starrer
Verglasung - durch äußere Begehbarkeit.
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Durch kleinere Fläche für Belichtung und Ausblick wird der Fassadenanteil
größer, der als Strahlungsaufnahmefläche für Kollektoren genutzt werden kann.
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Balkonkonstruktion Vermeidung von stark wärmeleitenden Bauteilen,
die durch die äußere wärmedämmende Umschließung eines Gebäudes hindurchgeführt werden
müssen.
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Vermeidung von Kältebrücken.
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Leichte Vorfertigung der Palkonteile.
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Nachträgliche Anbringungsmöglichkeit der Balkone auch an Altbauten
- dabei besonders in Verbindung mit energiesparenden Fassadenkonstruktionen.
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Beschreibung Ausführungsbeispiele Die Figuren 1 und 2 zeigen einen
Dachkollektor im Längs- und Querscnnitt. Auf der Unterkonstruktion (1) läuft die
Wärmedämmung E 2 ) vollflächig durch und ist auf der Ge@äudeinnenseite durch eine
Dampfdiffusionssperrschicht abgedeckt (3). Die Fuge (4) ist wasserableitend ausgeführt.
Auf Teilfl$chen ist eine zusätzliche Dämmschicht (5) angeordnet, die zwischen den
Konterlatten liegt. Die Konterlatten <6) sind durch die Wärmedämmung (2) hindurch
mit der Unterkonstruktion g1) verbunden.
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Die Absorperfläche (7) ist aus mehreren eiistükken zusammengesetzt
und liegt zwischen den konterlatten (6) und den Stützleisten (B bzw. 9) der Außenabdeckung
(12).
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Während der Luftraum (45) zwischen der Außenabdeckung (12) und dem
Absorber (7) möglichst Staubdicht von der Umgebung abgetrennt wird, kann der Luftraum
(46) unter dem Absorber zur Anwärmung und Durchleitung der Luft genutzt werden.
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Es können ein oder mehrere Kanalsysteme (47,48) für flüssige Wärmeträger
im oder am Absorber (7) vorhanden sein.
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Die Formgebung der Stützleiste(9, wurde so gewählt, daX der. entstehende
Schatten in der energiearmen Jahreszeit mit flach einfallendem Sonnenlicht ( 10
) geringer ist als in der energiereichen Jahreszeit mit steiler einfallendem Sonnenlicht
(11).
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Zwischen den Konterlatten (6) ist die Absorberfläche (7) auf den
Teilflächen der zusätzlichen Dämmschicht (5) aufgelegt.
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Die Figuren 3 bis 5 zeigen verschiedene Fassadenkonstruktionen im
Schnittbild.
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Unmittelbar unter der Geschoßdecke (13) und der Erüstung (14) in
Figur 3 ist die Belichtungsfläche (15) angeordnet und durch die innere Verglasung
(16) und die äußere Verglasung (17) geschlossen. Der dazwischen liegende Spiegel
(18) lenkt die steil einfallende Strahlung (19) gegen die Deckenfläche(20) oder
in den hinteren haumbereich um. Die flach einfallende Strahlung (21) kann dagegen
ohne Umlenkung eindringen.
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Die von der Belichtungsfläche (15) getrennte Ausblickflächen (22,23)
sind senkrecht (22) oder schräg (23) verglast. Die obere Begrenzung 24) der Ausblickflächen
(22,23) sind so angeordnet, daß die steil einfallende Strahlung (25) abgeleitet
und die flach einfallende Strahlung (26) durchgelassen wird. Die nicht als belichtungsflächen
(15) oder Ausblickflächen (22,23) benötigten Fassadenflächen können als Kollektorflüchen
(27)
beschreibung genutzt werden.
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In Figur 4 sind Fassadenteile ohne Ausblickflächen dargestellt. Statt
dessen sind diese Pereiche ais gerader (28) oder schräger (29) Nutzraum verwendet.
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Teilweise wurden auch in diesen @ereichen @elichtungsflächen (15)
vorgesehen.
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In Figur 5 ist bei der Belichtungsfläche (15) der Spiegel (18) und
die Wärmedämmklappe (30) hochgeklappt. Die Größe des Ausblickswinkels (31) ist dort
ebenfalls gezeigt. Die Möglichkeit der äußeren Wartung (32) ist durch Hochklappen
des Kollektors (33) leicht möglich.
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Dabei kann ein schmaler Gang benutzt werden.
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Zur Balkonkonstruktion zeigt Figur 6 einige statische Systeme. Die
biegemomente werden bei (34) aufgenommen urid die Zugkräfte bei (35) in das Bauwerk
eingeleitet. Die waagrechten Druckkräfte werden bei (36) auf das Bauwerk übertragen.
Die senkrechten Lasten gehen bei (37) über eine Pauwerkskonsole und bei (38) durch
die eingeführte alkonkonstruktion auf das Bauwerk über.
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In Figur 7 und 8 ist gezeigt, wie auch an den Kraftübertragungsstellen
Wärmebrücken vermieden werden indem druckaufnahmefähiges Dämmaterial (39) eingebaut
wird.
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Figur 7 zeigt eine Zugverankerung. Der Zuggurt (4G) ist im Gebäude
(41) verankert und beansprucht das Dämmaterial (39) auf Druck um die Balkonstütze
<42) zu halten. Der Zuggurt (40) ist zur Vermeidung von Wärmebrücken ebenfalls
von der Dämmschicht (43) umschlossen.
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Figur 8 zeigt wie die kurz in das Bauwerk (41) eingeführte Balkonkonstruktion
(44) vollständig durch die Dämmschicht (43) und das druckaufnehmende Dämmaterial
(39) umschlossen wird und trotzdem die Lasten übertragen kann.
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L e e r s e i t e